第08章-交流電機(jī)共性問題2013

1、電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)測控教研室徐小玲第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 8.1 交流電機(jī)的電樞繞組交流電機(jī)的電樞繞組 交流電機(jī)的定子是由硅鋼片疊壓而成的，在定子鐵心內(nèi)圓周交流電機(jī)的定子是由硅鋼片疊壓而成的，在定子鐵心內(nèi)圓周上沖有若干定子槽，三相電樞繞組嵌放在定子槽中。三相電樞繞上沖有若干定子槽，三相電樞繞組嵌放在定子槽中。三相電樞繞組是對(duì)稱分布的，它們?cè)褦?shù)相等，在空間互差組是對(duì)稱分布的，它們?cè)褦?shù)相等，在空間互差120 電角度。電角度。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題8.1.1 常用術(shù)語常用術(shù)語 1. 繞組元件繞組元件 與

2、直流電機(jī)一樣，交流電機(jī)的繞組也是由線圈按照一定規(guī)律與直流電機(jī)一樣，交流電機(jī)的繞組也是由線圈按照一定規(guī)律連接而成的，因而稱線圈為繞組元件，它也有單匝與多匝之分。連接而成的，因而稱線圈為繞組元件，它也有單匝與多匝之分。 2. 極距極距 極距是指沿定子鐵心內(nèi)圓每個(gè)磁極所占的范圍，可用長度或極距是指沿定子鐵心內(nèi)圓每個(gè)磁極所占的范圍，可用長度或槽數(shù)來表示，即槽數(shù)來表示，即第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題)(2)m(2p1p1 i槽nZnD（8-1） np: :磁極對(duì)數(shù)；磁極對(duì)數(shù)；Z1：總槽數(shù)：總槽數(shù) 3. 節(jié)距節(jié)距 槽中線圈的兩根有效邊之間所跨的槽數(shù)稱為節(jié)距，用符號(hào)槽中線圈的兩根有效

3、邊之間所跨的槽數(shù)稱為節(jié)距，用符號(hào)y表表示。線圈的節(jié)距示。線圈的節(jié)距 y 一般等于或小于極距一般等于或小于極距，若，若 y =，稱為，稱為整距線整距線圈圈；若；若 y ，則稱為，則稱為短距線圈短距線圈。若若 y ，則稱為，則稱為長距線圈長距線圈。 4. 機(jī)械角度與電角度機(jī)械角度與電角度第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題mp n 5. 槽距角槽距角 槽距角是指相鄰兩槽之間的槽距角是指相鄰兩槽之間的電角度電角度，用符號(hào)，用符號(hào)表示，即表示，即第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題1op360Zn （8-3） 6. 每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù) 為了確保三相繞組的對(duì)稱性，為

4、了確保三相繞組的對(duì)稱性，每相繞組每相繞組在在每磁極下每磁極下應(yīng)占有應(yīng)占有相相等的槽數(shù)等的槽數(shù)，該槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)，用符號(hào)，該槽數(shù)稱為每極每相槽數(shù)，用符號(hào)q 表示，即表示，即 mnZqp12（8-4） 7. 相帶相帶 為了確保三相繞組的對(duì)稱性，為了確保三相繞組的對(duì)稱性，每相繞每相繞組在每磁極下應(yīng)占有相等的區(qū)域，這個(gè)區(qū)組在每磁極下應(yīng)占有相等的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域常用電角度表示，稱為相帶。域常用電角度表示，稱為相帶。由于每極由于每極所對(duì)應(yīng)的電角度是所對(duì)應(yīng)的電角度是180，對(duì)三相電機(jī)而言，對(duì)三相電機(jī)而言，每個(gè)相帶將占有每個(gè)相帶將占有60電角度。電角度。 8. 槽電勢星形圖槽電勢星形圖 當(dāng)把槽中各線圈的導(dǎo)

5、體按正弦規(guī)律變當(dāng)把槽中各線圈的導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電動(dòng)勢分別用相量表示時(shí)，這些相量化的電動(dòng)勢分別用相量表示時(shí)，這些相量將構(gòu)成一個(gè)輻射狀的星形圖，稱為槽電勢將構(gòu)成一個(gè)輻射狀的星形圖，稱為槽電勢星形圖。星形圖。由槽距角的定義可知，相鄰兩槽由槽距角的定義可知，相鄰兩槽中的導(dǎo)體在空間上互差中的導(dǎo)體在空間上互差電角度，反映到電角度，反映到時(shí)間上就是相應(yīng)的導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢互差時(shí)間上就是相應(yīng)的導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢互差電角度。電角度。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 槽電勢星形圖反映了定槽電勢星形圖反映了定子槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢之間子槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢之間的相位關(guān)系，是交流繞組分的相位關(guān)系，是交流

