第四章交流繞組及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)PPT課件

1、第四章 交流繞組及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì) 本章研究本章研究：交流繞組的連接規(guī)律；交流繞組的連接規(guī)律；正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；通有正弦電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)；通有正弦電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)；通有對(duì)稱三相電流時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)。通有對(duì)稱三相電流時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)。機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是通過原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機(jī)是通過原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是交流電機(jī)工作的基礎(chǔ) 前言電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是三相對(duì)稱的交流繞組通入三相對(duì)稱的是三相對(duì)稱的交流繞組通入三相對(duì)稱的交流電流時(shí)會(huì)在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)交流電流時(shí)會(huì)在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生電氣

2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一、基本知識(shí)1.1.交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)波形接近正弦，幅值要合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)波形接近正弦，幅值要大、各諧波分量要??；大、各諧波分量要小；三相繞組基波電勢(shì)、基波磁勢(shì)對(duì)稱，電阻、電抗三相繞組基波電勢(shì)、基波磁勢(shì)對(duì)稱，電阻、電抗要平衡；要平衡；繞組的銅耗要小，用銅量要??；繞組的銅耗要小，用銅量要省；絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件好，制造方便。絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件好，制造方便。4.1 交流繞組的構(gòu)成原則和分類大小、頻率、波形和對(duì)稱的問題4.1 交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、基本知識(shí)2.2.交流繞組的分類交流繞組的分類 相數(shù)相數(shù)：單相和多相繞組；

3、：單相和多相繞組； 根據(jù)槽內(nèi)根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)層數(shù)：單層繞組和雙層繞組；：單層繞組和雙層繞組； 每極下每相槽數(shù)每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽。：整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽。 根據(jù)根據(jù)繞法繞法：疊繞組和波繞組；：疊繞組和波繞組； 的三相交流電機(jī)，其定子繞組大多采用雙層繞組。特點(diǎn)：繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)kWPN101 1） 可以選擇最有利的節(jié)距，并同時(shí)采用分布繞可以選擇最有利的節(jié)距，并同時(shí)采用分布繞組，組， 以改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形；以改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形；3 3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。2 2） 所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；所有線圈具有相

4、同的尺寸，便于制造；主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：4.2 三相雙層繞組三相雙層繞組上層邊上層邊下層邊下層邊單層繞組單層繞組雙層繞組雙層繞組槽楔槽楔4.2 三相雙層繞組以Q=36，2p=4 的三相雙層疊繞組來進(jìn)行分析（1） 繪制槽電動(dòng)勢(shì)星形圖繪制槽電動(dòng)勢(shì)星形圖（2）分相、構(gòu)成線圈）分相、構(gòu)成線圈（3）計(jì)算極距和節(jié)距（用槽數(shù)計(jì)）計(jì)算極距和節(jié)距（用槽數(shù)計(jì)）（4）極相組劃分）極相組劃分 （5）確定并聯(lián)支路數(shù)）確定并聯(lián)支路數(shù) （6）把屬于各相的所有極相組串聯(lián)起來，得到繞組）把屬于各相的所有極相組串聯(lián)起來，得到繞組展開圖。展開圖。4.2 三相雙層繞組一、基本概念1.機(jī)械角度：機(jī)械角度： 一個(gè)圓周一個(gè)圓周幾何角度幾何

5、角度是是360，在電機(jī)分析，在電機(jī)分析中稱為中稱為機(jī)械角度機(jī)械角度。2.電角度：在電路理論中，隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化電角度：在電路理論中，隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化的物理量交變一次經(jīng)過的物理量交變一次經(jīng)過360時(shí)間電角度時(shí)間電角度。在電機(jī)。在電機(jī)中，導(dǎo)體經(jīng)過一對(duì)磁極，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變一次，中，導(dǎo)體經(jīng)過一對(duì)磁極，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變一次，因此一對(duì)磁極所對(duì)應(yīng)的因此一對(duì)磁極所對(duì)應(yīng)的空間電角度空間電角度稱為稱為360空間空間電角度（或者電角度（或者 2空間電弧度）?？臻g電弧度）。3.電角度和機(jī)械角度的關(guān)系：若電機(jī)極對(duì)數(shù)為電角度和機(jī)械角度的關(guān)系：若電機(jī)極對(duì)數(shù)為p，則一，則一個(gè)圓周代表個(gè)圓周代表p360空間電角度

6、，因此與機(jī)械角空間電角度，因此與機(jī)械角度度對(duì)應(yīng)的空間電角度為對(duì)應(yīng)的空間電角度為 p 4.2 三相雙層繞組一、基本概念4.槽距角槽距角a：表示相鄰兩個(gè)槽之間距離的空間電角度。：表示相鄰兩個(gè)槽之間距離的空間電角度。同時(shí)也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差同時(shí)也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差 。Qpa/360Q是槽數(shù)是槽數(shù) N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1na4.2 三相雙層繞組一、基本概念5.極距極距 ：一個(gè)磁極在電樞表：一個(gè)磁極在電樞表面的位置稱為極距。它可用面的位置稱為極距。它可用長度

