交流電機(jī)主要有兩大類

1、第4章交流電機(jī)主要有兩大類，即同步電機(jī)和感 應(yīng)電機(jī)。這兩類電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、工作原理、 勵(lì)磁方式和性能雖有所不同，但是定子中所發(fā) 生的電磁過程以及機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理和條件 卻是相同的，可以采用統(tǒng)一的觀點(diǎn)來(lái)研究。本章將依次研究交流繞組的構(gòu)成和三相整 數(shù)槽繞組的連接規(guī)律，正弦磁場(chǎng)下交流繞組的 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波，通有 正弦電流時(shí)單相繞組和對(duì)稱三相繞組的磁動(dòng) 勢(shì)，以及交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。這些問題統(tǒng)稱 為交流電機(jī)理論的共同問題。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類繞組是電機(jī)的主要部件，要分析交流電機(jī)的原理和運(yùn)行問題，必須先對(duì)交流繞組的構(gòu)成 和連接規(guī)律有一個(gè)基本的了解。交流繞組的形式雖然各不相同

2、，但它們的構(gòu)成原則卻基本相 同，這些原則是：(1)合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)的波形要接近于正弦形，幅值要大。(2)對(duì)三相繞組，各相的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)稱，電阻、電抗要平衡。(3)繞組的銅耗要小，用銅量要省。 (4)絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造要方便。交流繞組可按相數(shù)、繞組層數(shù)、每極下每相槽數(shù)和繞法來(lái)分類。從相數(shù)上看，交流繞組 可分為單相和多相繞組；根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)，可分為單層和雙層繞組；按每極下每相槽數(shù)，可分 為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組；按繞法，雙層繞組可分為疊繞組和波繞組；單層繞組可分為同心式 繞組、鏈?zhǔn)嚼@組和交叉式繞組。現(xiàn)代動(dòng)力用交流電機(jī)的定子繞組大多為三相繞組。本章將著 重說明三相整數(shù)槽繞

3、組，三相分?jǐn)?shù)槽繞組將在附錄0中介紹。4.2三相雙層繞組現(xiàn)代10KW以上的三相交流電機(jī)，其定子繞組一般均采用雙層繞組。雙層繞組的每個(gè)槽 內(nèi)有上、下兩個(gè)線圈邊。線圈的一條邊放在某一槽的上層，另一條邊則放在相隔力槽（力 為線圈節(jié)距）的下層，如圖4-1所示。整個(gè)繞組的線圈數(shù)恰好等于槽數(shù)。雙層繞組的主要優(yōu)點(diǎn)為：(1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時(shí)采用分布繞組，來(lái)改善電動(dòng)機(jī)和磁動(dòng)勢(shì)的波形。(2）所有線圈具有同樣的尺寸，便于制造。（3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增加機(jī)械強(qiáng)度。1.槽電動(dòng)勢(shì)星形圖和相帶劃分交流繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通常為正弦交流電動(dòng)勢(shì)，故可用相量來(lái)表示和運(yùn)算。現(xiàn)用一臺(tái) 相、四極、36槽的定子來(lái)說

4、明槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，以及屬于各相的導(dǎo)體（槽號(hào)是 如何分配的?？偟脑瓌t是：每相的合成電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為最大，三相應(yīng)為對(duì)稱。翁槽電動(dòng)勢(shì)星形圖若槽數(shù)為Q，極數(shù)為2P，相數(shù)為m2)711 則定子的每極每相槽數(shù)q應(yīng)為q=Q/2pm對(duì)于本例，q=36，2p=4，m=3，故q=3。由于每一對(duì)極相當(dāng)于360電角度，若電機(jī)為2p極，相當(dāng)于px360。電角度，而定子共有Q個(gè)槽，故相鄰兩槽間的電角度為20此角也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差。圖4 所示為36個(gè)槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相量 圖。由于&二20。，故圖中第2號(hào)槽內(nèi)導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)相 量（簡(jiǎn)稱2號(hào)槽的槽相量滯后于1號(hào)槽內(nèi)導(dǎo)體的電 動(dòng)勢(shì)相量（簡(jiǎn)稱1號(hào)槽的槽相量

5、20。，3號(hào)槽的槽 相量又滯后于2號(hào)槽20。，以此類推，一直到第18號(hào) 槽，經(jīng)過了一對(duì)極，在相量圖上恰好轉(zhuǎn)過一圈。從第 19號(hào)槽開始到第36號(hào)槽，這18個(gè)槽位于第二對(duì)極 下，在電動(dòng)勢(shì)相量圖中，這18個(gè)相量屬于第二圈。由于第19號(hào)槽的電角度是18x20=360。，故在相量 圖中，第19號(hào)槽相量與第1號(hào)槽相量的位置重合。 同理，第20號(hào)槽相量與第2號(hào)槽相量重合，以此類推。圖4 -2三相雙層繞組的槽電動(dòng)勢(shì) 星形圖由于各個(gè)槽的槽相量呈星形分布，故圖4-2也稱為槽電動(dòng)勢(shì)星形圖。相帶及其劃分 以A相為例，由于q=3，故每個(gè)極下A相應(yīng)有三個(gè)槽，整個(gè)定子中A,相共有12個(gè)槽。通常把每個(gè)極下每相所占的區(qū)域稱為相

6、帶。為使合成電動(dòng)勢(shì)最大，在第一個(gè)N極下選取1、2、3三個(gè)槽作為A相帶；在第一個(gè)S極下選取10、11、12三個(gè)槽作為X 相帶A相的負(fù)相帶）把屬于同一相帶內(nèi)的1、2、3這三個(gè)槽中的線圈串聯(lián)起來(lái)所組成的 線圈組，稱為極相組。1、2、3三個(gè)槽為相鄰槽，相量間的夾角最小，故串聯(lián)以后極相組的合成電動(dòng)勢(shì)為最大。10、11、12三個(gè)槽分別與1、2、3三個(gè)槽相隔180。電角度，這三個(gè)槽中的線圈將組成另一極組再在第二對(duì)極下選取19、20、21三個(gè)槽作為A相帶，28、29、30三個(gè)槽作為X相帶，如表4-1所示。最后，根據(jù)支路數(shù)，把這四個(gè)極相組按照一定的規(guī)律連接起來(lái)，即可得到A相繞組。同理，在距離A相120電角度處（

7、相隔6個(gè)槽）選取7、8、9槽和16、17、18槽，作為第一對(duì)極下的B相帶和丫相帶（即8相的負(fù)相帶，25、26、27槽和34、35、36槽，作為第二對(duì)極下的B相帶和丫相帶，即可組成B相繞組。再在距離A相240電角度處選定 13、14、15槽和31、32、33槽，以及4、5、6槽和22、23、24槽分別作為C相帶和Z相帶(即C相的負(fù)相帶，即可組成C相繞組。由此可以得到一個(gè)對(duì)稱的三相繞組。這個(gè)繞組的 每個(gè)相帶各占60。電角度，稱為60。相帶繞組。通常的三相繞組都是60相帶繞組。槽號(hào)確定后，根據(jù)繞組的節(jié)距，就可以嵌線和連接根據(jù)線圈的形狀和連接規(guī)律，雙層繞組可分為 疊繞組和波繞組兩類。圖4-3是這兩類繞

