第四章 交流電機(jī)繞(6)

1、1第四章第四章 交流電機(jī)繞組的交流電機(jī)繞組的基本理論基本理論2幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明與交流有關(guān)的旋轉(zhuǎn)的能量轉(zhuǎn)換裝置稱為交流電機(jī)。分類同步電機(jī)異步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)3 交流電機(jī)的共同性問題交流電機(jī)的共同性問題 雖然兩種電機(jī)的激磁方式和運(yùn)行性能有很大差別，但電機(jī)內(nèi)部發(fā)生的電磁現(xiàn)象和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理基本相同，故存在共同性問題如下：（1）繞組的結(jié)構(gòu)形式）繞組的結(jié)構(gòu)形式（2）電勢和磁勢的計(jì)算方法）電勢和磁勢的計(jì)算方法44.1 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求(basic requirements AC winding ) 一、對(duì)交流繞組的基本要求 1.繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢（磁動(dòng)勢）接

2、近正弦波； 2.具有一定極對(duì)數(shù)的，能產(chǎn)生對(duì)稱電勢和磁勢的三相對(duì)稱繞組； 3.用銅量小，省材料，工藝簡單。5 為滿足上述三項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則為滿足上述三項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則 1.正弦分布的磁場在導(dǎo)體中感應(yīng)正弦波電動(dòng)勢逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。動(dòng)以轉(zhuǎn)速磁的磁極由原動(dòng)機(jī)拖，已勵(lì)極對(duì)數(shù)，磁定子槽數(shù)14236nPZ6cos(cosLvBLvbeBbbmcm）感應(yīng)電勢為旋轉(zhuǎn)磁場在定子導(dǎo)體中）（）呈正弦分布。（隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度合理設(shè)計(jì)磁極形狀，氣7tLvBetnPmccos6021則8. 21但在時(shí)間相位上不同相等，動(dòng)勢都是正弦波，幅值上每槽導(dǎo)體中感應(yīng)的電旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子圓周速當(dāng)正弦分布的磁場以轉(zhuǎn)稱保證三相

3、感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)用槽電勢星形圖分相以n槽距角和槽距電角它們，引入如下參數(shù)：為了用電勢相量來表示90001036360360Z度相鄰兩槽之間的機(jī)械角槽距角PZP011360即：度相鄰兩槽間相距的電角槽距電角10000120363602360ZP槽距電角：11動(dòng)勢的對(duì)稱性。可以保證三相繞組電利用槽電勢星形圖分相相帶0120) 1 (12相帶。稱為等份，故形圖分成相帶分相，將槽電勢星用相帶）（00060660602134.2 三相單層繞組三相單層繞組(three-phase single-layer winding )迭繞組展開圖。，一條支路的三相單層槽，例：試安排一、單層迭繞組4224PZ繞組都是整距

4、繞組。時(shí)稱為長距。一般單層時(shí)稱為短距；時(shí)，稱整距；以槽數(shù)計(jì)。般圓周上所跨的距離，一一個(gè)線圈的兩邊在定子節(jié)距）（槽數(shù)計(jì)所跨的距離，一般以槽一個(gè)磁極在定子圓周上極距）（計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)步驟：11112642421. 1yyyyPZ14相帶。為電角度，故稱即每個(gè)極相組占稱為極相組。極下所占有的槽數(shù)，亦每個(gè)整個(gè)電機(jī)定子中每相在每極每相槽數(shù)）（槽距電角：）（0001000160603022322242_4302436023603qPmZqqZP15單層迭繞組展開圖單層迭繞組展開圖2.繪制單迭繞組的展開圖繪制單迭繞組的展開圖16二、單層同心式繞組單層同心式繞組展開圖單層同心式繞組展開圖17）端部省銅。的情況；

