電機脈振和旋轉(zhuǎn)磁場的動畫模擬

施文幸

摘要：詳細介紹了脈振磁場和旋轉(zhuǎn)磁場的動畫制作過程及幾個相關(guān)制作技巧。

關(guān)鍵詞：脈振旋轉(zhuǎn)同步動畫

中圖分類號TP377文獻標(biāo)識碼A文章編號：1002-2422(2007)03-0044-02

電機學(xué)中，單相交流電流產(chǎn)生脈振磁動勢；脈振磁動勢又能分解為旋轉(zhuǎn)磁動勢；而三相交流電流則合成建立旋轉(zhuǎn)磁場。以下具體介紹脈振磁場以及分解為旋轉(zhuǎn)磁場這兩個動畫制作實例。

1脈振磁動勢

單相繞組中流過隨時間按余弦規(guī)律變化的交流電流時，產(chǎn)生的基波磁動勢在空間按余弦規(guī)律分布，且位置固定不動，而各點的大小又隨著時間作余弦規(guī)律變化，并且磁動勢的脈振頻率等于電流的頻率。這樣的磁動勢稱脈振磁動勢。三個不同瞬時的定子電流方向和脈振磁動勢波。利用PowerPoint XP將以上的時空函數(shù)制作成動畫，完整演示了磁勢隨時間和空間變化的過程，有助于對單相脈振現(xiàn)象的深刻理解。

1．1圖形制作

為簡化分析，以一個“集中”線圈來表示定子一相繞組。打開“繪圖”工具欄，按下“箭頭”按鈕，畫兩個坐標(biāo)。仍用“箭頭”工具，作出矢量，并復(fù)制出另一箭頭，使之與相接，線條顏色選擇“按背景配色方案”。把這兩個箭頭組合起來，看到的將只是(為了做出上下脈振的動畫)。單擊“橢圓”按鈕，按下Shift鍵并拖動鼠標(biāo)，在幻燈片中畫出大小不等的兩個圓代表定子鐵心。同樣的方法，再畫兩個等大的小圓(按背景配色方案)表示定子繞組，并拖動到如圖位置。在“定子繞組”中插入和并組合，稱“組1”。在相同位置再插入“×”和“·”并組合，稱“組2”。單擊“繪圖／自選圖形／線條”下的“曲線”命令，當(dāng)十字光標(biāo)出現(xiàn)后，即可開始繪制余弦曲線作圖過程中，每單擊一次，就會留下一個“頂點”，分別在曲線的最高點、最低點、轉(zhuǎn)折點等處留下“項點”，最后在曲線終點雙擊結(jié)束繪制，即可獲得平滑的余弦波。波形不太理想時，右擊曲線，在快捷菜單中選擇“編輯頂點”命令，曲線上會出現(xiàn)繪制時留下的“頂點”，用鼠標(biāo)拖動其中的頂點，即可重新調(diào)整曲線的形狀，讓曲線更接近于余弦波形。

1．2脈振模擬

首先完成矢量余弦波隨時間脈振的動畫。選中組合，“單擊自定義動畫命令”，打開“添加效果／退出”子菜單，選擇“旋轉(zhuǎn)”命令，在“方向”下拉列表選擇“垂直”，在“速度”下拉列表中選“非常慢(5秒)”，即可看到一個上下脈振的矢量了。選中余弦曲線，重復(fù)以上操作制作出余弦波的脈振動畫。

接下來模擬交流定子電流。選中“組1”，為其設(shè)置三步動畫。第一步打開“添加效果退出”子菜單，選擇“向外溶解”：第二步，在“添加效果／進入”子菜單選擇“向內(nèi)溶解”；第三步重復(fù)第一步，選中“組2”，設(shè)置“向內(nèi)溶解”和“向外溶解”兩步動畫。分別將“組1”和“組2”五步動畫的“速度”設(shè)為“快速”。