8、組的線圈示意圖。2.疊繞組繞組嵌線時(shí)，相鄰的兩個(gè)串聯(lián)線圈中，后一個(gè) 線圈緊“疊”在前一個(gè)線圈上，這種繞組就稱為疊繞組。由于每連接一個(gè)線圈，就前進(jìn)一個(gè)槽，所以疊繞組的合成節(jié)距y總等于1.圖4-4 是三相四極36槽的雙層疊繞組的展開圖，圖中各相的槽號(hào)分配如表4 - 1所示，為清楚起見，圖中只畫出A相繞組。從圖4-4可見，由于線圈的節(jié)距y1=8，所以1號(hào)線圈的一條線圈邊嵌放在1號(hào)槽的上 層時(shí)，另一條線圈邊應(yīng)在9號(hào)槽的下層。同理，2號(hào)線圈的一條線圈邊嵌放在2號(hào)槽的上 層，另一條線圈邊則在10號(hào)槽的下層，以此類推。在圖4-4中，上層線圈邊用實(shí)線表示， 下層線圈邊用虛線表示，每個(gè)線圈都由一根實(shí)線和一根虛線

9、組成，線圈頂部的號(hào)碼表示線圈號(hào)。從圖4-4還可以看出，線圈1、2、3串聯(lián)起來(lái)，19、20、21串聯(lián)起來(lái)，分別組成兩個(gè) 對(duì)應(yīng)于A相帶（N極下）的極相組；線圈10、11、12串聯(lián)起來(lái)，28、29、30串聯(lián)起來(lái)，分別組成兩個(gè)對(duì)應(yīng)于X相帶S極下）的極相組。把這四個(gè)極相組按要求接成串聯(lián)或并聯(lián)，就可以構(gòu)成A相繞組。B、C兩相繞組可用同樣辦法構(gòu)成。在疊繞組中，每一個(gè)極相組內(nèi)部的線圈是依次串聯(lián)的，不同磁極下的各個(gè)極相組之間視 具體需要既可接成串聯(lián)，也可接成并聯(lián)。由于極相組A的電動(dòng)勢(shì)方向與極相組X的電動(dòng)勢(shì)方向相反，電流的方向也相反，為避免電動(dòng)勢(shì)相互抵消或者電流所形成的磁場(chǎng)方向互相抵消，串聯(lián)時(shí)應(yīng)把極相組A相和極相

10、組X反相串聯(lián)，即首首相連把尾端引出，或尾尾相連把首端引出。例如在圖4-4中，3號(hào)線圈的尾端應(yīng)與12號(hào)線圈的尾端相連，21號(hào)線圈的尾端應(yīng)與30號(hào)線圈的尾端相連。若整個(gè)繞組僅有一條支路，只要把10號(hào)線圈的首端和19號(hào)線圈的首端 相連，把1號(hào)線圈的首端引出作為A相繞組的首端A，28號(hào)線圈的首端引出作為A相繞組 的尾端X即可。此時(shí)A相繞組內(nèi)4個(gè)極相組的連接如下所示：如果希望獲得兩條并聯(lián)支路，則只需把A1、X1組作為一條支路，A2、X2組作為另一條支路，然后把這兩條支路的首端與首端（即1號(hào)線圈與19號(hào)線圈的首端相連，作為A相 繞組的首端A，尾端與尾端（即10號(hào)線圈與28號(hào)線圈的首端相連，作為A相繞組的尾

11、端 X即可。此時(shí)A相繞組的連接如下所示： 由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所以雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路數(shù)等于2p。實(shí)際并聯(lián)支路數(shù)a通常小于2p，且2p必須是a的整數(shù)倍。疊繞組的優(yōu)點(diǎn)為，短距時(shí)端部可以節(jié)約部分用銅。缺點(diǎn)是一臺(tái)電機(jī)的最后幾個(gè)線圈的嵌線較為困難；另外，極間連線較長(zhǎng)，在極數(shù)較多時(shí)相當(dāng)費(fèi)銅。疊繞線圈一般為多匝，主要用 于一般電壓、額定電流不太大的中、小型同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)，以及兩極汽輪發(fā)電機(jī)的定子繞組中。3.波繞組對(duì)于多極、支路導(dǎo)線截面較大的交流電機(jī)，為節(jié)約極間連線用銅，常常采用波繞組。 波繞組的特點(diǎn)是，兩個(gè)相連接的單匝線圈成波浪形前進(jìn)，如圖4-5所示。和疊繞組相 比較，兩者的相帶劃分和槽號(hào)

12、分配完全相同，但是線圈之間的連接順序和端部形狀不同。波繞組的連接規(guī)律是所有同一極性下屬于同一相的線圈按波浪形，依次串聯(lián)起來(lái)組成一組；再把所有另一極性下屬于同一相的線圈按波浪形，依次串聯(lián)起來(lái)組成另一組最后把這兩大組線圈根據(jù)需要接成串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成一相繞組。相串聯(lián)的兩個(gè)線圈，其對(duì)應(yīng)線圈邊例如上 層線圈邊與上層線圈邊）之間的距離稱為合成節(jié)距，用y表示（見圖4-5。合成節(jié)距表示每連接一個(gè)線圈時(shí)繞組在定子或轉(zhuǎn)子表面前進(jìn)多少個(gè)槽距。由于波繞組是依次把所有N1、N2極下（或S1、S2極下的線圈連接起來(lái)，對(duì)于每極每相為整數(shù)槽的情況，每連接一個(gè)線圈就前進(jìn)一對(duì)極的距離，故用槽數(shù)表示時(shí)，合成節(jié)距y應(yīng)為 Y=Q/p=

13、2mq這樣，在連續(xù)連接p個(gè)線圈、前進(jìn)了p對(duì)極以后，繞組將回到出發(fā)槽號(hào)而形成閉路；為使繞 組能夠連綾地繞接下去，每繞行一周，就需要人為地后退或前移一個(gè)槽。這樣連續(xù)地繞接q周，就可以把所有N極下屬于A相的線圈連成一組。同理，把所 有S極下屬于A相的線圈連成一組最后用組間連接線吧把A1A2和X1X2兩組線圈串聯(lián)（或并聯(lián)）起來(lái)，即可得到支路數(shù)a= 1 (或2)時(shí)的整個(gè)A相繞組。例如，把前述三相四極36槽y1=8的繞組連接成波繞組時(shí)，繞組的合成節(jié)距為y=Q/p。若人相繞組從3號(hào)線圈起始，則3號(hào)線圈的一條線圈邊應(yīng)嵌放在3號(hào)槽的上層（用實(shí) 線表示，另一線圈邊應(yīng)嵌放在11號(hào)槽的下層（用虛線表示，使y=8。然后