5、（）只適用于特點(diǎn)：（三、單層鏈?zhǔn)嚼@組221*q單層鏈試?yán)@組展開圖單層鏈試?yán)@組展開圖18以下的小型電機(jī)。單層繞組一般用于好；不能短距，電勢波形不）（圈好繞，下線方便）；線圈少，便于制造（線）（四、單層繞組的特點(diǎn)：KW1021194.3 三相雙層繞組三相雙層繞組(three-phase two-layer winding )展開圖。的三相雙層短距迭繞組，槽，舉例：試安排一、雙層迭繞組24224aPZ（槽）（槽）（槽）計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)5665653036023424264242. 11001yZPPmZqPZ20三相雙層迭繞組展開圖三相雙層迭繞組展開圖2.繪制三相雙層迭繞組展開圖繪制三相雙層迭繞組展開圖

6、21容量電機(jī)。般用在大），電動(dòng)勢波形好，一可以短距（雙層繞組的特點(diǎn)：1. 1*yPa2. 2max聯(lián)支路數(shù)：雙層繞組的每相最大并224.4 在正弦分布磁場下的繞組電動(dòng)勢在正弦分布磁場下的繞組電動(dòng)勢 (Winding electromotive force of sinusoidal distribution magnetic field ) 的頻率電動(dòng)勢基本要素。的小是感應(yīng)電動(dòng)勢頻率、波形、對(duì)稱、大的基本要素一、三相交流電動(dòng)勢EEE. 1601Pnf 23正弦波電動(dòng)勢。的磁場在導(dǎo)體中感應(yīng)氣隙中按正弦規(guī)律分布感應(yīng)電勢波形. 2。相等的三相對(duì)稱電動(dòng)勢，大小，可得到三相互差只要三相繞組按排合適對(duì)稱0

7、120. 3三相電勢單相電勢個(gè)線圈電勢匝線圈電勢匝線圈電勢導(dǎo)體電勢研究思路：先研究一根值）感應(yīng)電勢的大?。ㄓ行NECy1. 424）長度（為導(dǎo)體在磁場中的有效）為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（），為以長度計(jì)的極距（）幅值（為正弦波磁感應(yīng)強(qiáng)度的式中：導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢二、繞組電勢mLrnmmWbBnPvLvBEEmmCCmin/60221. 11211111LBLBLBmmP1221111度，其每極磁通對(duì)應(yīng)于正弦波磁感應(yīng)強(qiáng)25111111122. 226026021221ffPnnPLLEC。的單位為時(shí)，電動(dòng)勢的率取，頻單位取當(dāng)磁通和頻率的乘積成正比，效值與每極磁通量導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的有VEHzWbC111122.

8、 2fEC26）電角度。（或相角滯后線圈的節(jié)距為、感應(yīng)電動(dòng)勢分別為、構(gòu)成線圈的兩根導(dǎo)體及短距系數(shù)一匝線圈中的感應(yīng)電勢1111.2.12.1.21,. 2yyEEyEECCCCCC111000101180236036022360yyPPZPPZPZZP2711.1.2.1.1.*jyCCCCteEEEEE為：一匝線圈中的感應(yīng)電勢1111112)2sin(21CytCtEEyyEE ）（，即線圈為整距時(shí)當(dāng)勢）（對(duì)應(yīng)整距線圈的電動(dòng)的線圈電動(dòng)勢）節(jié)距為11112(CtyEyEK1111111144. 421)2sin(yyCtyyKfKEEKyK即短距系數(shù)：281111111144. 444. 42s

9、in2. 3fKNKNfyENENENyCyCCCtCyC）（匝線圈中的感應(yīng)電勢：個(gè)線圈電動(dòng)勢相量和為數(shù)線圈組電動(dòng)勢和分布系q. 4)1 (121)1(1.1.qjjjyqeeeEE293011111111111111111112sin2sin2sin2sin2sin2222sin2sin2222sinqyyyqyyyyqqqKqEqqqEqEEERREREERqREREREq之間存在下列關(guān)系：與線圈電勢而外接圓半徑11q1.yE2.yE3.yE3.yE2.yE1.yE1.qE1R31稱為繞組的分布系數(shù)數(shù)和）個(gè)集中線圈電動(dòng)勢的代（對(duì)應(yīng)相量和）個(gè)分布線圈的電動(dòng)勢的（式中：1111112sin2s

