電機(jī)繞組理論z版

1、第二篇 交流電機(jī)的繞組、電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生或使用交流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)稱為交流電機(jī)，主要分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩類,結(jié)構(gòu)上分定子和轉(zhuǎn)子二部分。 雖然同步電機(jī)與異步電機(jī)在原理、性能、勵(lì)磁等方面差異很大，但在定子的鐵心結(jié)構(gòu)、繞組特點(diǎn)、感應(yīng)電勢(shì)、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等方面是相同的。轉(zhuǎn)子含三或多相閉合繞組的含直流勵(lì)磁繞組的轉(zhuǎn)子定子異步電機(jī)同步電機(jī)第五章 交流電機(jī)的繞組和電動(dòng)勢(shì) 第一節(jié) 交流電機(jī)的工作原理一、工作原理Key words:同步旋轉(zhuǎn)，切割磁力線 ，失步，感應(yīng)，異步，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 二、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)二、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)sinsin120sin240AmBmCmiItiItiIt160fnp機(jī)械角度與電角度空間電角度機(jī)械角

2、度 p區(qū)分旋轉(zhuǎn)電機(jī)中機(jī)械周期與電周期的不同。第二節(jié)第二節(jié) 交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念一、交流繞組的構(gòu)成原則（一）合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)的波形力求是正弦波，盡量削弱諧波；（二）三相繞組各相電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)稱，電阻、電抗要平衡；（三）繞組銅耗小，用銅量要節(jié)省；（四）絕緣可靠、機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造簡(jiǎn)單、維修方便。二、交流繞組的分類從相數(shù)上看，交流繞組可分單相和多相繞組。按每一極下每一相所占的槽數(shù)等于整數(shù)或分?jǐn)?shù)，則分為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組。按槽內(nèi)層數(shù)，可分為雙層繞組和單層繞組兩大類。按繞法雙層繞組又分為疊繞組和波繞組兩種?，F(xiàn)代電力用交流電機(jī)的定子繞組大多為三相繞組，本章將著重介紹三相

3、繞組。三相電機(jī)的繞組均采用分布結(jié)合短距繞組。三、交流繞組的基本量（一）線圈（繞組元件）線圈的兩個(gè)線圈邊放在電機(jī)鐵心的兩個(gè)槽里。線圈由一匝或幾匝組成，它有兩個(gè)引出端，一個(gè)叫首端，另一個(gè)叫末端。 （二）極距 2Zp（三）節(jié)距 一個(gè)線圈的兩邊在定子圓周上所跨的距離，一般以槽數(shù)計(jì)（四）槽距電角 相鄰兩槽之間的電角度（五）每極每相槽數(shù) 安排每極每相占60度空間電角度，稱為60度相帶法。據(jù)此，每個(gè)360度空間電角度范圍內(nèi)，可均勻分成6個(gè)相帶，若依次命名為：A、Z、B、X、C、Y，且匝數(shù)、線徑繞制形式均相同，則可構(gòu)成三相對(duì)稱繞組。 360pZ2Zqpm第三節(jié)第三節(jié) 三相單層繞組三相單層繞組三相單層繞組每槽只

4、嵌放一個(gè)線圈邊，因此線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半。一般的單層繞組都是整距繞組。一、三相單層集中整距繞組每相只有一個(gè)集中整距線圈，定子上每個(gè)槽里只放一個(gè)線圈邊 二、三相單層分布整距繞組所有的線圈是同一節(jié)距又是整距的。三、單層繞組的特點(diǎn)（一）每個(gè)槽內(nèi)只有一個(gè)線圈邊，沒(méi)有層間絕緣，槽利用率較高。（二）整個(gè)繞組的線圈個(gè)數(shù)等于總槽數(shù)的一半。節(jié)省繞線和嵌線的工時(shí)，并且嵌線比較方便。（三）由于不能采用短距的方法來(lái)有效地抑制諧波，電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形比雙層短距繞組稍差，故一般用在710kW以下的小型異步電動(dòng)機(jī)中。（四）同一槽內(nèi)導(dǎo)體均屬同一相，因此槽漏抗比雙層短距繞組大。（五）每相最大并聯(lián)支路數(shù)等于極對(duì)數(shù)。第四節(jié)第四節(jié)

5、三相雙層疊繞組三相雙層疊繞組雙層繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)。每個(gè)槽上下放兩個(gè)線雙層繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)。每個(gè)槽上下放兩個(gè)線圈邊，每個(gè)線圈的一個(gè)邊放在一個(gè)槽的上層，另圈邊，每個(gè)線圈的一個(gè)邊放在一個(gè)槽的上層，另外一個(gè)邊則放在相隔外一個(gè)邊則放在相隔y y1 1槽的下層。槽的下層。例：槽數(shù)例：槽數(shù)Z=36Z=36、極數(shù)、極數(shù)2p=4 2p=4 36922 2Zp3602 3602036pZ36322 2 3Zqpm 二、雙層繞組的特點(diǎn)（一）槽內(nèi)上、下層線圈邊之間要加強(qiáng)層間絕緣，用料多，槽的利用率較低。（二）整個(gè)繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)，繞線和嵌線的工時(shí)較長(zhǎng)，但所有線圈具有同樣的尺寸，便于制造。（三）端部形狀排