7、，所占槽數(shù)，電角度或長度，所占槽數(shù)，電角度或者電弧度表示者電弧度表示 pD2pQ2電角度：電角度：180電弧度：電弧度： 長度長度:槽數(shù)槽數(shù):N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2 三相雙層繞組6. 線圈元件線圈元件：由兩根相距一定距離的元件邊和端接：由兩根相距一定距離的元件邊和端接線相連構(gòu)成線匝，線相連構(gòu)成線匝，Nc匝串聯(lián)構(gòu)成線圈匝串聯(lián)構(gòu)成線圈 單匝線圈多匝線圈匝數(shù)Nc4.2 三相雙層繞組7.線圈節(jié)距線圈節(jié)距y1：線圈的兩個(gè)有效邊相距槽數(shù)，稱為：線圈的兩個(gè)有效邊相距槽數(shù)，稱為線圈節(jié)

8、距線圈節(jié)距 。 整距整距y1= ； 短距短距y1 。單匝線圈多匝線圈匝數(shù)NcN2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2 三相雙層繞組8. 8. 每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù)q q：表示：表示每極下每極下每相每相所占槽數(shù)。所占槽數(shù)。 右圖q等于3mpQq2N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n9.9.槽電動(dòng)勢(shì)星形圖：把電樞上各槽電動(dòng)勢(shì)星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用矢量表示，

9、槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用矢量表示，構(gòu)成的圖構(gòu)成的圖135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2 B9.9.槽電動(dòng)勢(shì)星形圖槽電動(dòng)勢(shì)星形圖135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1 B1-18經(jīng)過了一對(duì)極，在向經(jīng)過了一對(duì)極，在向量圖上恰好走了一圈量圖上恰好走了一圈

10、槽距角槽距角亦是相鄰槽中導(dǎo)體亦是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差相位差。19-36經(jīng)過了一對(duì)極，在經(jīng)過了一對(duì)極，在向量圖上走第二圈向量圖上走第二圈 10.相帶：每極下每相所占的區(qū)域相帶：每極下每相所占的區(qū)域360度的星形圖圓周分成三等分，每等分占度的星形圖圓周分成三等分，每等分占120度，成為度，成為120度相帶；獲得的電動(dòng)勢(shì)較小。度相帶；獲得的電動(dòng)勢(shì)較小。若分成六等分，則稱若分成六等分，則稱60度相帶度相帶；這種分法同樣可以保證電；這種分法同樣可以保證電勢(shì)對(duì)稱，且合成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，是常用的方法。勢(shì)對(duì)稱，且合成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，是常用的方法。以以A相為例：相為例：A相共有相共有12個(gè)

11、槽個(gè)槽 1, 2, 3 (線圈組線圈組A1)19,20,21(線圈組線圈組A2)10,11,12(線圈組線圈組X1) 28,29,30(線圈組線圈組X2) 60度相帶度相帶A相帶相帶X相帶相帶將四個(gè)線圈組按照一定的規(guī)律將四個(gè)線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到連接，即可得到A相繞組相繞組極相組極相組B相相 距離距離A相相 120 電角度電角度7, 8, 9 (線圈組線圈組B1)25,26,27(線圈組線圈組B2)16,17,18(線圈組線圈組Y1) 34,35,36(線圈組線圈組Y2) 60度相帶度相帶B相帶相帶Y相帶相帶將四個(gè)線圈組按照一定的規(guī)將四個(gè)線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到律連接，即

12、可得到B相繞組相繞組C相相 距離距離A相相 240 電角度電角度13,14,15 (線圈組線圈組C1)31,32,33(線圈組線圈組C2)4 , 5, 6(線圈組線圈組Z1) 22,23,24(線圈組線圈組Z2) 60度相帶度相帶C相帶相帶Z相帶相帶將四個(gè)線圈組按照一定的規(guī)將四個(gè)線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到律連接，即可得到C相繞組相繞組60 相帶繞組：相帶繞組：每個(gè)相帶各占每個(gè)相帶各占60 電角度電角度各個(gè)相帶的槽號(hào)分布：各個(gè)相帶的槽號(hào)分布：相帶相帶槽號(hào)槽號(hào)極對(duì)極對(duì)ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,242

13、5,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一對(duì)極下第一對(duì)極下（1槽槽18槽）槽）第二對(duì)極下第二對(duì)極下（19槽槽36槽）槽）4.2 三相雙層繞組滿足交流繞組基本要求的方法（1）磁場(chǎng)）磁場(chǎng)B在在空間按正弦規(guī)律空間按正弦規(guī)律分布，則它在交流繞組分布，則它在交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)就是中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)就是隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化隨著時(shí)間按正弦規(guī)律變化。（2）用槽電動(dòng)勢(shì)星形圖保證三相繞組基波電動(dòng)勢(shì)、）用槽電動(dòng)勢(shì)星形圖保證三相繞組基波電動(dòng)勢(shì)、基波磁動(dòng)勢(shì)對(duì)稱?；ù艅?dòng)勢(shì)對(duì)稱。（3）用）用60 相帶的繞組獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)。相帶的繞組獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)。N21920212223242526