14、，根據(jù)合成 節(jié)距y = 18，3號(hào)線圈應(yīng)與21號(hào)線圈相連，21號(hào)線圈的一條線圈邊嵌放在21號(hào)槽的上層， 另一條線圈邊嵌放在29號(hào)槽的下層。這樣連續(xù)地連接兩個(gè)線圈以后，恰好在定子內(nèi)圓繞行 周。為避免繞組閉合，人為地后退一個(gè)槽，然后從2號(hào)線圈出發(fā)，根據(jù)y=18繼續(xù)繞行下 去，直到把N極屬于人相的6個(gè)線圈全部連接起來(lái)，組成人組。同理，把5極下屬于A 相的6個(gè)線圈全部連接起來(lái)，組成X1X2組。最后把A2和X2相，把A1和X1引出，可得 支路數(shù)a=1時(shí)人相線圈的連接圖如下：由以上分析可知，在整數(shù)槽波繞組中，無(wú)論極數(shù)等于多少，在自然連接的情況下，每相繞組只有兩大組，即A1A2和X1X2組。若支路數(shù)a=1，

15、則每相僅需一根組間連線。此外若線圈為單匝，波繞時(shí)短距僅起改善電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)波形的作用，而不能節(jié)約端部用銅，因 為波繞組的合成節(jié)距為一常值，線圈節(jié)距y1變化時(shí)，端部長(zhǎng)度基本不變。波繞組在繞線型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和大、中型水輪發(fā)電機(jī)的定子中獲得廣泛的應(yīng)用。4.3三相單層繞組單層繞組的每個(gè)槽內(nèi)只有一條線圈邊，整個(gè)繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)的1/2。這種繞組的 嵌線比較方便，且沒有層間絕緣，故槽的利用率較高；但是它的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形則比雙 層短距繞組略差，故一般用在10&1以下的小型感應(yīng)電機(jī)中。線圈大多做成多匝、散下的軟 線圈。按照線圈的形狀和端部的連接方式，單層繞組分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸剑旅娣?/p>

16、別加 以說明。1.同心式繞組同心式繞組由不同節(jié)距的同心線圈組成?，F(xiàn)用三相二極24槽的定子來(lái)說明其構(gòu)成。該繞組的每極每相槽數(shù)9為242x3則每相僅需一根組間連線。此外,21)171按最大電動(dòng)勢(shì)原則，將整個(gè)定子分成六個(gè)相帶，每個(gè)相帶內(nèi)4個(gè)槽，可得下表:相帶人28X0槽號(hào)23，24，1，23，4，5，67,8,9,1011,12,13,1415,16,17,1819，20，21，22然后把1-12相連，組成一個(gè)大線圈，2-11相連，組成一個(gè)小線圈，即可得到一個(gè)同心式 的線圈組，如圖4-7所示；再把13-24相連，14-23相連，組成另一個(gè)線圈組；最后把 這兩個(gè)線圈組反連即把兩線圈組的尾端11和23相

17、連，從首端1和13引出，即得八相的 首端人和尾端X。同理，可以連得8、0兩相。圖4-7所示為同心式繞組的展開圖，為清楚起見，圖中僅畫出人相一相。同心式繞組主要用于二極的小型感應(yīng)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是：下線方便，端部的重疊層數(shù)較 少、便于布置，散熱也好；缺點(diǎn)是：線圈的大小不等，使繞制不太方便，端部也較長(zhǎng)。1.鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組的線圈具有相同的節(jié)距。就整個(gè)繞組的外形來(lái)看，一環(huán)套一環(huán)，形如長(zhǎng)鏈。用魯-擎孝罕呀，寧字寧亭吟卞罕焊芩考窣，即線圈的一條邊若放在奇數(shù)槽內(nèi)，則另一邊必定在偶數(shù)槽內(nèi)。這種繞組主要用在每極每相槽數(shù)9為偶數(shù)的小型四極、六極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，做成 散下的軟線圈，每個(gè)線圈的大小相同，繞制方便。當(dāng)線圈為

18、短距時(shí)，端部用銅較省?，F(xiàn)用一臺(tái)三相六極36槽的定子來(lái)說明鏈?zhǔn)嚼@組的構(gòu)成。該定子的每極每相槽數(shù)9為2/71 6x3將整個(gè)定子分成6x3=18個(gè)相帶，每個(gè)相帶內(nèi)2個(gè)槽，可得下表：按最大電動(dòng)勢(shì)原則，將整個(gè)定子分成六個(gè)相帶，每個(gè)相帶內(nèi)4個(gè)槽，可得下表:相帶人28X0帶八18X0V36,12，34,56,78,910,112 212,1314,1516,1718,1920,2122，233，5324,2526，2728,2930,3132,3334,35然后把1 -6相連，7-12相連，13-18相連，19-24相連，25 -30相連，31-36相連，得 到六個(gè)線圈組；再用極間連線把這六個(gè)線圈組依次反向

19、串聯(lián)，即可得到人相繞組，如圖4-暑#8所示。同理可以連得8相和0相繞組。23 25 27 29 31 33 35上面是？二2的情況，此時(shí)屬于同一相帶的兩個(gè)線圈其端部分別向兩側(cè)連接，且節(jié)距相等。若9 二3，則一個(gè)相帶內(nèi)的槽數(shù)無(wú)法均分為二，如分成兩半時(shí)，必定出現(xiàn)一邊多、 少的情況，此時(shí)就形成了交叉式繞組。交叉式繞組主要用于9為奇數(shù)的四極或六極三相小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子中。由于采用了 不等距的線圈，它比同心式繞組的端部短，且便于布置。現(xiàn)用一臺(tái)三相四極36槽的定子來(lái)說明交叉式繞組的構(gòu)成。該定子的每極每相槽數(shù)9 邊，52然后把36-8相連，1-9相連，組成兩個(gè)節(jié)距為8的“大圈”；把10-17相連，組成一個(gè)

20、節(jié)距為7的“小圈”；兩對(duì)極下依次按參參馨參示交叉式繞組。為簡(jiǎn)明起見，圖中僅畫出人相繞組。圖4-9單層交叉式繞組的4相展開圖2=4和鏈?zhǔn)嚼@組一樣，為了保證線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為相加，屬于同一相的相鄰極下的大圈和小圈相連接時(shí)，應(yīng)當(dāng)反向串聯(lián)4.4氣隙磁場(chǎng)正弦分布時(shí)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)前面闡明了三相交流繞組的構(gòu)成，下面來(lái)推導(dǎo)氣隙磁場(chǎng)為正弦分布時(shí)，交流繞組內(nèi)的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。為清楚起見，先分析一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再導(dǎo)出線圈的電動(dòng)勢(shì)，然后根據(jù)線 圈的連接方式，進(jìn)一步導(dǎo)出整個(gè)繞組的電動(dòng)勢(shì)。1.導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)圖4-10表示一臺(tái)兩極交流同步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子是直流勵(lì)磁形成的主磁極（簡(jiǎn)稱主極， 定子表面為光滑，表面上放

21、有一根導(dǎo)體。當(dāng)轉(zhuǎn)子用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)以后，氣隙中即形成一個(gè) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子導(dǎo)體“切割”主極磁場(chǎng)后，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的波形設(shè)主極磁場(chǎng)在氣隙內(nèi)正弦分布（見圖4-1010，6 二 531114 一 4式中，4為氣隙磁場(chǎng)的幅值；&為距離原點(diǎn)的電角度；坐標(biāo)取在轉(zhuǎn)子上，原點(diǎn)0位于極間 位置。為便于分析，把主極視為不動(dòng)，導(dǎo)體向與主極轉(zhuǎn)向相反的方向旋轉(zhuǎn)（在圖4-103中 為順時(shí)針方向，則當(dāng)導(dǎo)體切割極磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)右手定則，電動(dòng)勢(shì)的方向是從紙面穿出， 用0表示；當(dāng)導(dǎo)體切割3極磁場(chǎng)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的方向是進(jìn)入紙面，用0表示。由此可見，當(dāng)連 續(xù)不斷地切割交替排列的X極和3極磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)交流

