電機繞組理論z版

1、第二篇 交流電機的繞組、電動勢和磁動勢 產(chǎn)生或使用交流電能的旋轉(zhuǎn)電機稱為交流電機，主要分為同步電機和異步電機兩類,結(jié)構(gòu)上分定子和轉(zhuǎn)子二部分。 雖然同步電機與異步電機在原理、性能、勵磁等方面差異很大，但在定子的鐵心結(jié)構(gòu)、繞組特點、感應(yīng)電勢、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場等方面是相同的。轉(zhuǎn)子含三或多相閉合繞組的含直流勵磁繞組的轉(zhuǎn)子定子異步電機同步電機第五章 交流電機的繞組和電動勢 第一節(jié) 交流電機的工作原理一、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 二、旋轉(zhuǎn)磁場二、旋轉(zhuǎn)磁場sinsin120sin240AmBmCmiItiItiIt160fnp機械角度與電角度空間電角度機械角

2、度 p區(qū)分旋轉(zhuǎn)電機中機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）合成電動勢和合成磁動勢的波形力求是正弦波，盡量削弱諧波；（二）三相繞組各相電動勢和磁動勢要對稱，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、機械強度、散熱條件要好，制造簡單、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。現(xiàn)代電力用交流電機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）線圈的兩個線圈邊放在電機鐵心的兩個槽里。線圈由一匝或幾匝組成，它有兩個引出端，一個叫首端，另一個叫末端。 （二）極距 2Zp（三）節(jié)距 一個線圈的兩邊在定子圓周上所跨的距離，一般以槽數(shù)計（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360度空間電角度范圍內(nèi)，可均勻分成6個相帶，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集中整距線圈，定子上每個槽里只放一個線圈邊 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（一）每個槽內(nèi)只有一個線圈邊，沒有層間絕緣，槽利用率較高。（二）整個繞組的線圈個數(shù)等于總槽數(shù)的一半。節(jié)省繞線和嵌線的工時，并且嵌線比較方便。（三）由于不能采用短距的方法來有效地抑制諧波，電動勢和磁動勢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機中。（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)。每個槽上下放兩個線雙層繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)。每個槽上下放兩個線圈邊，每個線圈的一個邊放在一個槽的上層，另圈邊，每個線圈的一個邊放在一個槽的上層，另外一個邊則放在相隔外一個邊則放在相隔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（一）槽內(nèi)上、下層線圈邊之間要加強層間絕緣，用料多，槽的利用率較低。（二）整個繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)，繞線和嵌線的工時較長，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，有利于散熱和增強機械強度。（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，電動勢和磁動勢波形比單層繞組好。所以現(xiàn)代10kW以上的三相交流電機，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)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢一、正弦分布磁場下的繞組電動勢sinxmBB11sin2sinxmeB lvB lvtEt時空轉(zhuǎn)換t60pnf 1122()2.222mEfB lf電頻率與機械轉(zhuǎn)速（二）整距線圈感應(yīng)電動勢114.44ccEfN（三）短距線圈的電動勢190sin1整

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

8、波電動勢的繞組因數(shù)1sin90pyksin2sin2dqkq（二）削弱諧波電動勢的方法35222221351111 ()()EEEEEEEEE1.使氣隙中磁場分布盡可能接近正弦波由設(shè)計制造實現(xiàn)2.采用對稱的三相繞組Y接時，線電壓中三倍數(shù)次諧波電動勢互相抵消，發(fā)電機出線端不存在三倍數(shù)次諧波電動勢 三角形連接時，三相繞組中3K次諧波電動勢在閉合的三角形回路中產(chǎn)生環(huán)流，相當(dāng)于短路 可見，三次諧波電動勢正好等于三次諧波環(huán)流所引起的阻抗壓降，在線電動勢中仍然沒有3次諧波。但3次諧波環(huán)流在回路中會引起附加損耗。在對稱三相繞組中，三相繞組的聯(lián)結(jié)消除了線電動勢中的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，諧波電動勢的分布因數(shù)的總趨勢變小，從而抑制諧波電動勢的效果越好。一般交流電機選擇2q6。采用分布繞組時，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，因此可以改善電動勢波形。11(1)y小結(jié)1. 交流繞組是同步電機和感應(yīng)電機的共同理論之一，本章雖以同步電機為例來進行分析，但其結(jié)論完全適用于感應(yīng)電機。2. 三相繞組構(gòu)成原則是力求獲得較大的基波電動勢而盡量削減諧波電動勢，并保證三相電動勢對稱，同時還應(yīng)考慮節(jié)省材料和工藝方便。3. 各種繞組的應(yīng)用范圍并無絕對界限，一般來說，大、中型電機多采用雙層繞組，10kW以下的感應(yīng)電機多采用單層繞組。