6、繞組分相（在星形圖上劃分各相所相（在星形圖上劃分各相所屬槽號(hào)）的基本依據(jù)。屬槽號(hào)）的基本依據(jù)。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題302436023601Znp槽距角槽距角720360 pn電角度電角度 交流電機(jī)電樞繞組的分類比較復(fù)雜：交流電機(jī)電樞繞組的分類比較復(fù)雜： 按照線圈節(jié)距按照線圈節(jié)距 y，可分為，可分為整距繞組整距繞組和和短距繞組短距繞組； 按照每極每相槽數(shù)按照每極每相槽數(shù) q，可分為，可分為整數(shù)槽繞組整數(shù)槽繞組和和分?jǐn)?shù)槽繞組分?jǐn)?shù)槽繞組； 按照槽內(nèi)嵌放導(dǎo)體的層數(shù)，可分為按照槽內(nèi)嵌放導(dǎo)體的層數(shù)，可分為單層繞組單層繞組和和雙層繞組雙層繞組。 下面簡要介紹三相單層繞組和三

7、相雙層繞組的繞制方法。下面簡要介紹三相單層繞組和三相雙層繞組的繞制方法。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題8.1.2 三相單層繞組三相單層繞組第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題2pn241Zo1op30360Zn22p1mnZq62p1nZy 在圖在圖8-4中，如果中，如果N極下導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢極下導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢方向向上，則方向向上，則S極下導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢方向向極下導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢方向向下，下， 組成組成A相繞組的相繞組的8根導(dǎo)體是順著電動(dòng)勢方根導(dǎo)體是順著電動(dòng)勢方向串聯(lián)起來的。向串聯(lián)起來的。實(shí)際上，只要將這實(shí)際上，只要將這8根導(dǎo)體順根導(dǎo)體順著電動(dòng)勢方向串

8、聯(lián)起來就行，至于串聯(lián)的先后著電動(dòng)勢方向串聯(lián)起來就行，至于串聯(lián)的先后次序是無關(guān)緊要的，次序是無關(guān)緊要的， 并不影響合成電動(dòng)勢的并不影響合成電動(dòng)勢的大小和相位。大小和相位。 單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但缺點(diǎn)是當(dāng)單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但缺點(diǎn)是當(dāng)導(dǎo)線較粗時(shí)，導(dǎo)線較粗時(shí)， 繞組端部排列困難，所以只在繞組端部排列困難，所以只在小容量電機(jī)中使用。小容量電機(jī)中使用。 當(dāng)電機(jī)容量較大，導(dǎo)線當(dāng)電機(jī)容量較大，導(dǎo)線較粗時(shí)，為了端部排列整齊，下線方便，較粗時(shí)，為了端部排列整齊，下線方便， 一一般采用般采用雙層繞組雙層繞組。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題8.1.3 三相雙層繞組三相雙層繞組第第

9、8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題2pn241Z566565y 在雙層繞組中在雙層繞組中，線圈的尾邊可以放在任何一個(gè)槽的下層，這線圈的尾邊可以放在任何一個(gè)槽的下層，這樣非常便于短距繞組的設(shè)計(jì)。樣非常便于短距繞組的設(shè)計(jì)。 短距繞組可以節(jié)約材料并改善電短距繞組可以節(jié)約材料并改善電動(dòng)勢波形，所以動(dòng)勢波形，所以現(xiàn)代交流電機(jī)大都采用雙層短距繞組現(xiàn)代交流電機(jī)大都采用雙層短距繞組。 從以上介紹可以看出，從以上介紹可以看出，槽電勢星形圖是分析交流繞組的一槽電勢星形圖是分析交流繞組的一個(gè)有效方法個(gè)有效方法， 不僅可以分析三相單層繞組和三相雙層繞組，還不僅可以分析三相單層繞組和三相雙層繞組，還可以分

10、析比較復(fù)雜的繞組，可以分析比較復(fù)雜的繞組， 如分?jǐn)?shù)槽繞組、變極調(diào)速繞組、多如分?jǐn)?shù)槽繞組、變極調(diào)速繞組、多相繞組（六相、十二相等）。相繞組（六相、十二相等）。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 對(duì)比圖對(duì)比圖8-5與圖與圖8-4可知，可知，雙層繞組的線圈組數(shù)等于磁極數(shù)，雙層繞組的線圈組數(shù)等于磁極數(shù)，是單層繞組的兩倍是單層繞組的兩倍。8.2 電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢 設(shè)在交流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙中存在著旋轉(zhuǎn)磁場，該磁設(shè)在交流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙中存在著旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場可以是定子或轉(zhuǎn)子單獨(dú)產(chǎn)生，也可以是定、轉(zhuǎn)子共同產(chǎn)生。旋場可以是定子或轉(zhuǎn)子單獨(dú)產(chǎn)生，也可以是定、轉(zhuǎn)