14、27282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n展開展開1234567N1二、疊繞組二、疊繞組疊繞組：繞組嵌線時(shí)，相鄰得兩個(gè)串聯(lián)線圈疊繞組：繞組嵌線時(shí)，相鄰得兩個(gè)串聯(lián)線圈中，后一個(gè)線圈緊中，后一個(gè)線圈緊“疊疊”在前一個(gè)線圈上。在前一個(gè)線圈上。12310 11 1219 20 2128 29 30三相雙層疊繞組的三相雙層疊繞組的A相繞組展開圖相繞組展開圖磁極在上部旋轉(zhuǎn)磁極在上部旋轉(zhuǎn)N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468線圈節(jié)距線圈節(jié)距

15、y18短距短距二、疊繞組二、疊繞組12310 11 1219 20 2128 29 30三相雙層疊繞組的三相雙層疊繞組的A相繞組展開圖相繞組展開圖磁極在上部旋轉(zhuǎn)磁極在上部旋轉(zhuǎn)N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468將每個(gè)極相組下的線圈串聯(lián)起來將每個(gè)極相組下的線圈串聯(lián)起來導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向?qū)w相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向A -1-2-3-10-11-12-19-20-21-28-29-30-XA1X1A2X2圖：圖：A相繞組線圈的連接圖（相繞組線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路一條并聯(lián)支路）123192021

16、101112282930XAA1X1A2X2圖：圖：A相繞組線圈的連接圖（相繞組線圈的連接圖（兩條并聯(lián)支路兩條并聯(lián)支路）極相組極相組A和和X的電動(dòng)勢(shì)、電流方向相反，為避免電動(dòng)勢(shì)或電流所形的電動(dòng)勢(shì)、電流方向相反，為避免電動(dòng)勢(shì)或電流所形成的磁場(chǎng)互相抵消，串聯(lián)時(shí)應(yīng)將極相組成的磁場(chǎng)互相抵消，串聯(lián)時(shí)應(yīng)將極相組A和和X反向串聯(lián)，即反向串聯(lián)，即首首首首相連相連把尾端引出，或把尾端引出，或尾尾相連尾尾相連把首端引出把首端引出123192021101112282930XAA1X1A2X2圖：圖：A相繞組線圈的連接圖（四條并聯(lián)支路）相繞組線圈的連接圖（四條并聯(lián)支路）小結(jié) 由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所有雙層疊繞組

17、的最多并聯(lián)支路數(shù)等于2p。實(shí)際支路數(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)是，短距時(shí)端部可以節(jié)約用銅量。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，極間連線較長，在極數(shù)較多時(shí)相當(dāng)費(fèi)銅。4.3 正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.電動(dòng)勢(shì)的波形電動(dòng)勢(shì)的波形tEtlvBblvesin2sin112.正弦電動(dòng)勢(shì)的頻率正弦電動(dòng)勢(shì)的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率： 60spnf 同步轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速： pfns60國家標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)：f為為50Hz 掌握：掌握：1.電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)時(shí)間量電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)時(shí)間量 2. 頻率和磁

18、場(chǎng)轉(zhuǎn)速的關(guān)系頻率和磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的關(guān)系3.導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值 掌握：掌握：1.磁通的表示磁通的表示 2. 導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)和變壓器中電動(dòng)勢(shì)的比較導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)和變壓器中電動(dòng)勢(shì)的比較二、整距線圈的電動(dòng)勢(shì)二、整距線圈的電動(dòng)勢(shì)匝電勢(shì)匝電勢(shì)單匝線圈電動(dòng)勢(shì)的有效單匝線圈電動(dòng)勢(shì)的有效值值線圈有線圈有Nc匝，則線圈電動(dòng)勢(shì)為：匝，則線圈電動(dòng)勢(shì)為：三、短距線圈的電動(dòng)勢(shì)，節(jié)距因數(shù)三、短距線圈的電動(dòng)勢(shì)，節(jié)距因數(shù) 短距線圈的節(jié)距短距線圈的節(jié)距y1，用電角度表示時(shí)，節(jié)距為，用電角度表示時(shí)，節(jié)距為 單匝線圈的電動(dòng)勢(shì)為：單匝線圈的電動(dòng)勢(shì)為： 據(jù)相量圖中的幾何關(guān)系，得單匝線圈電動(dòng)勢(shì)的據(jù)相量圖中的幾何關(guān)系，得單匝線圈電動(dòng)勢(shì)的kp1為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線圈短距時(shí)感為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線圈短距時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣.有效值有效值Ec1(Nc=1)為為:四、分布繞組的電動(dòng)勢(shì)，分布因數(shù)和繞組四、分布繞組的電動(dòng)勢(shì)