6、列整齊，有利于散熱和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。（四）一般為短距線圈，既節(jié)省線圈端部用銅，又改善了電磁性能。采用短距線圈改變了導(dǎo)體電流的分布，有效地抑制了諧波，電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形比單層繞組好。所以現(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。（五）有的槽內(nèi)導(dǎo)體不屬同一相，因此槽漏抗比單層繞組小。第五節(jié)第五節(jié) 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、正弦分布磁場(chǎng)下的繞組電動(dòng)勢(shì)sinxmBB11sin2sinxmeB lvB lvtEt時(shí)空轉(zhuǎn)換t60pnf 1122()2.222mEfB lf電頻率與機(jī)械轉(zhuǎn)速（二）整距線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)114.44ccEfN（三）短距線圈的電動(dòng)勢(shì)190sin1整

7、距線匝電動(dòng)勢(shì)短距線匝電動(dòng)勢(shì)pK短距線圈雖然對(duì)基波電動(dòng)勢(shì)的大小稍有影響，但當(dāng)主極磁場(chǎng)中含有諧波時(shí)，它能有效抑制諧波電動(dòng)勢(shì)，故一般的交流繞組大多采用短距繞組。（四）線圈組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)12sin2sin1qqqqKd個(gè)集中線圈的合成電勢(shì)個(gè)分布線圈的合成電勢(shì)1111114.444.44 ()qcpdcwEqfN kkf qNk111wpdkk k（五）相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)111111224.444.44qcwwppEEfqN kfNkaa 二、非正弦分布磁場(chǎng)下電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波及其削弱方法（一）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波4.44wEf Nk1.次諧波的頻率60p nff2.次諧波磁場(chǎng)的每極磁通 2mBl3.次諧

8、波電動(dòng)勢(shì)的繞組因數(shù)1sin90pyksin2sin2dqkq（二）削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法35222221351111 ()()EEEEEEEEE1.使氣隙中磁場(chǎng)分布盡可能接近正弦波由設(shè)計(jì)制造實(shí)現(xiàn)2.采用對(duì)稱的三相繞組Y接時(shí)，線電壓中三倍數(shù)次諧波電動(dòng)勢(shì)互相抵消，發(fā)電機(jī)出線端不存在三倍數(shù)次諧波電動(dòng)勢(shì) 三角形連接時(shí)，三相繞組中3K次諧波電動(dòng)勢(shì)在閉合的三角形回路中產(chǎn)生環(huán)流，相當(dāng)于短路 可見(jiàn)，三次諧波電動(dòng)勢(shì)正好等于三次諧波環(huán)流所引起的阻抗壓降，在線電動(dòng)勢(shì)中仍然沒(méi)有3次諧波。但3次諧波環(huán)流在回路中會(huì)引起附加損耗。在對(duì)稱三相繞組中，三相繞組的聯(lián)結(jié)消除了線電動(dòng)勢(shì)中的3次及其倍數(shù)次奇次諧波。 33333EI Z3

9、.采用短距繞組4.采用分布繞組當(dāng)每極每相槽數(shù)q越大時(shí)，諧波電動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)的總趨勢(shì)變小，從而抑制諧波電動(dòng)勢(shì)的效果越好。一般交流電機(jī)選擇2q6。采用分布繞組時(shí)，基波分布因數(shù)略小于1，而5、7次諧波分布因數(shù)就小很多，因此可以改善電動(dòng)勢(shì)波形。11(1)y小結(jié)1. 交流繞組是同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的共同理論之一，本章雖以同步電機(jī)為例來(lái)進(jìn)行分析，但其結(jié)論完全適用于感應(yīng)電機(jī)。2. 三相繞組構(gòu)成原則是力求獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)而盡量削減諧波電動(dòng)勢(shì)，并保證三相電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱，同時(shí)還應(yīng)考慮節(jié)省材料和工藝方便。3. 各種繞組的應(yīng)用范圍并無(wú)絕對(duì)界限，一般來(lái)說(shuō)，大、中型電機(jī)多采用雙層繞組，10kW以下的感應(yīng)電機(jī)多采用單層繞組。

10、4. 在正弦分布磁場(chǎng)下相繞組電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式和變壓器電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式類似，只不過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)由于采用短距和分布繞組，計(jì)算公式中多乘了一個(gè)繞組因數(shù)而已。5. 當(dāng)磁極磁場(chǎng)沿空間不按正弦規(guī)律分布時(shí)，磁場(chǎng)中的高次諧波將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出相應(yīng)的諧波電動(dòng)勢(shì)。為了削弱諧波，可用改善凸極極靴外形或隱極勵(lì)磁繞組的分布，以及采用短距和分布繞組等措施。由于三相繞組采用星形和三角形聯(lián)結(jié)時(shí)線電壓中已經(jīng)消除了3次及3的倍數(shù)次諧波電動(dòng)勢(shì)，所以選擇節(jié)距時(shí)主要考慮削弱5、7次等低次諧波電動(dòng)勢(shì)。習(xí)題5-5，5-6tNIiNftIiccccccccos2221,cos2則：設(shè)：第六章 交流電機(jī)繞組的磁動(dòng)勢(shì)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)是電機(jī)機(jī)電