11、子共同產(chǎn)生。旋轉(zhuǎn)磁場的基波分量在氣隙空間按正弦規(guī)律分布，其轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)磁場的基波分量在氣隙空間按正弦規(guī)律分布，其轉(zhuǎn)速為n1，稱，稱為為同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，旋轉(zhuǎn)磁場將切割定、轉(zhuǎn)子繞組，并在繞根據(jù)電磁感應(yīng)定律，旋轉(zhuǎn)磁場將切割定、轉(zhuǎn)子繞組，并在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。按照交流繞組的基本構(gòu)成，組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。按照交流繞組的基本構(gòu)成，先討論一根導(dǎo)先討論一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢，再討論線圈及線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢，最后討論體的感應(yīng)電動(dòng)勢，再討論線圈及線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢，最后討論電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢。電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢。第第8 8章章 交流電機(jī)的

12、共性問題交流電機(jī)的共性問題Blve n（8-5） 8.2.1 導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢 在圖在圖8-6中，畫出了定子中，畫出了定子A相繞組的相繞組的一個(gè)線圈一個(gè)線圈A-X，下面從波形、頻率和大，下面從波形、頻率和大小三個(gè)方面分析導(dǎo)體小三個(gè)方面分析導(dǎo)體A中的感應(yīng)電動(dòng)勢。中的感應(yīng)電動(dòng)勢。 1. 感應(yīng)電動(dòng)勢的波形感應(yīng)電動(dòng)勢的波形 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，位于磁場中的根據(jù)電磁感應(yīng)定律，位于磁場中的導(dǎo)體其感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為導(dǎo)體其感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為 對(duì)于現(xiàn)有的電機(jī)，導(dǎo)體的長度和導(dǎo)體切割磁場的速度都是一對(duì)于現(xiàn)有的電機(jī)，導(dǎo)體的長度和導(dǎo)體切割磁場的速度都是一定的，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢與導(dǎo)體切割到的磁通密度成

13、正比，所定的，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢與導(dǎo)體切割到的磁通密度成正比，所以以感應(yīng)電動(dòng)勢的波形取決于磁通密度的波形感應(yīng)電動(dòng)勢的波形取決于磁通密度的波形。顯然，磁通密度在。顯然，磁通密度在空間是正弦分布的（圖空間是正弦分布的（圖8-6b），對(duì)應(yīng)地感應(yīng)電動(dòng)勢在時(shí)間上也是），對(duì)應(yīng)地感應(yīng)電動(dòng)勢在時(shí)間上也是正弦分布的，如圖正弦分布的，如圖8-7 所示。所示。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題Blve n（8-5） 2. 感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率 由圖由圖8-6可見，當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)過一對(duì)極時(shí)，導(dǎo)體可見，當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)過一對(duì)極時(shí)，導(dǎo)體A中的感應(yīng)電中的感應(yīng)電動(dòng)勢將變化一個(gè)周期。當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)過動(dòng)勢

14、將變化一個(gè)周期。當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)過 np 對(duì)極對(duì)極時(shí)，時(shí)， 導(dǎo)體導(dǎo)體A中的感應(yīng)電動(dòng)勢將變化中的感應(yīng)電動(dòng)勢將變化 np 周期。周期。 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)速是 n1，其單，其單位是位是r/min，表示磁場旋轉(zhuǎn)，表示磁場旋轉(zhuǎn)n1圈的時(shí)間是圈的時(shí)間是60s，所以感應(yīng)電動(dòng)勢，所以感應(yīng)電動(dòng)勢en的頻率為的頻率為 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題601pnnf （8-6） 赫茲赫茲（Hz） 3. 感應(yīng)電動(dòng)勢的大小感應(yīng)電動(dòng)勢的大小 設(shè)氣隙磁通密度的最大值為設(shè)氣隙磁通密度的最大值為B，則感應(yīng)電動(dòng)勢，則感應(yīng)電動(dòng)勢en的最大值為的最大值為 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共