1．3定義動畫時間

因為以上變化都必須是同步的，而默認的動畫開始時間是“單擊開始”，所以，除了動畫序列中的第一步其余動畫時間均須重新設(shè)置。選中余弦波，它在“自定義動畫”任務(wù)窗格中的名稱就會被選中，單擊該名稱右邊的下拉按鈕，打開菜單，選中其中的“從上一項開始”就能實現(xiàn)余弦波與同步脈振。在調(diào)整定子電流動畫時間過程中，將“組1”和“組2”的五步動畫都設(shè)為“從上一項開始”，此時能看到“組1”的第一步動畫。要看到交變的定子電流，必須進一步調(diào)整動畫時間。選中“組1”的第二步動畫，單擊該動畫名稱右邊的下拉按鈕，選“計時”，將“延遲”設(shè)置為“3秒”并“確定”。同樣的方法將“組1”的第三步動畫“延遲4秒；“組2”第一步動畫“延遲”1秒；“組2”第二步動畫“延遲”2秒(利用“組1”和“組2”的亮暗變化，巧妙實現(xiàn)定子電流大小和方向交變的效果)。

2脈振磁動勢的分解

上述在空間按余弦規(guī)律分布的脈振磁動勢可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢，這兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反，幅值為單相脈振磁動勢最大幅值的一半。當(dāng)脈振磁動勢隨時間變化一個周期時，兩個反向旋轉(zhuǎn)的磁動勢波正好在空間轉(zhuǎn)過360。電角度。三個不同瞬時，電流的方向、脈振磁動勢波及兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢分量。

在脈振動畫的基礎(chǔ)上，添加兩個幅值恒定的反向旋轉(zhuǎn)磁動勢，同時注意脈振和旋轉(zhuǎn)的同步，就能直觀地反映分解過程。

2．1圖形制作

將上例復(fù)制到下一頁幻燈片中，圖片和動畫就復(fù)制過來了，脈振的動畫就不必重新制作了。畫出長度一半的小箭頭并選擇線條顏色，如紅色?！皬?fù)制”出另一紅色小箭頭，使之與首尾相接，并將線條顏色改為“按背景方案配色”。把上述兩箭頭組合起來，只能看到紅色的以箭尾為圓心旋轉(zhuǎn)的動畫。利用“復(fù)制”的方法，再作出。注意改變線條顏色如綠色。繪制曲線時，只需將上例的余弦波“復(fù)制”并拖動圖形的尺寸控點在垂直方向上壓縮，作出一個幅值為脈振幅值一半，而頻率不變的余弦波形，將此余弦波再“復(fù)制”一次，“垂直翻轉(zhuǎn)”后與之相接，并“組合”，復(fù)制并水平翻轉(zhuǎn)180。選作綠色。

2．2旋轉(zhuǎn)模擬

旋轉(zhuǎn)的余弦波形展開就是水平運動，以上脈振動畫完成了1.28周期的過程，因此正向和反向旋轉(zhuǎn)磁場相應(yīng)地向左右移過2.5π(即450°)。矢量作相反方向旋轉(zhuǎn)，波形則作反向直線運動，矢量轉(zhuǎn)到水平位置時，二余弦波必須正好相交到坐標(biāo)原點。因為脈振動畫是“復(fù)制”過來的，這里只需將動畫的起始時間分別設(shè)置為“從上一項開始”，方法同上。最后還需重新排序，將以上四步動畫分別移至“組1”第一步動畫之前，才能真正實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)與脈振同步，準(zhǔn)確而形象地表達脈振磁場分解為兩個反向旋轉(zhuǎn)磁場的過程。

3結(jié)束語

本文利用PowerPoint XP成功地實現(xiàn)了脈振和旋轉(zhuǎn)磁場的動畫模擬，不僅對電機理論教學(xué)有相當(dāng)大的幫助，也希望能對其他課程的多媒體教學(xué)和展示有所啟發(fā)。