10、4. 在正弦分布磁場下相繞組電動勢的計算公式和變壓器電動勢的計算公式類似，只不過旋轉(zhuǎn)電機由于采用短距和分布繞組，計算公式中多乘了一個繞組因數(shù)而已。5. 當(dāng)磁極磁場沿空間不按正弦規(guī)律分布時，磁場中的高次諧波將在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出相應(yīng)的諧波電動勢。為了削弱諧波，可用改善凸極極靴外形或隱極勵磁繞組的分布，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)時線電壓中已經(jīng)消除了3次及3的倍數(shù)次諧波電動勢，所以選擇節(jié)距時主要考慮削弱5、7次等低次諧波電動勢。習(xí)題5-5，5-6tNIiNftIiccccccccos2221,cos2則：設(shè)：第六章 交流電機繞組的磁動勢交流旋轉(zhuǎn)電機氣隙磁場是電機機電

11、能量轉(zhuǎn)換的樞紐三相繞組空間位置不同,三相電流時間有相位差假設(shè):氣隙均勻,鐵心磁導(dǎo)率無窮大,槽內(nèi)電流集中在槽中心第一節(jié) 單相交流繞組的磁動勢脈振磁動勢一、整距線圈的磁動勢fc具有駐波性質(zhì)，稱為脈振磁動勢，由傅氏分解得：111112241coscos22419 . 0224coscoscoscos224cos7cos5cos3coscos224),(FINFtINfININFtFtINftINtfccccccccccccccc 而：其中：整距線圈產(chǎn)生的磁動勢的特點是：1.矩形波磁動勢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)電流隨時間按余弦規(guī)律變化時，各次諧波磁動勢的幅值都

12、隨時間按電流的余弦變化規(guī)律變化，即在時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，該諧波磁動勢的最大幅值越小。3.基波的極對數(shù)就是電機的極對數(shù)p， 次諧波的極對數(shù)為 ，極距為 。4.基波和諧波的波幅都在線圈的軸線上。pp二、單相繞組的磁動勢sin2sin2dqKq3142( , )(coscos3cos)cos23wwwkkINftktp1sin90pyk雙層短距分布繞組的磁動勢的特點是：1.相繞組磁動勢包含基波和奇次諧波?；ù艅觿菡贾饕煞?，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)生的基波磁動勢和幅值為：3.某相電流達到最大值時，基波磁動勢正幅

13、值在該相繞組軸線上。 11coscosfFt11422wINFkp單相基波脈振磁動勢的分解一個脈振磁動勢二個旋轉(zhuǎn)磁動勢第二節(jié) 三相繞組的合成磁動勢一、三相繞組的基波合成磁動勢2 cos2 cos1202 cos240ABCiItiItiIt111111coscoscos120cos120cos240cos240ABCfFtfFtfFt111111111cos()cos()22coscos24022coscos12022ABCFFfttFFfttFFftt三相繞組空間互差三相電流時間互差三相基波磁勢合成：基本特點：圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。轉(zhuǎn)向由相序定，轉(zhuǎn)速恒定。某相電流達到最大值時，三相合成基波磁動勢正

14、幅值在該相繞組軸線上?？梢宰C明，當(dāng)在空間互差90電角度的兩相對稱繞組中通有時間互差90電角度的對稱兩相電流時，仍然可得到圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢?？梢酝普?，在m相對稱繞組中通有對稱m相電流時，可得到圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，幅值為單相磁動勢幅值的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稱的情況時，可以證明三相基波合成磁動勢將成為一個正弦分布、幅值變化、非恒速推移的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。111113cos()2ABCffffFt03333CBAffff二、三相繞組的高次諧波合成磁動勢（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勢的性質(zhì)、大小和波形，必須牢固掌握。單相繞組通以單相交流電時產(chǎn)生的磁動勢是脈振磁動勢；對稱的三相繞組通以對稱的三相交流電時產(chǎn)生的基波合成磁動勢是圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢；多相繞組中，如出現(xiàn)繞組不對稱或電流不對稱時，該多相基波合成磁動勢將成為一個正弦分布、幅值變化、非恒速推移的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。2.磁動勢的波幅與諧波次數(shù)成反比，所以諧波次數(shù)愈高，幅值愈小。脈振磁動勢的頻率和旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)速都決定于電流的頻率。3.磁動勢既是時間的函數(shù)又是空間的函數(shù)。在對稱的三相繞組中，3k次諧波的合成磁