15、性問題（8-8） lvBEnmaxfnnnDnDv26022601pp1 i11 iav2BB 1nmaxfE11nmaxn22. 222ffEE（8-6） （8-7） （8-9） （8-10） 每極磁通每極磁通lBav1感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢有效值有效值8.2.2 線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢 一匝線圈由兩根導(dǎo)體連接而成，根據(jù)線圈節(jié)距與電機(jī)極距的一匝線圈由兩根導(dǎo)體連接而成，根據(jù)線圈節(jié)距與電機(jī)極距的大小關(guān)系，可以分為大小關(guān)系，可以分為整距線圈（整距線圈（y =）和和短距線圈（短距線圈（ y ）。 下面分別討論這兩種線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢。下面分別討論這兩種線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢。 1. 整距線圈的感應(yīng)電

16、動(dòng)勢整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題n1n2n1y2EEEE1n1y44. 42fEE1yy44. 4fNE 2. 短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題n2n1yEEEy1n1n1y22cos2kEEE2cos22cos2n1n1y1EEk整距線圈感應(yīng)電動(dòng)勢短距線圈感應(yīng)電動(dòng)勢基波短距因數(shù)，其值總是小于基波短距因數(shù)，其值總是小于1，表示線圈，表示線圈短距后感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣。短距后感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣。 y11yy44. 4kfNE 在交流繞組中采用短距線圈后，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢

17、比整距時(shí)在交流繞組中采用短距線圈后，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢比整距時(shí)雖然有所減小，但是有利于改善旋轉(zhuǎn)磁場的波形，使之更接近于正雖然有所減小，但是有利于改善旋轉(zhuǎn)磁場的波形，使之更接近于正弦，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)磁場作用下的感應(yīng)電動(dòng)勢也更接近于正弦，這些都弦，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)磁場作用下的感應(yīng)電動(dòng)勢也更接近于正弦，這些都有利于電機(jī)性能的改善。有利于電機(jī)性能的改善。8.2.3 繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢 繞組是將若干個(gè)線圈組繞組是將若干個(gè)線圈組串聯(lián)或者并聯(lián)串聯(lián)或者并聯(lián)而構(gòu)成的，所以下面先討而構(gòu)成的，所以下面先討論線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢。論線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢。 1. 線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢 不論是單層繞組還是

18、雙層繞組，每一線圈組都是由不論是單層繞組還是雙層繞組，每一線圈組都是由q個(gè)線圈串聯(lián)個(gè)線圈串聯(lián)而成的，并且這些串聯(lián)線圈分別安置在相鄰的槽中，而成的，并且這些串聯(lián)線圈分別安置在相鄰的槽中， 在空間依次相在空間依次相隔隔槽距角，由此構(gòu)成的繞組即為槽距角，由此構(gòu)成的繞組即為分布繞組分布繞組，如圖，如圖8-10a所示。所示。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題2sin2qqRE q1yyyq2sin2sin2sin2sinkqEqqqEqEE2sin2sinyqq1qqqEEk集中繞組合成電動(dòng)勢分布繞組合成電動(dòng)勢w11yq1y11yq)

19、(44. 4)(44. 4kqNfkkqNfE分布因數(shù)，其值也總是小于分布因數(shù)，其值也總是小于1，表示分布繞組，表示分布繞組感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)比集中繞組應(yīng)打的折扣。感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)比集中繞組應(yīng)打的折扣。 繞組因數(shù)繞組因數(shù)q11yw1kkk2sin2yRE 單個(gè)線圈的電動(dòng)單個(gè)線圈的電動(dòng)勢勢 2. 繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢 上式中的上式中的qNy是線圈組是線圈組q個(gè)串聯(lián)線圈的總匝數(shù)，如果每相繞組個(gè)串聯(lián)線圈的總匝數(shù)，如果每相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)為的總串聯(lián)匝數(shù)為N1，則，則每相繞組每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢就是的感應(yīng)電動(dòng)勢就是第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題w11144. 4kfNE（8-24

20、） 對(duì)于單層繞組對(duì)于單層繞組aqNnNyp1對(duì)于雙層繞組對(duì)于雙層繞組aqNnNyp12w11yq1y11yq)(44. 4)(44. 4kqNfkkqNfEa:一相一相繞組繞組有有a條條支路，一支路，一條條支路由若干支路由若干個(gè)線個(gè)線圈圈組組串串聯(lián)聯(lián)而成而成第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題8.3 電樞繞組的磁動(dòng)勢和旋轉(zhuǎn)磁場電樞繞組的磁動(dòng)勢和旋轉(zhuǎn)磁場 如果交流電機(jī)的定子電樞繞組通入三相對(duì)稱的交流電流，如果交流電機(jī)的定子電樞繞組通入三相對(duì)稱的交流電流，將產(chǎn)生一定的磁動(dòng)勢及磁場。下面首先分析將產(chǎn)生一定的磁動(dòng)勢及磁場。下面首先分析單相電樞繞組單相電樞繞組的磁的磁動(dòng)勢，然后討論動(dòng)勢，