22、電動(dòng)勢(shì)。0圖4 -10氣隙磁場(chǎng)正弦分布時(shí)導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)兩極交流發(fā)電機(jī)卜）主極磁場(chǎng)在空間的分布0導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形設(shè)？ 二0時(shí)，導(dǎo)體位于極間將要進(jìn)入V極的位置，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角頻率為0 (以每秒轉(zhuǎn)過的電弧度計(jì)。當(dāng)時(shí)間為6時(shí)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)過&角，式中，為導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度；為導(dǎo)體“切割”主極磁場(chǎng)的速度；4為導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有 效值，它：8扣啦0由此可見，若氣隙磁場(chǎng)為正弦分布，主極為恒速旋轉(zhuǎn)，則定子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是隨時(shí)間正弦變化的交流電動(dòng)勢(shì)，如圖4 - 100所示正弦電動(dòng)勢(shì)的頻率若電機(jī)為兩極，極對(duì)數(shù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恰好交變一次。若電機(jī)為7？對(duì)極，則轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，定子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 將交變？次。

23、設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率單位為應(yīng)為7160在我國(guó)，工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)頻率規(guī)定為5092，故電機(jī)的極對(duì)數(shù)乘以轉(zhuǎn)速應(yīng)為”二60；3000，滿足 這一關(guān)系的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用表示。例如2/=2時(shí)，同步轉(zhuǎn)速等于3000 1/111111； 二參參參參時(shí)，同步轉(zhuǎn)速等于1500 1/111111導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值根據(jù)式導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值 二義/由于二 7708,120)1，則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)6應(yīng)為0則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，定子導(dǎo)體中的0若主磁場(chǎng)在氣隙內(nèi)正弦分布，則一個(gè)極下的平均磁通密度個(gè)極下的主磁通量軋等于平均磁通密度5#乘以每極的面積丁I，即I ：今014 二 22風(fēng)式中，磁通量#的單位為16，電

24、動(dòng)勢(shì)豕的單位為V1.整距線圈的電動(dòng)勢(shì)由于導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間正弦變化，故可用相量來(lái)表示和運(yùn)算。整距線圈的節(jié)距3=7，若線圈為單匝，則一根導(dǎo)體位于V極下最大磁密處時(shí)，另一根 導(dǎo)體將位于3極下最大磁密處，如圖4-14、6所示。此時(shí)兩根導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)，其瞬時(shí)值 總是大小相等、方向相反。若把導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的正方向都規(guī)定為從上到下，如圖4-116所示，參則用相量表示時(shí)，該兩電動(dòng)勢(shì)相量和4"的方向恰好相反，如圖4-11(3所示。0籲參參鐮就一匝而言，匝電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為兩根導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)五/和仏"之差，即參鑄4 一 1012瓦應(yīng)為二 2五：所以單匝線圈的電動(dòng)勢(shì)其有效值圪1(=0若線圈有'匝，

25、則線圈電動(dòng)勢(shì)為式（-“）也可用法拉第電磁感應(yīng)定律圖4-11匝電動(dòng)勢(shì)旬整距和短距線圈6展開圖幻整距和短距線圈的電動(dòng)勢(shì)相量圖1短距線圈的電動(dòng)勢(shì)，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距仏7，用電角度表示時(shí)，節(jié)距7=1x180。，如圖4-110所示。如線丁圈為單匝，兩根導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)4和4在時(shí)間相位上將相差7角，此時(shí)單匝線圈的電動(dòng) 勢(shì)應(yīng)為01 會(huì);-7 00 ！ 77(斗 一 12根據(jù)相量圖中的幾何關(guān)系，可以求出單匝線圈電動(dòng)勢(shì)的有效值義!。為:2005 1800 : 23111 900 二 4.44/744 - 130么了式中，、為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，它表示線圈短距時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)比于整距時(shí)應(yīng)打的折魯零嫌嫌嫌擎馨馨響

26、響魯參詹響響響擎魯9蠊零響擎攀擧看春響零學(xué)扣，即擎化？1 二 3111 9004 - 1401 了）7由于短距時(shí)線圈的電動(dòng)勢(shì)為導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的相量和（即幾何和，而整距時(shí)為代數(shù)和，故除整 距時(shí)、二1以外，短距時(shí)、恒小于1。若線圈為'匝，則線圈電動(dòng)勢(shì)的有效值為匕 二 4.44/7、少】4 一 15短距雖然對(duì)基波電動(dòng)勢(shì)的大小稍有影響，但當(dāng)主極磁場(chǎng)中含有諧波磁場(chǎng)時(shí)，它能有效地 抑制線圈中的諧波電動(dòng)勢(shì)，故一般的交流繞組大多采用短距繞組。1分布繞組的電動(dòng)勢(shì)，分布因數(shù)和繞組因數(shù)一個(gè)極下屬于同一相的9個(gè)線圈串聯(lián)起來(lái)就組成一個(gè)極相組，由于每個(gè)線圈嵌放在不同的槽內(nèi)，線圈的空間位置互不相同，這樣就形成了分布繞組

27、。仍以三相四極36槽的雙層定子繞組為例，此繞組的9 二3，故每個(gè)極相組由三個(gè)線圈串聯(lián)組成，每個(gè)槽所占的電角度以二 20。，三相的相帶劃分如圖4-123所示。從圖可見，人相繞組由嵌放在1、2、3，10、11、 12，19、20、21，28、29、30等槽內(nèi)的四個(gè)極相組連接組成，串聯(lián)時(shí)正、負(fù)相帶的極相組應(yīng)當(dāng)反接。此時(shí)，整個(gè)人相的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為一個(gè)極相組的合成電動(dòng)勢(shì)乘以4，如圖4-126 所示。下面來(lái)看一個(gè)極相組的電動(dòng)勢(shì)如何計(jì)算。畚3 一 10-11畚畚19202129 30X一個(gè)極相組由9個(gè)線圈串聯(lián)組成，每個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)有效值均為相等，但相位相差 &角；極相組的合成電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為這9個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)

28、相量的相量和。圖4-13表示二3籲式中，8為外接圓的半徑,的情況。畫出線圈電動(dòng)勢(shì)相量所組成的正多邊形的外接 圓，并確定圓心0。從圖4-13可見，每個(gè)線圈的電合成電動(dòng)勢(shì)所對(duì)的圓心角為神，厶義以）也是等 腰三角形，故應(yīng)為均為等腰三角形，所對(duì)的圓心角均為個(gè)線圈的4 一 160參參28111式，可得 00 8111丨 001. 81114 一 178111式中，為9個(gè)線圈電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和；I稱為繞組的基波分布因數(shù)，811181114 一 1808111、的含義為：由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得個(gè)分布線圈的合成電動(dòng)勢(shì)小于個(gè)擊參囑鐮寧寧寧亭印，申嘩坪1弓.1寧印哲印。不難看出，再把一個(gè)線圈的電動(dòng)勢(shì)&