10、inqyqqKqqqqEqEK1111111144. 444. 4fKqNfKKqNKqEENCqyCqyq）（波電動(dòng)勢應(yīng)打的折扣。線圈和分布繞組時(shí)，基采用短距稱為繞組系數(shù)，它表示個(gè)線圈的總匝數(shù)。為式中：111qyNCKKKqqN32相電動(dòng)勢. 5聯(lián)匝數(shù)。為相繞組串條支路串聯(lián)的匝數(shù)，稱，代表一相繞組中一令：）（CNCqcqNNfKcqNcEE111144. 4aN3整個(gè)電機(jī)繞組總匝數(shù)11144. 4）（NNKfE33aPqNaPqNaZNNPqZPZqZNNCCCC2323323231. 1相繞組串聯(lián)匝數(shù)整個(gè)電機(jī)繞組總匝數(shù)圈數(shù)等于槽數(shù)，所以，對(duì)于雙層繞組，由于線）（的計(jì)算相繞組串聯(lián)匝數(shù)說明：a

11、PqNNZNCC212電機(jī)繞組總匝數(shù)）對(duì)于單層繞組，整個(gè)（34。電動(dòng)機(jī)中為分布繞組變壓器中為集中繞組：為電機(jī)中每極磁通；：變壓器中為磁通幅值不同點(diǎn)有：形式相同與變壓器電動(dòng)勢1144. 4. 21111NNmmKKfNEE354.5 在非正弦分布磁場下電動(dòng)勢中的高次諧波在非正弦分布磁場下電動(dòng)勢中的高次諧波及其削弱方法及其削弱方法。形的對(duì)稱性諧波次數(shù)場波系列高次諧波，根據(jù)磁和一級(jí)數(shù)可將其分解為基波立葉般呈平頂波形，利用傅布一極磁場沿電樞表面的分磁在同步電機(jī)氣隙磁場中主極磁場沿氣隙分布波次諧波一、感應(yīng)電動(dòng)勢中的高7 . 5. 3 . 1. 136153121. 2PPBBBmmm倍：的次諧波的極對(duì)數(shù)

12、是基波）（次數(shù)高，幅值?。海ǜ鞲叽沃C波特點(diǎn)倍。諧波的電角度是基波的）（極距：）（頻率：）（）（6560604311111fnPnPfnn37qyNqyqyNNNKKKqqKyKKKKfNKEfNKE2sin2sin2sin44. 444. 4. 3111111111111；）（；）（）（諧波電勢的大小2sin2sin2sin111qqKyKqy；）（布系數(shù)次諧波的短距系數(shù)和分分別表示、每極諧波磁通；qymmKKLBLB221138擾通信。串入電網(wǎng)的諧波電流干）（下降，溫升升高；耗增加，效率使發(fā)電機(jī)本身的雜散損）（壞；使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢波形變）（高次諧波電勢的危害321. 439范圍內(nèi)。之比在與極

13、距極靴寬度范圍內(nèi)之比在與最小一般取最大均勻氣隙，設(shè)計(jì)中對(duì)于凸極電機(jī)，采用非）（改善磁極的極靴外形法二、削弱高次諧波的方75. 07 . 00 . 25 . 11. 1minmaxPb范圍內(nèi)。之比設(shè)計(jì)在磁繞組部分與極距均勻的，把每極安放勵(lì)對(duì)于隱極電機(jī)，氣隙是）（8 . 07 . 0240次被抵消。即線電勢中，則線電動(dòng)勢）若三相繞組接成星形（采用對(duì)稱的三相繞組301. 23.3.3.BAABEEE?？箟航荡沃C波環(huán)流所引起的阻正好等于次諧波電勢，產(chǎn)生環(huán)流在閉合的三角形回路中于若三相接成三角形，由）（33.3.3.3.3.3.3.332ZIEIEEEECBA41）奇數(shù)，）（）（）（則只要選取節(jié)距次諧波