21、然后討論三相電樞繞組三相電樞繞組的合成磁動(dòng)勢及磁場。的合成磁動(dòng)勢及磁場。8.3.1 8.3.1 單相電樞繞組的磁動(dòng)勢單相電樞繞組的磁動(dòng)勢 1. 1. 整距集中繞組的磁動(dòng)勢整距集中繞組的磁動(dòng)勢 圖圖8-11a8-11a所示是一臺(tái)兩極電機(jī)的示所示是一臺(tái)兩極電機(jī)的示意圖。在定子上畫出了一相的整距集中意圖。在定子上畫出了一相的整距集中繞組，當(dāng)線圈中通過電流時(shí)，便產(chǎn)生了繞組，當(dāng)線圈中通過電流時(shí)，便產(chǎn)生了一個(gè)兩極磁場。顯然，磁場的強(qiáng)弱取決一個(gè)兩極磁場。顯然，磁場的強(qiáng)弱取決于定子線圈匝數(shù)于定子線圈匝數(shù)Ny和線圈電流和線圈電流iy的乘積的乘積Nyiy，即，即磁動(dòng)勢磁動(dòng)勢fy。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題

22、交流電機(jī)的共性問題tIicos2yytINtfcos22)(yyy（8-27） 任何瞬間單相電樞任何瞬間單相電樞繞組的磁動(dòng)勢在空間以繞組的磁動(dòng)勢在空間以矩形波分布，矩形波的矩形波分布，矩形波的高度隨時(shí)間按正弦規(guī)律高度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。這種在空間位置變化。這種在空間位置固定，而大小隨時(shí)間變固定，而大小隨時(shí)間變化的磁動(dòng)勢稱為化的磁動(dòng)勢稱為脈振磁脈振磁動(dòng)勢動(dòng)勢。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 對(duì)圖對(duì)圖8-11b所示的矩形波磁動(dòng)勢沿圓周進(jìn)行傅里葉分解，可所示的矩形波磁動(dòng)勢沿圓周進(jìn)行傅里葉分解，可以得到相應(yīng)的基波分量以得到相應(yīng)的基波分量 xtFxtINtxfcoscoscos

23、cos224),(1yyyy1（8-28） 基波分量的幅值基波分量的幅值 yyy19 . 0INF定子內(nèi)表面的定子內(nèi)表面的圓周距離圓周距離 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題q1yyq1y1q9 . 0kIqNkqFF分布因數(shù)分布因數(shù) 圖圖8 8- -1 12 2 整整距距分分布布繞繞組組的的磁磁動(dòng)動(dòng)勢勢y1Fa)b)y2Fy3Fy1Fy2Fy3FORqFyy1FqF1232sin2sinq1qqk 2. 整距分布繞組的磁動(dòng)勢整距分布繞組的磁動(dòng)勢 如圖如圖8-12a所示，由所示，由q個(gè)整距線圈串聯(lián)所構(gòu)成的線圈組是最簡個(gè)整距線圈串聯(lián)所構(gòu)成的線圈組是最簡單的整距分布繞組，每個(gè)線圈

24、所產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢在空間按正弦單的整距分布繞組，每個(gè)線圈所產(chǎn)生的基波磁動(dòng)勢在空間按正弦規(guī)律分布，可以用空間相量來表征，規(guī)律分布，可以用空間相量來表征，這些這些空間相量之間的相位差應(yīng)該就空間相量之間的相位差應(yīng)該就是線圈之間的位移角是線圈之間的位移角，即槽距角，即槽距角 。 3. 雙層短距分布繞組的磁動(dòng)勢雙層短距分布繞組的磁動(dòng)勢 圖圖8-13a所示是雙層短距分布繞組的展開圖，同一相線圈的所示是雙層短距分布繞組的展開圖，同一相線圈的上、下層導(dǎo)體要錯(cuò)開一個(gè)距離，上、下層導(dǎo)體要錯(cuò)開一個(gè)距離， 這個(gè)距離剛好就是線圈節(jié)距所這個(gè)距離剛好就是線圈節(jié)距所縮短的電角度縮短的電角度。 從繞組電流產(chǎn)生磁場的角度看，從繞