29、代人式可得一個(gè)極相組的電動(dòng)勢(shì)為4 一 1”式中，9'為9個(gè)線圈的總匝數(shù)；、稱為繞組的基波繞組因數(shù)，它等于基波節(jié)距因數(shù)和基波分布因數(shù)的乘積，即4 一 20時(shí)所須打的總折扣。式對(duì)疊繞組和波繞組均適用。拳癱砉暑參魯鏞暑對(duì)于單層繞組，線圈的節(jié)距通常不是一樣大小。為簡(jiǎn)化計(jì)算，設(shè)想把各個(gè)線圈的端部去 除而重新加以改接，使得所有線圈都成為整距線圈由于端部沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故可以這樣做。這樣，就計(jì)算電動(dòng)勢(shì)這點(diǎn)而言，芋旱寧早可咢萃堆亨棗旱了個(gè)莩罕哼兮亨寧寧。例如，對(duì)圖4-7所示同心式繞組，設(shè)想把1和13相連、2和14相連，11和23相連、12和2的整距分布繞組。同理，對(duì)圖4-8所示鏈?zhǔn)嚼@的整距分布繞組。對(duì)

30、圖4-9所示交叉式繞組，則可看成是一個(gè)3的整距分布繞組。此時(shí)節(jié)距因數(shù)左24相連，則此繞組就可以看成是一個(gè)組，也可以看成是一個(gè)而繞組因數(shù)就等于分布因數(shù)，即工相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)整個(gè)電機(jī)共有辦個(gè)極，這些極下屬于同一相的極相組，視設(shè)計(jì)需要既可互相串聯(lián)、也 可互相并聯(lián)，以組成一定數(shù)目的并聯(lián)支路。設(shè)一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)為#，則一相的電動(dòng)勢(shì)卷應(yīng)為: 4 444 一 21對(duì)雙層繞組，每相共有。匝，若并聯(lián)支路數(shù)為、則每相的導(dǎo)宇寧早譽(yù)斤二2/對(duì) 單層繞組，斤二式就是交流繞組的相電動(dòng)勢(shì)公式，它是分析交流電機(jī)時(shí)的常用公式之一 0對(duì)于對(duì)稱三相繞組，星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為相電動(dòng)勢(shì)的#倍；三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電動(dòng)勢(shì)就等于相電

31、動(dòng)勢(shì)?！纠?-1】 有一臺(tái)三相同步發(fā)電機(jī)，2=2，轉(zhuǎn)速打二300011111，定子槽數(shù)0=60，繞組為雙層、星形聯(lián)結(jié)，節(jié)距力二017，每相總串聯(lián)匝數(shù)#二20，主極磁場(chǎng)在氣隙中正弦分 布，基波磁通量4 二 1.5041)3。試求主極磁場(chǎng)在定子繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的下列數(shù)據(jù)：0 頻率；2基波的節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)；基波相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)。解電動(dòng)勢(shì)的頻率 二 1 X 3000化 二 50只2 3 60 60(之）基波節(jié)距因數(shù)和基波分布因數(shù)由干 口 一 60 一 10 一0x360 360 一已。于是由于卜2饑一 2父3一川， 60 6，卞疋二8111 90。二 8111 0# 8 X 900 0 9511

32、,1丁 10 X 60 3111 : 0 955108111 2知、匕 1 0 951 X 0畚 955 : 0 908基波相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)瓦如 屯 44憐磯少' 二 屯 44 X 50 X 20 X 0丨 908 X 1. 504乂。6063V V二 VX 6063 V 10500V4 5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波實(shí)際上由于種種原因，同步電機(jī)的主極磁場(chǎng)在氣隙中不一定是正弦分布，此時(shí)繞組的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中除基波外，還有一系列高次諧波電動(dòng)勢(shì)。81118111諧波電動(dòng)勢(shì)對(duì)于凸極同步電機(jī)，若主極外形不是特 殊設(shè)計(jì)，氣隙磁場(chǎng)在空間將是非正弦分布，如圖4-14所 示。由于主極磁場(chǎng)的分布通常與磁極中心

33、線相對(duì)稱，故氣 隙磁場(chǎng)中除基波外，僅含有奇次空間諧波，即 二 1,3,5，為諧波次數(shù)為清楚起見，圖4-14僅畫出基波和3 次、5次諧波。主極所產(chǎn)生的空間次諧波磁場(chǎng)，其極對(duì)數(shù)&為基波的倍，極距為基波的1/0，且所有的諧波磁場(chǎng)均隨主 極一起以同步轉(zhuǎn)速在空間推移，即圖4 -14凸極同步電機(jī)的主極磁場(chǎng)（實(shí)線為實(shí)際分布，虛線 為基波和3次、5次諧波9VVV這些空間分布的諧波磁場(chǎng)，將在定子繞組中感應(yīng)出頻率為人的諧波電動(dòng)勢(shì)07194 一 23V6060即諧波電動(dòng)勢(shì)的頻率又為基波頻率的倍。根據(jù)與式4-20類似的推導(dǎo)，可知諧波電動(dòng)勢(shì)的有效值為4 - 24式中，少-為次諧波磁場(chǎng)的磁通量，用次諧波磁場(chǎng)的幅值

34、化、極距和電樞的有效長(zhǎng)度 表示時(shí)，4 44/04 一 258V灸叭為次諧波的繞組因數(shù)，它等于"次諧波的節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)I的乘積，即4 一26對(duì)于次空間諧波磁場(chǎng)，相鄰的線圈之間相距奶電角度，它們所感生的電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間 上也相差0：電角度；線圈的兩條圈邊對(duì)基波的距離是力，對(duì)"次諧波的距離則是義。所以 只要用抑、來(lái)替代基波分布因數(shù)和基波節(jié)距因數(shù)中的&和力，即可得到"次諧波的分布因數(shù)I和節(jié)距因數(shù)即24 一 279001二2；±1次的諧波，這種次數(shù)與一對(duì)齒諧波電動(dòng)勢(shì)在高次諧波中，有一種數(shù)恰好等于基波的繞組因數(shù)，即現(xiàn)代交流電機(jī)的定子鐵心均開有開口槽或半開口槽

35、。從圖4-15可以看出，開槽以后，對(duì)應(yīng)于齒的位置氣隙較小，單位面積下的磁導(dǎo)較大；對(duì)應(yīng)于槽的位置氣隙較大，單位面積下 的磁導(dǎo)較小。因此開槽以后，在原先不開槽時(shí)的單位 面積的氣隙磁導(dǎo)波上（圖4-15中用虛線表示，要 疊加一個(gè)與定子齒數(shù)相對(duì)應(yīng)的附加周期性齒磁導(dǎo)分量 (圖4-15中用疊加在虛線上的實(shí)線來(lái)表示這將導(dǎo) 致氣隙磁場(chǎng)的分布發(fā)生改變。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)表明：若主極磁場(chǎng)在定子開槽前 為正弦分布，則在開槽以后，定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 仍將為正弦形，幅值僅有少量變化；若主極磁場(chǎng)中原 先含有一階齒諧波磁場(chǎng)，則在定子開槽以后，由于周 期性齒磁導(dǎo)的“放大”作用，在定子為整數(shù)槽繞組和 氣隙較小的情況下，定子繞組中的