14、電動(dòng)勢，即要使要削除第電勢采用短距繞組削弱諧波021sin211sin1102sin. 311yyyKKyyK42相抵消的。導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢是互次諧波在線圈的兩個(gè)，如圖示可以使）（采用次諧波，例如，要消除5054511551yKy43善電動(dòng)勢波形。多，因此可以改次諧波分布系數(shù)就小很、，而分布系數(shù)小于采用分布繞組時(shí)，基波，可見，時(shí)，例如一般交流電機(jī)選擇采用分布繞組751177. 0217. 096. 0362. 4751qqqKKKqq44交流繞組的磁勢交流繞組的磁勢三相磁勢基波每相磁勢線圈組磁勢序?yàn)椋簡蝹€(gè)線圈磁勢在某些前提下，研究次研究思路以幅值計(jì)算大小磁勢指是脈振磁勢還是旋轉(zhuǎn)性質(zhì)勢我們希望得

15、到正弦波磁波形及大小研究磁勢的波形、性質(zhì)繞組產(chǎn)生的磁勢本節(jié)研究的磁勢是定子幾點(diǎn)說明：. 3. 2. 1454.6 單相繞組的磁動(dòng)勢脈振磁勢(magnetomotive force of single-phase winding pulsating magnetic field )忽略不計(jì)。，因而鐵心磁壓降可鐵心不飽和）（均勻的；轉(zhuǎn)子是圓柱形，氣隙是）（作余弦規(guī)律變化；繞組中通入電流隨時(shí)間）（假定)(321Fe46AXNSAAXCCINIdlH磁勢波形為一矩形波。單個(gè)線圈磁勢波形. 1tIiCCcos2勢一、整距集中線圈的磁47時(shí)0tCIi2 時(shí)090t0i時(shí)0180tCIi2tIiCcos2脈

16、振磁勢磁勢的性質(zhì). 248線圈的中心線上。相同，磁勢的波幅落在頻率與交流電流的頻率為脈振磁勢，脈振的單個(gè)線圈所產(chǎn)生的磁勢結(jié)論：49222. 3CCCCCCCNIFNIIN勢應(yīng)為：每個(gè)氣隙中所消耗的磁的最大值為：則線圈電流所產(chǎn)生磁勢線圈中電流的有效值線圈匝數(shù)磁勢的大小50CCCCCCNINIFF9 . 022441基波幅值為：22CCCNIF 矩形波的幅值為：51磁勢二、整距分布線圈組的52整距分布線圈組磁勢波形整距分布線圈組磁勢波形線圈組的磁勢波形. 153線圈組磁勢的大小. 254基波磁勢的分布系數(shù)）（）（2sin2sin27. 49 . 0111111qqKKqNIKqFFqqCCqCq性

17、質(zhì)：為脈振磁勢. 355的磁勢三、雙層短距分布繞組56雙層短距分布線圈組磁勢波形雙層短距分布線圈組磁勢波形布繞組層短距分的雙3q磁勢的波形. 157。須利用短距系數(shù)的概念短距繞組的磁勢時(shí)也必勢一樣，在計(jì)算雙層與前述求短距線圈的電，勢在空間的位移角的相角就是兩個(gè)基波磁相加。兩個(gè)空間相量于兩個(gè)空間相量的幾何勢波相加，即相當(dāng)兩個(gè)空間正弦分布的磁磁勢的大小. 25811111111111111129 . 0222sin2221sin2sinyqCCyqCyqqqKKqNIKKqFKFyFFFFyyyyy）（）（）（）（）（為基波磁勢的短距系數(shù)）（式中：2sin11yKy59善磁勢波形的作用。距、分布繞