25、組電流產(chǎn)生磁場的角度看，合成磁動(dòng)勢的大小及波形合成磁動(dòng)勢的大小及波形只取決于導(dǎo)體電流的大小和方向以及導(dǎo)體的分布情況，而與導(dǎo)只取決于導(dǎo)體電流的大小和方向以及導(dǎo)體的分布情況，而與導(dǎo)體之間的連接次序無關(guān)體之間的連接次序無關(guān)。因此，可以。因此，可以將所有上層導(dǎo)體看成是一將所有上層導(dǎo)體看成是一個(gè)的整距分布繞組，而將所有下層導(dǎo)體看成是另一個(gè)的整距分個(gè)的整距分布繞組，而將所有下層導(dǎo)體看成是另一個(gè)的整距分布繞組布繞組。如圖。如圖8-13b所示，這兩個(gè)繞組的基波磁動(dòng)勢大小相等，所示，這兩個(gè)繞組的基波磁動(dòng)勢大小相等，相位差為電角度相位差為電角度 。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題第第8 8章

26、章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題y1q1yyq)2(9 . 02cos2kkIqNFF2cosy1k短距因數(shù)短距因數(shù) 4. 單相繞組的磁動(dòng)勢單相繞組的磁動(dòng)勢 為了使公式簡明并使用方便，一般采用繞組相電流為了使公式簡明并使用方便，一般采用繞組相電流I 和每相和每相串聯(lián)總匝數(shù)串聯(lián)總匝數(shù)N1來計(jì)算磁動(dòng)勢。設(shè)繞組的來計(jì)算磁動(dòng)勢。設(shè)繞組的并聯(lián)支路數(shù)為并聯(lián)支路數(shù)為a，則線圈，則線圈電流電流Iy=I/a；另外，對(duì)于；另外，對(duì)于雙層繞組雙層繞組， 由式（由式（8-26）可知線圈匝數(shù)）可知線圈匝數(shù)Ny=aN1/(2npq)。 把這兩個(gè)關(guān)系式代入上式，把這兩個(gè)關(guān)系式代入上式， 可得單相繞組基波可得單相繞組

27、基波磁動(dòng)勢的幅值磁動(dòng)勢的幅值 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題aqNnNyp12w1p119 . 0knINFy1q1w1kkk繞組因數(shù)繞組因數(shù) y1q1yyq)2(9 . 02cos2kkIqNFF 上式對(duì)于單層繞組同樣適用。這樣，上式對(duì)于單層繞組同樣適用。這樣，單相繞組基波磁動(dòng)勢單相繞組基波磁動(dòng)勢的完整表達(dá)式為的完整表達(dá)式為 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題xtFtxfcoscos),(11（8-31） 該磁動(dòng)勢的軸線在該磁動(dòng)勢的軸線在空間固定不動(dòng)，而空間固定不動(dòng)，而振幅不斷地隨時(shí)間振幅不斷地隨時(shí)間做正弦變化。做正弦變化。 8.3.2 三相電樞繞組的

28、合成磁動(dòng)勢三相電樞繞組的合成磁動(dòng)勢 通過合理布置定子槽中的三相電樞繞組，能夠有效地減小通過合理布置定子槽中的三相電樞繞組，能夠有效地減小氣隙中的磁動(dòng)勢諧波?？梢哉J(rèn)為每相電樞繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢在氣隙中的磁動(dòng)勢諧波?？梢哉J(rèn)為每相電樞繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢在空間是正弦分布的，并且三相磁動(dòng)勢在空間互差空間是正弦分布的，并且三相磁動(dòng)勢在空間互差120電角度。電角度。三相電樞繞組的基波磁動(dòng)勢為三相電樞繞組的基波磁動(dòng)勢為（8-32）第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題)32cos()32cos(),()32cos()32cos(),(coscos),(1C11B11A1xtFtxfxtFtxfxtF

29、txf 根據(jù)三角函數(shù)的積化和差公式，上式可以寫為根據(jù)三角函數(shù)的積化和差公式，上式可以寫為將上式中三相電樞繞組磁動(dòng)勢相加，得到合成基波磁動(dòng)勢將上式中三相電樞繞組磁動(dòng)勢相加，得到合成基波磁動(dòng)勢第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題)32cos(21)cos(21),()32cos(21)cos(21),()cos(21)cos(21),(11C111B111A1xtFxtFtxfxtFxtFtxfxtFxtFtxf)cos(),(11xtFtxfw1p11135. 123knINFF第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 圖圖8-14說明說明 是一個(gè)幅是一個(gè)幅值恒定、正