36、齒諧波電動(dòng)勢(shì)將比 不開槽時(shí)增大很多倍，使發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)波形中出現(xiàn) 明顯的齒諧波波紋。秦擎參慊攀相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)各次諧波電動(dòng)勢(shì)的有效值算出后，即可得出相電動(dòng)勢(shì)的有效值圖4 - 15定子開槽后單位面積下'的氣隙磁導(dǎo)三相繞組可以接成三角形或星形聯(lián)結(jié)。由于對(duì)稱三相系統(tǒng)中各相電動(dòng)勢(shì)的三次諧波在時(shí) 間上均為同相且幅值相等，當(dāng)接成星形時(shí)，線電壓等于相電壓之差，相減時(shí)三次諧波電動(dòng)勢(shì) 互相抵消，所以發(fā)電機(jī)線端不存在三次及其倍數(shù)次諧波電動(dòng)勢(shì)，故線電動(dòng)勢(shì)的有效值匕丫為2相的三次諧波電動(dòng)勢(shì)之和3瓦0將在閉合的三角形回路中形成環(huán)流馨，如圖4-16所示，參2若接成三角形聯(lián)結(jié)，3厶參參3厶4)3733式中，323

37、為回路的三次諧波阻抗。由于完全消耗于環(huán)流參的阻抗壓降所以線端也不會(huì)出現(xiàn)三次諧波電壓。但是 次諧波環(huán)流所產(chǎn)生的雜散損耗，會(huì)使電機(jī)的效率下降、溫升 增高，所以現(xiàn)代的交流發(fā)電機(jī)一般采用星形而不采用三角形聯(lián)結(jié)。諧波的弊害高次諧波電動(dòng)勢(shì)的存在，使發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì) 波形變壞，從而降低了供電的質(zhì)量，并使發(fā)電機(jī)本身的雜散損耗增大、效率下降、溫升增 高。輸電線中的高次諧波電流所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，還會(huì)對(duì)鄰近電信線路的正常通信產(chǎn)生有害的 干擾。因此在設(shè)計(jì)交流發(fā)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的諧波含量限制在0角形聯(lián)結(jié)時(shí)定范圍內(nèi)。2，削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法由諧波電動(dòng)勢(shì)公式4.44/00可見，通過減小或I，可以降低為減

38、小齒諧波電動(dòng)勢(shì)，還應(yīng)采用其他專門的措施。具體方法分述如下。采用短距繞組適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距，使得某一次諧波的節(jié)距因數(shù)等于或者接近于 零，即可達(dá)到消除或削弱該次諧波的目的。例如，要消除次諧波，只要使僅010或，2，）90071丁4 一32V從消除諧波的觀點(diǎn)來(lái)看，式中的可選為任意整數(shù)；但從盡可能不削弱基波的角 度考慮，應(yīng)當(dāng)選用接近于整距的短節(jié)距，即使此時(shí)式說明，為消除第V次諧波，應(yīng)當(dāng)選用比整距短圖 4 一 17擎的線圈放在5次諧波磁場(chǎng)中的情況。在表亦7的線圈，其兩條線諧波磁場(chǎng)中，節(jié)距比整距縮短邊總是處在同一極性的相同磁場(chǎng)位置下，因此就整個(gè)線來(lái)看，兩條線圈邊的次諧波電動(dòng)勢(shì)恒相抵消，這就是短 距可以消

39、除諧波電動(dòng)勢(shì)的原因。由于三相繞組的線電壓間不會(huì)出現(xiàn)三次諧波，所以選 擇三相繞組的節(jié)距時(shí)，主要應(yīng)當(dāng)考慮如何減小5次和7次諧波，故可選為5/6 (二 0.833左右。象采用分布繞組就分布繞組而言，亨舉亨作寧攀蘋李，呼嘩寧疼率導(dǎo)擎印擎早蘋療。但是9增多，意味著總槽數(shù)增多，這將使電機(jī)的成本提高。從表4-2可見，時(shí)，高次 諧波分布因數(shù)的下降已不太顯著，因此現(xiàn)代交流電機(jī)一般都選用6332。在多極電機(jī)（例 如水輪發(fā)電機(jī)中，因極數(shù)過多而使9達(dá)不到2時(shí)，常采用分?jǐn)?shù)槽繞組來(lái)削弱高次諧波，特 別是齒諧波。改善主極磁場(chǎng)分布在凸極同步發(fā)電機(jī)中，可設(shè)法改變主極的極靴外形，以改善主極磁 場(chǎng)的分布，削弱少為此，通常使極靴寬度

40、和極距的比值為0.705，極靴邊緣處的最大 氣隙與主極中心處的最小氣隙之比為1.5。在隱極同步發(fā)電機(jī)中，可通過改善勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的分布，使主極磁場(chǎng)在氣隙中接近于正弦分布，為此勵(lì)磁繞組下線部分與極距之比通常選取在 0.70.8的范圍內(nèi)。辦法拳拳08111310直導(dǎo)體的串聯(lián)，每?jī)筛噜彽闹睂?dǎo)體之間有一個(gè)微小的相位差。（以0，短直導(dǎo)體數(shù)，而5以蘆為整個(gè)導(dǎo)體斜過的電弧度。則利用分布繞組中電動(dòng)勢(shì)的合成 方法，不難導(dǎo)出基波的斜槽因數(shù)為采用斜槽采用斜槽后，由于同一根導(dǎo)體的各個(gè)小 段在磁場(chǎng)中的位置互不相同（見圖4-18，所以與直 槽時(shí)比較，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將有所削弱，因此要引 進(jìn)一個(gè)斜槽因數(shù)。把斜槽內(nèi)的導(dǎo)體看作

41、為無(wú)限多根短小參參馨參111118111811724 -34 對(duì)次諧波而言，上式中的應(yīng)改成咕，所以次諧波的斜槽因數(shù)& 應(yīng)為8111V圖4 - 19表示隨盧而變化的曲線。從式可見，要用斜槽來(lái)消除第次諧波，只要使該次諧波的斜槽因數(shù)匕一 ：0，即使081114 一 36或VV式表明，如斜過的距離恰好等于該次空間諧波的波長(zhǎng)，#參#參參癱癱傷暴暴麄麄纖龜義蠱龜麄鐘編-倉(cāng)導(dǎo)體內(nèi)的V次諧波電動(dòng)勢(shì)將互相抵消，于是知這從圖4 - 20中可以清楚地看出。由于齒諧波的次數(shù)為二2；±1，故要消除齒擧蠊零看暑2丁諧波電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)使通常為使廣2叫士 1這兩個(gè)齒諧波都得02171(1 ± 1參瘳癱

