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文檔簡介
1、第二篇 交流電機(jī)的繞組、電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢 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、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(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 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 二、旋轉(zhuǎn)磁場二、旋轉(zhuǎn)磁場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)勢和合成磁動(dòng)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(dòng)勢和磁動(dòng)勢要對(duì)稱,電阻、電抗要平衡;(三)繞組銅耗小,用銅量要節(jié)?。唬ㄋ模┙^緣可靠、機(jī)械強(qiáng)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(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有效地抑制諧波,電動(dòng)勢和磁動(dòng)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(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,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)勢和磁動(dòng)勢波形比單層繞組好。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)勢交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢一、正弦分布磁場下的繞組電動(dòng)勢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114.44ccEfN(三)短距線圈的電動(dòng)勢190sin1整
7、距線匝電動(dòng)勢短距線匝電動(dòng)勢pK短距線圈雖然對(duì)基波電動(dòng)勢的大小稍有影響,但當(dāng)主極磁場中含有諧波時(shí),它能有效抑制諧波電動(dòng)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(dòng)勢12sin2sin1qqqqKd個(gè)集中線圈的合成電勢個(gè)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(dòng)勢111111224.444.44qcwwppEEfqN kfNkaa 二、非正弦分布磁場下電動(dòng)勢中的高次諧波及其削弱方法(一)感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)勢的繞組因數(shù)1sin90pyksin2sin2dqkq(二)削弱諧波電動(dòng)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(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 三角形連接時(shí),三相繞組中3K次諧波電動(dòng)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(dòng)勢正好等于三次諧波環(huán)流所引起的阻抗壓降,在線電動(dòng)勢中仍然沒有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)勢的分布因數(shù)的總趨勢變小,從而抑制諧波電動(dòng)勢的效果越好。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)勢而盡量削減諧波電動(dòng)勢,并保證三相電動(dòng)勢對(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)用范圍并無絕對(duì)界限,一般來說,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. 在正弦分布磁場下相繞組電動(dòng)勢的計(jì)算公式和變壓器電動(dòng)勢的計(jì)算公式類似,只不過旋轉(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)磁極磁場沿空間不按正弦規(guī)律分布時(shí),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(dòng)勢。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,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。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)勢交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙磁場是電機(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)勢脈振磁動(dòng)勢一、整距線圈的磁動(dòng)勢fc具有駐波性質(zhì),稱為脈振磁動(dòng)勢,由傅氏分解得:111112241coscos22419 . 0224coscoscoscos224cos7cos5cos3coscos224),(FINFtINfININFtFtINftINtfccccccccccccccc 而:其中:整距線圈產(chǎn)生的磁動(dòng)勢的特點(diǎn)是:1.矩形波磁動(dòng)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(shí)間按余弦規(guī)律變化時(shí),各次諧波磁動(dòng)勢的幅值都
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sin2sin2dqKq3142( , )(coscos3cos)cos23wwwkkINftktp1sin90pyk雙層短距分布繞組的磁動(dòng)勢的特點(diǎn)是:1.相繞組磁動(dòng)勢包含基波和奇次諧波?;ù艅?dòng)勢占主要成份,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)勢和幅值為:3.某相電流達(dá)到最大值時(shí),基波磁動(dòng)勢正幅
13、值在該相繞組軸線上。 11coscosfFt11422wINFkp單相基波脈振磁動(dòng)勢的分解一個(gè)脈振磁動(dòng)勢二個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢第二節(jié) 三相繞組的合成磁動(dòng)勢一、三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢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合成:基本特點(diǎn):圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。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)勢正
14、幅值在該相繞組軸線上。可以證明,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。可以推論,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,幅值為單相磁動(dòng)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(duì)稱的情況時(shí),可以證明三相基波合成磁動(dòng)勢將成為一個(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。111113cos()2ABCffffFt03333CBAffff二、三相繞組的高次諧波合成磁動(dòng)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(dòng)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(shí)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢是脈振磁動(dòng)勢;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)勢是圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢;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。2.磁動(dòng)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(dòng)勢的頻率和旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的轉(zhuǎn)速都決定于電流的頻率。3.磁動(dòng)勢既是時(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
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