30、弦分布的行波。值恒定、正弦分布的行波。 由于由于 表示三相電樞表示三相電樞繞組基波合成磁動(dòng)勢沿氣隙圓周繞組基波合成磁動(dòng)勢沿氣隙圓周的空間分布，所以它是一個(gè)沿氣的空間分布，所以它是一個(gè)沿氣隙圓周旋轉(zhuǎn)的行波，其相對(duì)于定隙圓周旋轉(zhuǎn)的行波，其相對(duì)于定子的速度是子的速度是 ),(1txf),(1txf1v同步速度同步速度 221v相應(yīng)的波長相應(yīng)的波長 )cos(),(11xtFtxf 可見，可見，定子定子A、B、C三相繞組的磁動(dòng)勢均可以分解為兩個(gè)三相繞組的磁動(dòng)勢均可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。大小相等、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。正向旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢相位相正向旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢相位相同，其合成磁動(dòng)勢的幅

31、值是每相正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢幅值的同，其合成磁動(dòng)勢的幅值是每相正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢幅值的3倍，而反向倍，而反向旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢相位互差旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢相位互差120 ，其合成磁動(dòng)勢為零。，其合成磁動(dòng)勢為零。 一個(gè)三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流時(shí)，所產(chǎn)生的一定是一個(gè)三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流時(shí)，所產(chǎn)生的一定是個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。這個(gè)概念不僅可以用上面的數(shù)學(xué)手段來證個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。這個(gè)概念不僅可以用上面的數(shù)學(xué)手段來證明，還可以進(jìn)一步用圖明，還可以進(jìn)一步用圖8-15來解釋。設(shè)三相電流為來解釋。設(shè)三相電流為 （8-37）第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題)32cos()32cos(cosmCmBmAtIitIi

32、tIi第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題右手螺旋右手螺旋定則定則2,mCBmAIiiIi2,mCAmBIiiIi2,mBAmCIiiIi8.3.3 旋轉(zhuǎn)磁場的基本特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)磁場的基本特點(diǎn) 1）三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流所產(chǎn)生的三相基波合成）三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流所產(chǎn)生的三相基波合成磁動(dòng)勢是一個(gè)旋轉(zhuǎn)行波磁動(dòng)勢是一個(gè)旋轉(zhuǎn)行波，合成磁動(dòng)勢的幅值是單相電樞繞組脈振合成磁動(dòng)勢的幅值是單相電樞繞組脈振磁動(dòng)勢幅值的磁動(dòng)勢幅值的3/2倍。同理可以證明，倍。同理可以證明，對(duì)于對(duì)于m相對(duì)稱繞組通入相對(duì)稱繞組通入m相對(duì)稱電流，所產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢也是一個(gè)旋轉(zhuǎn)行波，其相對(duì)稱電流，所產(chǎn)生的基波

33、合成磁動(dòng)勢也是一個(gè)旋轉(zhuǎn)行波，其幅值為每相脈振幅值的幅值為每相脈振幅值的m/2倍。倍。 2）根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場的行波性質(zhì)，旋轉(zhuǎn)磁場的電角速度和機(jī)械）根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場的行波性質(zhì)，旋轉(zhuǎn)磁場的電角速度和機(jī)械轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 p160nfn 上式表明，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速上式表明，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1僅與電源頻率僅與電源頻率f和電機(jī)極對(duì)數(shù)和電機(jī)極對(duì)數(shù)np有關(guān)，稱為有關(guān)，稱為同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題f 21 3）從圖）從圖8-15可見，旋轉(zhuǎn)磁可見，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是從電流超前的相場的旋轉(zhuǎn)方向是從電流超前的相轉(zhuǎn)向電流滯后的相，即合成磁動(dòng)轉(zhuǎn)向電流滯后的相，即合成磁動(dòng)勢的軸線是從勢的

34、軸線是從A相轉(zhuǎn)到相轉(zhuǎn)到B相，再從相，再從B相轉(zhuǎn)到相轉(zhuǎn)到C相。因此相。因此要改變旋轉(zhuǎn)磁要改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變電樞繞組的場的方向，只要改變電樞繞組的相序即可相序即可，也就是將連接到電源，也就是將連接到電源的三相繞組的的三相繞組的3根接線中的任意根接線中的任意2根對(duì)調(diào)就可以了；根對(duì)調(diào)就可以了； 4）從圖）從圖8-15還可以看出，還可以看出，當(dāng)當(dāng)某相電流達(dá)到最大時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)某相電流達(dá)到最大時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的波幅剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的中勢的波幅剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的中心線上心線上。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題8.4 交流電機(jī)的磁場分析交流電機(jī)的磁場分析8.4.1 交流電機(jī)的主磁通交