42、馨霉寒魯驗(yàn)魯?shù)较魅酰Ｊ笽即使斜過的距離恰好等于一個(gè)齒距2/712斜槽主要用于中、小型電機(jī)。大型電機(jī)采用斜槽時(shí)，鐵心疊壓 工藝比較復(fù)雜，在凸極同步電機(jī)中，有時(shí)用斜極來(lái)削弱齒諧波。其他措施在小型電機(jī)中常采用半閉口槽，在中型電機(jī)中采用 磁性槽楔，來(lái)減小槽開口以及由此引起的氣隙比磁導(dǎo)的變化和齒諧 波。在多極低速同步發(fā)電機(jī)（例如水輪發(fā)電機(jī)）中，常用分?jǐn)?shù)槽繞組 來(lái)減小諧波電動(dòng)勢(shì)，特別是齒諧波電動(dòng)勢(shì)。采用分?jǐn)?shù)槽繞組后，由于277 ±1 般都是分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極磁場(chǎng)中僅含有奇次諧波磁場(chǎng)分?jǐn)?shù)，齒諧波次數(shù)即不存在齒諧波磁場(chǎng)，從而避免了電動(dòng)勢(shì)波形中出現(xiàn)齒諧波電動(dòng)勢(shì)。在采用整數(shù)槽繞組的奇數(shù)，故主極磁場(chǎng)中可

43、能含有一定的齒諧波磁場(chǎng)，此時(shí)若適中、大型同步發(fā)電機(jī)中，由于當(dāng)?shù)剡x擇轉(zhuǎn)子阻尼繞組的節(jié)距匕，也可以起到削弱齒諧波電動(dòng)勢(shì)的作用。通常使匕40.75可得到較好的電動(dòng)勢(shì)波形。0.8 6通有正弦電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)交流繞組中流過電流時(shí)，將產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)。若琴蹲；寧早辛牢于岑，貝寧纟善畢畢印，應(yīng)使它所形成的定子磁場(chǎng)極數(shù)與轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)極數(shù)相等，這樣負(fù)載時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的平均值就不等籲秦參鑄參參魯攀魯肇響縑馨蠊會(huì)參鼸魯翁參嚇翁參于零，電機(jī)可以正常工作。本節(jié)先研究線圈內(nèi)通有正弦電流、 2100)1時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)。先分析整距線圈的 磁動(dòng)勢(shì)，然后分析分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)，最后分析單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)。為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)：定、轉(zhuǎn)

44、子鐵心的磁導(dǎo)率#6 = 00，即認(rèn)為鐵心內(nèi)的磁位降可以忽略不計(jì)。定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙為均勻。3槽內(nèi)電流集中于槽中心處，槽開口的影響忽略不計(jì)。1.整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)圖4-21表示定子槽內(nèi)嵌有一個(gè)斤。匝的兩極整距線圈XX的情況，電流從線圈邊八流出（用0表示，從X流人(用表示）。由于線圈為兩極、整距，其中仏為定子內(nèi)徑，故若圈邊置于定子內(nèi)圓左邊的某一槽內(nèi)，則圈邊X將置于右邊、與X對(duì)面處V的另一槽內(nèi)，如圖4-21&所示。不難看出，此時(shí)載流導(dǎo)體人和X在定子表面的分布是對(duì)稱 的，所以載流線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是對(duì)稱的，磁場(chǎng)為兩極，如圖4-21&中虛線所示。若以線軸線處作為義的原點(diǎn)，則沿定子內(nèi)圓，在范

45、圍內(nèi)，磁場(chǎng)由定子內(nèi)圓指向轉(zhuǎn) 子，故定子為IV極；在7/26163/2范圍內(nèi)，磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子指向定子內(nèi)圓，故定子為3極。整距線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)10整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙的分布圖由于鐵心的磁位降可以忽略不計(jì)，所以線圈的磁動(dòng)勢(shì)仏將全部作用在兩個(gè)氣隙內(nèi)若氣隙為均勻，則氣隙各處的磁動(dòng)勢(shì)值均應(yīng)等于#丄；再考慮到磁場(chǎng)的極性時(shí)，的磁動(dòng)勢(shì)人應(yīng)為IV I4 一 370個(gè)極下當(dāng)IV圖4-21)3表示把定子和轉(zhuǎn)子展開時(shí)，磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙的分布圖。從圖可見，整距線圈在氣隙內(nèi)嚇暑籲泰籲嚇擊爆棗棗V個(gè)了？了棗、竿棗兮亨吵寧爭(zhēng)學(xué)？，牢棗哼噚譚咢若槽內(nèi)電、流集中于槽中心處，磁動(dòng)勢(shì)波在經(jīng)過載流線圈邊和X處，將發(fā)生#義的躍變。形成四極磁場(chǎng)的

46、情況，此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)的波形仍為周期性矩形波，幅值為#4/2?？梢钥闯?，四極情況是兩極情況的重復(fù)，所以只要把圖4-22兩組整距載流線圈形成的四極磁場(chǎng)磁場(chǎng)分布4磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙的分布圖圖4-22表示兩組整距線兩極情況分析清楚，即可推廣到四極和其他多極的情況。把整距線圈所產(chǎn)生的周期性矩形磁動(dòng)勢(shì)波分解為基波和一系列奇次的高次空間諧波，可4#爆馨馨钃0翁知基波的幅值應(yīng)為矩形波幅值的1。仍以線圈軸線處作為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖4-216所示，則 基波磁動(dòng)勢(shì)；可以寫成4仏人1 :08054 - 3817 2人的幅值位于線圈的軸線處，義為電角度。關(guān)于磁動(dòng)勢(shì)波中的高次諧波，將在本節(jié)的后面 說明。1.分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)整距分布繞組

47、的磁動(dòng)勢(shì)圖4 -23表示一個(gè)由9=3的整距線圈所組成的極相組，極相 組的3個(gè)線圈依次置放在三個(gè)相鄰的槽內(nèi)，所以此繞組為整距分布繞組。每個(gè)整距線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)都是一個(gè)矩形波，把3個(gè)普遍情況下為9個(gè)）整距線圈 所產(chǎn)生的矩形磁動(dòng)勢(shì)波逐點(diǎn)相加，即可得到極相組的合成磁動(dòng)勢(shì)。由于每個(gè)線圈的匝數(shù)相 等，通過的電流也相同，故各個(gè)線圈的磁動(dòng)勢(shì)具有相同的幅值；由于繞組是分布的，相鄰線 圈在空間彼此移過“角，所以各個(gè)線圈的矩形磁動(dòng)勢(shì)波在空間也相隔電角度。從圖4- 233可見，把三個(gè)矩形波相加，所得合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)階梯形波，如圖中粗線所示。圖4-236表示這三個(gè)整距線圈的基波磁動(dòng)勢(shì)，這三個(gè)磁動(dòng)勢(shì)的幅值相等、空間各相

48、差 電角度。把這三個(gè)線圈的基波磁動(dòng)勢(shì)逐點(diǎn)相加，即可得到極相組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)。由于 基波磁動(dòng)勢(shì)在空間按余弦規(guī)律分布，故可用空間矢量來(lái)表示和運(yùn)算，于是9個(gè)線圈的基波合成磁動(dòng)勢(shì)矢量，就等于各個(gè)線圈的基波磁動(dòng)勢(shì)矢量的矢量和，如圖4-2圖4 -25表示不同瞬間單相繞組的基波脈振磁動(dòng)勢(shì)波。這里要注意，把磁動(dòng)勢(shì)的空間分布規(guī)律，與隨時(shí)間而變化的規(guī)律區(qū)別清楚。空間的分布 規(guī)律用空間位置角義的函數(shù)來(lái)表達(dá)，隨時(shí)間變化的規(guī)律用時(shí)間的函數(shù)來(lái)表達(dá)。單相繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì)整距線圈所生的矩形磁動(dòng)勢(shì)波中，除基波磁動(dòng)勢(shì)外，還有一系 列奇次的高次諧波磁動(dòng)勢(shì)，其中次諧波分量九應(yīng)為1 4 '之I 二 叩084 一45 77 2