11、能量轉(zhuǎn)換的樞紐三相繞組空間位置不同,三相電流時(shí)間有相位差假設(shè):氣隙均勻,鐵心磁導(dǎo)率無(wú)窮大,槽內(nèi)電流集中在槽中心第一節(jié) 單相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)脈振磁動(dòng)勢(shì)一、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)fc具有駐波性質(zhì)，稱為脈振磁動(dòng)勢(shì)，由傅氏分解得：111112241coscos22419 . 0224coscoscoscos224cos7cos5cos3coscos224),(FINFtINfININFtFtINftINtfccccccccccccccc 而：其中：整距線圈產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)是：1.矩形波磁動(dòng)勢(shì)可分解為基波及一系列奇次諧波，不存在=2、4、6.等偶數(shù)次諧波。當(dāng)電流隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化時(shí)，各次諧波磁動(dòng)勢(shì)的幅值都

12、隨時(shí)間按電流的余弦變化規(guī)律變化，即在時(shí)間上均為同頻率的脈振波。2.基波的幅值最大。諧波次數(shù)越高，即值越大，該諧波磁動(dòng)勢(shì)的最大幅值越小。3.基波的極對(duì)數(shù)就是電機(jī)的極對(duì)數(shù)p， 次諧波的極對(duì)數(shù)為 ，極距為 。4.基波和諧波的波幅都在線圈的軸線上。pp二、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)sin2sin2dqKq3142( , )(coscos3cos)cos23wwwkkINftktp1sin90pyk雙層短距分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)是：1.相繞組磁動(dòng)勢(shì)包含基波和奇次諧波?；ù艅?dòng)勢(shì)占主要成份，采用短距和分布繞組可以削弱高次諧波。2.單相雙層短距分布繞組產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢(shì)和幅值為：3.某相電流達(dá)到最大值時(shí)，基波磁動(dòng)勢(shì)正幅

13、值在該相繞組軸線上。 11coscosfFt11422wINFkp單相基波脈振磁動(dòng)勢(shì)的分解一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)二個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)第二節(jié) 三相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)一、三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)2 cos2 cos1202 cos240ABCiItiItiIt111111coscoscos120cos120cos240cos240ABCfFtfFtfFt111111111cos()cos()22coscos24022coscos12022ABCFFfttFFfttFFftt三相繞組空間互差三相電流時(shí)間互差三相基波磁勢(shì)合成：基本特點(diǎn)：圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)向由相序定，轉(zhuǎn)速恒定。某相電流達(dá)到最大值時(shí)，三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)正

14、幅值在該相繞組軸線上?？梢宰C明，當(dāng)在空間互差90電角度的兩相對(duì)稱繞組中通有時(shí)間互差90電角度的對(duì)稱兩相電流時(shí)，仍然可得到圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)?？梢酝普?，在m相對(duì)稱繞組中通有對(duì)稱m相電流時(shí)，可得到圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，幅值為單相磁動(dòng)勢(shì)幅值的m/2倍，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向由超前相的繞組軸線移向滯后相的繞組軸線。出現(xiàn)三相繞組或三相電流不對(duì)稱的情況時(shí)，可以證明三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)將成為一個(gè)正弦分布、幅值變化、非恒速推移的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。111113cos()2ABCffffFt03333CBAffff二、三相繞組的高次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)（一）3次諧波333333cos3 coscos3120cos120cos3240

15、cos240ABCfFtfFtfFt （二）5次諧波5555553 42( ,)cos5cos5225wABCNkftfffItFtp （三）7次諧波7777773 42( ,)cos7cos7227wABCNkftfffItFtp 本 章 小 結(jié)1.單相和三相繞組磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)、大小和波形，必須牢固掌握。單相繞組通以單相交流電時(shí)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是脈振磁動(dòng)勢(shì)；對(duì)稱的三相繞組通以對(duì)稱的三相交流電時(shí)產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢(shì)是圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；多相繞組中，如出現(xiàn)繞組不對(duì)稱或電流不對(duì)稱時(shí)，該多相基波合成磁動(dòng)勢(shì)將成為一個(gè)正弦分布、幅值變化、非恒速推移的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。2.磁動(dòng)勢(shì)的波幅與諧波次數(shù)成反比，所以諧波次數(shù)愈高，幅值愈小。脈振磁動(dòng)勢(shì)的頻率和旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速都決定于電流的頻率。3.磁動(dòng)勢(shì)既是時(shí)間的函數(shù)又是空間的函數(shù)。在對(duì)稱的三相繞組中，3k次諧波的合成磁