18、組可起到改勢波形一樣，采用短接近正弦波，和改善電應(yīng)盡量使磁勢波形為了改善電機(jī)的性能，磁勢波形的影響分布繞組及短距繞組對(duì)勢磁勢的性質(zhì)：為脈振磁. 4. 360。電機(jī)的支路數(shù)線圈中流過的電流每相串聯(lián)匝數(shù)每相電流的有效值四、單相繞組的磁勢aIIaINICC61NPaqNaPqNNCC組的串聯(lián)匝數(shù)對(duì)于單層繞組，每相繞）（通過前面的分析可知：1NPaqNaPqNNCC222組的串聯(lián)匝數(shù)對(duì)于雙層繞組，每相繞）（62方法不同。的計(jì)算層、雙層繞組式中算，應(yīng)用時(shí)注意對(duì)于單計(jì)層繞組基波磁勢幅值的注意：可用于單層、雙N1111119 . 09 . 09 . 0NyqyqKPINKKPINKNKPaaIF63）（；其

19、中：次諧波磁動(dòng)勢幅值為：，則相繞組第為，其諧波繞組系數(shù)次諧波磁動(dòng)勢極對(duì)數(shù)考慮到第次諧波的磁動(dòng)勢說明：第2sin2sin2sin9 . 011111yKqqKKKKKPINFKPPyqyqNNN。波、空間波具有統(tǒng)一性，時(shí)間勢、磁動(dòng)勢具有相似性完全相同，它表明電動(dòng)、短距系數(shù)計(jì)算公式節(jié)中電動(dòng)勢的分布系數(shù)上式與 5 . 464勢五、單相繞組的脈動(dòng)磁cos1Ff）（波形應(yīng)為：原點(diǎn)，則磁勢空間分布的為空間坐標(biāo)的如果取基波磁勢的軸線）（），（的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)為：單相繞組脈振磁勢完整34. 4coscos1tFtf65。的函數(shù)，又是空間函數(shù)）既是時(shí)間。式（不斷隨時(shí)間變化的磁勢在空間不動(dòng)，但振幅動(dòng)磁勢，就是磁勢軸

20、線脈振磁勢，所謂脈單相繞組產(chǎn)生的磁勢是34. 466相反的旋轉(zhuǎn)磁勢轉(zhuǎn)向分解為兩個(gè)大小相等，六、單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢可磁勢。則分別代表著兩個(gè)旋轉(zhuǎn)而變化，但等式的右邊小則隨時(shí)間定不動(dòng)，各點(diǎn)磁勢的大特征是：磁勢的軸線固動(dòng)磁勢，其，等式的左邊代表著脈所代表的意義卻不相同，但它們右邊在數(shù)值上完全相等上式中等式左邊和等式）（）（），（tFtFtFtfcos21cos21coscos11167 Synthesis magnetomotive force of )脈動(dòng)磁勢之間的關(guān)系。三個(gè)的性質(zhì)，首先必須研究明了三相繞組合成磁勢，要繞組分別產(chǎn)生脈動(dòng)磁勢組所組成，這三個(gè)單相相繞礎(chǔ)。三相繞組是三個(gè)單勢是研究交流電機(jī)的基的

21、磁，因此，分析三相繞組步電機(jī)通常也是三相的和異三相制，所以同步電機(jī)由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)都是68大小、性質(zhì)。分析合成磁勢的波形、磁勢表達(dá)式合成三相達(dá)式寫出每個(gè)單相磁勢的表建立坐標(biāo)研究思路：一、數(shù)學(xué)分析法mAIit 0120120. 100時(shí)間坐標(biāo)：。間上也彼此相差電角度，三相電流在時(shí)差此相個(gè)單相繞組在空間上彼在三相交流電機(jī)中，三建立坐標(biāo)）（）（00120cos120coscostIitIitIimCmBmA69相繞組的軸線上點(diǎn)取在空間坐標(biāo)：A070)35. 4(34cos34cos32cos32coscoscos. 2111111）（）（）（）（相脈振磁勢基波為：根據(jù)建立坐標(biāo)，三個(gè)單式三個(gè)單相磁勢基