35、流電機(jī)的主磁通 當(dāng)交流電機(jī)的定子繞組通入三相對(duì)稱電流時(shí)，當(dāng)交流電機(jī)的定子繞組通入三相對(duì)稱電流時(shí)， 便在氣隙中便在氣隙中建立基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的基波旋轉(zhuǎn)磁場。建立基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的基波旋轉(zhuǎn)磁場。與基波與基波旋轉(zhuǎn)磁場相對(duì)應(yīng)的磁通稱為主磁通，用旋轉(zhuǎn)磁場相對(duì)應(yīng)的磁通稱為主磁通，用 m表示。表示。由于旋轉(zhuǎn)磁場由于旋轉(zhuǎn)磁場是沿氣隙圓周的行波，而氣隙的長度是非常小的，所以相應(yīng)的是沿氣隙圓周的行波，而氣隙的長度是非常小的，所以相應(yīng)的主磁通實(shí)際上是與定、轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)相交鏈的，這也是判斷主主磁通實(shí)際上是與定、轉(zhuǎn)子繞組同時(shí)相交鏈的，這也是判斷主磁通的重要依據(jù)。磁通的重要依據(jù)。主磁通又稱為氣隙磁

36、通，交流電機(jī)就是依靠主磁通又稱為氣隙磁通，交流電機(jī)就是依靠氣隙磁通來實(shí)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換的。氣隙磁通來實(shí)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換的。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 電機(jī)的磁場分布可以用電機(jī)的磁場分布可以用計(jì)算機(jī)仿真的方法來模擬，計(jì)算機(jī)仿真的方法來模擬，目前有一些專用的磁場分析目前有一些專用的磁場分析軟件，如軟件，如ANSYS，也可以利，也可以利用用MATLAB軟件。圖軟件。圖8-16所所示就是采用示就是采用MATLAB的有限的有限元工具箱建立的一個(gè)交流凸元工具箱建立的一個(gè)交流凸極電機(jī)的磁場仿真模型，當(dāng)極電機(jī)的磁場仿真模型，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子通以勵(lì)磁電流，并電機(jī)轉(zhuǎn)子通以勵(lì)磁

37、電流，并假定定子電流為假定定子電流為0時(shí)，其磁場時(shí)，其磁場分 布 如 圖分 布 如 圖 8 - 1 7 所 示 。所 示 。第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題 交 流 電 機(jī)交 流 電 機(jī)主磁通經(jīng)過的主磁通經(jīng)過的路徑為：路徑為：氣隙氣隙定子齒定子齒定定子軛子軛定子齒定子齒氣隙氣隙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子齒齒轉(zhuǎn)子軛轉(zhuǎn)子軛轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)子齒氣隙氣隙，這與直流電機(jī)這與直流電機(jī)相類似。相類似。 第第8 8章章 交流電機(jī)的共性問題交流電機(jī)的共性問題8.4.2 交流電機(jī)的漏磁通交流電機(jī)的漏磁通 交流電機(jī)定子繞組除產(chǎn)生主磁通外，還產(chǎn)生與定子繞組相交交流電機(jī)定子繞組除產(chǎn)生主磁通外，還產(chǎn)生與定子繞組相交鏈而不與轉(zhuǎn)子

38、繞組相交鏈的磁通，稱為鏈而不與轉(zhuǎn)子繞組相交鏈的磁通，稱為定子漏磁通定子漏磁通，用，用 1 表示。表示。定子漏磁通按磁通路徑可分為定子漏磁通按磁通路徑可分為3類：類： （1）槽漏磁通槽漏磁通 由一側(cè)槽壁橫越至另一側(cè)槽壁的漏磁通。由一側(cè)槽壁橫越至另一側(cè)槽壁的漏磁通。 （2）端部漏磁通端部漏磁通 交鏈于繞組端部的漏磁通。交鏈于繞組端部的漏磁通。 （3）諧波漏磁通諧波漏磁通 當(dāng)定子繞組通入三相交流電時(shí)，在氣隙中當(dāng)定子繞組通入三相交流電時(shí)，在氣隙中除產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場外，還產(chǎn)生一系列高次諧波旋轉(zhuǎn)磁場，以及除產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場外，還產(chǎn)生一系列高次諧波旋轉(zhuǎn)磁場，以及相應(yīng)的高次諧波磁通。這些諧波磁通雖然同時(shí)交鏈定、相應(yīng)的高次諧波磁通。這些諧波磁通雖然同時(shí)交鏈定、 轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組，但一般不利于電機(jī)的正常運(yùn)行，所以我們把它們作為漏磁通處理。但一般不利于