49、式中的乂以線圈的軸線處作為原點(diǎn)。按照與基波磁動(dòng)勢(shì)相同的處理方法，把9個(gè)線圈以及雙 層繞組上、下層線圈所產(chǎn)生的諧波磁動(dòng)勢(shì)疊加，即可導(dǎo)出單相繞組的次諧波磁動(dòng)勢(shì)為服.廠21 000)1 00809 10031/00030)1 V 3，5，4 46式中，為次諧波的繞組因數(shù)；I以相繞組的軸線處作為原點(diǎn)；為"次諧波磁動(dòng)勢(shì)的 幅值，掏、 1 服7 、二 丄二、： 一（ 9 4-47V 71 2 9 V式表示，諧波磁動(dòng)勢(shì)從空間上看是一個(gè)按V次諧波分布，從時(shí)間上看仍按的肇余弦函數(shù)脈振的脈振磁動(dòng)勢(shì)。參通有對(duì)稱三相電流時(shí)三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)上面分析了單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，把八、 勢(shì)波逐點(diǎn)相加，就可得到

50、三相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)。1.三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)圖4 26表示一臺(tái)兩極三相交流電機(jī)的定子 示意圖。為簡(jiǎn)明起見，各相繞組均用一個(gè)集中線 圈來(lái)表示，虛線為各相繞組的軸線，其中8相 軸線滯后于X相軸線120。電角度，0相軸線又 滯后于8相軸線120。電角度。由于三相繞組在 空間互差120。電角度，所以三相基波磁動(dòng)勢(shì)在眷空間也互差120。電角度。若三相繞組中通以對(duì)稱的正序電流，即12100)1 - 1200則各相的脈振磁動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上亦將互相相差120。電角度。把八、籲動(dòng)勢(shì)疊加，即可得到三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)。下面來(lái)研究其合成。4.7三個(gè)單相繞組所產(chǎn)生的磁動(dòng)21 000)1個(gè)單相基波脈振磁3。所示。

51、不難看出，解析法以定子內(nèi)圓人相繞組的軸線處作為空間坐標(biāo)的原點(diǎn)，并以逆時(shí)針方向即人相 8相0：相繞組的方向作為空間角度義（以電角度計(jì)的正方向。在某一瞬間，距離入 相繞組軸線I處，各相的基波磁動(dòng)勢(shì)分別為二 廠扣 0030,030二 廠4003(1 1200)008(0 1200 4 一 49二 4)1 008 9 2400)003(0 240式的三個(gè)式子中，空間的120。相角是由三相繞組軸線在空間互相相差120。電角度 所引起，時(shí)間上的120。相角則是由對(duì)稱三相電流在時(shí)間上互相相差120。電角度所引起。把 八相、8相及相三個(gè)單相脈振磁動(dòng)勢(shì)相加，可得/() : 11 +/81 +/01二 1 006

52、00)1 十I 1200)008(0 120。廠小 1008 0 240。008240。4 50將式右端中的每一項(xiàng)利用“余弦函數(shù)積化和差”的規(guī)則分解為兩項(xiàng)，可得1 1/'(，無(wú)):扣一十 了408(0 十11X 2 008 0)1 03十 X 008 0)1 十 - 240 0 由于包括“ + 19、“ +義240。和如+ 1-120。的三項(xiàng)為三個(gè)具有同樣幅值、相位互差120。的正弦波，其和為零，故式4-50可改寫成1汄6 008(0； 4 52式中式就是三相繞組基波合成磁動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式。下面來(lái)分析此式的含義。從式（士-巧之）可見，當(dāng)時(shí)間1=0時(shí)，(義一）匕“-義）；當(dāng)卜。時(shí)，008 6

53、0把這兩個(gè)瞬間的磁動(dòng)勢(shì)波畫出并加以比較，可見磁動(dòng)勢(shì)的幅值未變，但比力（義，口）向前推進(jìn)了蘆角，0 二岣，如圖4-27所示。隨著時(shí)間的推移，蘆角不斷增大，即磁動(dòng)勢(shì)波不斷地向十義方向移動(dòng)，所以08，1是一個(gè)恒幅、正弦分布的正#譽(yù)#參拿春魯參魯摩嚷參嗛畚向行波。由于定子內(nèi)腔為圓柱形，所以/(，纟）是一個(gè)沿著氣隙圓周不斷向前推移的旋奉參參轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波，如圖4-28所示。癱鐮參龜醫(yī)6 45，0的推移速度，可從波上任意一點(diǎn)（例如波幅這一點(diǎn)）的推移速度來(lái)確定。對(duì) 于波幅這一點(diǎn)，其振幅恒為6，式中的008 0)1 6 1 或 0)1 一 0色 二6.0把上式右邊的一式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，可得波幅推移的角速度#為參10

54、 10式中，的單位為式表明，磁動(dòng)勢(shì)波推移的角速度與交流電流的角頻率相泰等。由于一轉(zhuǎn)為電弧度，所以用轉(zhuǎn)速表示時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波的“轉(zhuǎn)速” 應(yīng)為V607？(/日）54 一 55即恰好等于同步轉(zhuǎn)速。從式丨4-48)和式彳4-52)還可以看出，率苓咩串雒畢郅苳雒吵零木諄吋，亭寧令 碑哮爭(zhēng)琴篳零靖號(hào)寧辱寧寧印等學(xué)零令。例如仏二0時(shí)，相電流達(dá)到最大值，基波合成磁動(dòng)勢(shì)一可見合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值位于1=0處，即在X相繞組的軸線處。當(dāng)仏二120。時(shí)，8相電流達(dá)到最大值，此時(shí)基波合成磁動(dòng)勢(shì)其幅值位于義二120。處，即位于8相繞組的軸線處。同理，當(dāng)0相電流達(dá)到最大值時(shí)，合 成磁動(dòng)勢(shì)的幅值將與0相繞組的軸線相重合。所以旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波向前推移的角速度（/心 與電流交變的角頻率相一致。以上分析表明，對(duì)稱三相繞組中通有對(duì)稱三相正序電流時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)正弦搴釀鏞彙馨睡參參寒參攀魯攀0拳鐮.備魯參參籲9參睡籲籲籲參分布、以同步轉(zhuǎn)速向前推移的正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波，即從X相軸線移向8相軸線、再移向0：參參魯馨參參癱奢.0囑9癱鳴參寒釀參攀參相軸線的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)波；華疼令率寧辱學(xué)印-寧方平續(xù)華疼寧辱隼噦32笮。合成磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)波，其效果與直流勵(lì)磁、用機(jī)械方法拖動(dòng)的主磁極所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)波 相同。圖