22、波表達(dá)、寫出tFftFftFfCBACBA71）（）（），（）（）（），（）（）（），（32cos21cos2134cos21cos21cos21cos21111111111tFtFtftFtFtftFtFtfCBA）（）（），（），（），（），（三相合成磁動(dòng)勢tFtFtftftftfCBAcoscos23. 3111111721111135. 19 . 02323NNKPINKPINFFF的幅值為三相基波合成磁動(dòng)勢1119 . 022NKPINmFmFm勢幅值為相對(duì)稱繞組，基波磁動(dòng)對(duì)于73定不變的旋轉(zhuǎn)波。波是一個(gè)波幅恒：三相合成磁動(dòng)勢的基性質(zhì)性質(zhì)三相合成磁動(dòng)勢基波的1*. 474處波幅在時(shí)，

23、當(dāng)）（），（000cos11tttFtf處波幅在時(shí)當(dāng)ttt75處）。角度（因波幅總是在空間轉(zhuǎn)過同樣數(shù)值的電電角度，旋轉(zhuǎn)磁勢波在電流在時(shí)間上經(jīng)過多少t：性質(zhì)2*）（），（tFtfcos1176。的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的角頻率；旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢電角速度等于交流電流旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢基波旋轉(zhuǎn)的1n：性質(zhì)3*（交流電流的角頻率）秒弧度；），（時(shí)，當(dāng)）（），（旋轉(zhuǎn)磁勢的電角速度11111112cos) 1 (fdtdFtfttFtf分）轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)速PfPfPnn11111606022602)2(77相繞組軸線。轉(zhuǎn)向滯后相電流所在的在的相繞組軸線旋轉(zhuǎn)磁場從超前電流所：性質(zhì)4*相軸線）（，磁勢波幅在時(shí)，當(dāng)相軸線）（，磁

24、勢波幅在時(shí)，當(dāng)相軸線上）（，磁勢波幅在時(shí)，當(dāng)分析：CtIitBtIitAtIitmcmBmA3434323200線重合。波幅就與該相繞組的軸成磁勢的基波流達(dá)最大值時(shí)，三相合所以，當(dāng)某相繞組中電78則旋轉(zhuǎn)磁場改變方向。中三相電流的相序，如果改變通入三相繞組：性質(zhì)5*中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。隙稱的三相電流時(shí)，在氣對(duì)稱三相繞組中通入對(duì)條性質(zhì)，可得如下結(jié)論結(jié)論：由以上5。衡量距離遠(yuǎn)近的空間角個(gè)是時(shí)間長短的時(shí)間角，一概念不同，一個(gè)是衡量物理在數(shù)值上是相等的，但兩個(gè)電角度的大小雖然不過，時(shí)間上變化的電角度，角度恰好就等于電流在動(dòng)的電轉(zhuǎn)磁勢在空間位置上移注意：三相合成基波旋79 ans Oval rotating magnetic field)。磁場稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，相應(yīng)的稱為圓一個(gè)圓，故這種磁動(dòng)勢動(dòng)勢，其波幅的軌跡是旋轉(zhuǎn)磁幅值恒定，轉(zhuǎn)速恒定的中的合成磁動(dòng)勢是一個(gè)氣隙過對(duì)稱的三相電流時(shí)，在對(duì)稱的三相繞組中流場？一、什么是圓形旋轉(zhuǎn)磁80。、以及另序分量、和負(fù)序分量、為正序分量稱分量法將它們分解成不對(duì)稱時(shí)，可以利用對(duì)、當(dāng)三相電流二、橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場0.0.0.CBACBACBACBAIIIIIIIIIIII）（）（），（tFtFtfcoscos81便是一個(gè)脈振磁勢。磁勢時(shí)，得到合成的軌跡是一個(gè)橢圓。當(dāng)磁勢時(shí)，合成當(dāng)轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向