交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1、交流繞組 交流繞組的基本概念繞組：按一定規(guī)律排列和連接的線圈的總稱要求磁勢(shì)和電勢(shì)的波形為正弦波形磁勢(shì)和電勢(shì)的波形為正弦波形；要求磁勢(shì)和電勢(shì)三相對(duì)稱，三相電壓對(duì)稱三相電壓對(duì)稱；電力系統(tǒng)都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)頻率有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)頻率，我國(guó)規(guī)定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。 在一定的導(dǎo)體數(shù)下，獲得較大的基波電勢(shì)和基波磁勢(shì)。交流繞組交流繞組 電角度電角度 磁場(chǎng)每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極，電勢(shì)變化一個(gè)周期，稱為（一個(gè)周期）360電角度。在電機(jī)中一對(duì)磁極所對(duì)一對(duì)磁極所對(duì)應(yīng)的角度定義為應(yīng)的角度定義為360360電角度電角度。（幾何上，把一圓周所對(duì)應(yīng)的角度定義為360機(jī)械角度。） 磁極對(duì)數(shù)為p圓周機(jī)械角度為360 電角度為 p*360 交

2、流繞組相帶相帶為了三相繞組對(duì)稱，在每個(gè)極面下每相繞組應(yīng)占有相等的在每個(gè)極面下每相繞組應(yīng)占有相等的范圍范圍相帶相帶。每個(gè)極對(duì)應(yīng)于180電角度，如電機(jī)有m相，則每個(gè)相帶占有(180/m)電角度。三相電機(jī)m3，其相帶為60，按60相帶排列的繞組稱為60相帶繞組。 把每對(duì)極每對(duì)極所對(duì)應(yīng)的定子槽等分為六個(gè)等分。依次稱為a、c、b、a、c、b相帶，各相繞組放在各自的相帶范圍內(nèi)交流繞組每極每相槽數(shù)q每個(gè)極面下每相占有的槽數(shù)每個(gè)極面下每相占有的槽數(shù)。已知總槽數(shù)Z、極對(duì)數(shù)p和相數(shù)m為，則 q1分布繞組整數(shù)槽繞組q為整數(shù)分?jǐn)?shù)槽繞組q為分?jǐn)?shù)槽距角相鄰兩槽之間的相鄰兩槽之間的電角度電角度pmZq2Zp 360*交流繞

3、組pD2極距極距相鄰兩磁極對(duì)應(yīng)位置兩點(diǎn)之間的圓周距離相鄰兩磁極對(duì)應(yīng)位置兩點(diǎn)之間的圓周距離 幾何尺寸每極所對(duì)應(yīng)的定子內(nèi)圓弧長(zhǎng) D為定子內(nèi)圓直徑。槽數(shù)表示極距： 即基波磁場(chǎng)每極所對(duì)應(yīng)的槽數(shù)pZ2交流繞組交流繞組節(jié)距 y (跨距)表示元件的寬度。元件放在槽內(nèi)，其寬度可用元件兩用元件兩邊所跨越的槽數(shù)表示邊所跨越的槽數(shù)表示。交流繞組分析工具：槽導(dǎo)體電勢(shì)星形圖把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電勢(shì)分別用矢量表示，構(gòu)成一輻射星形圖相距360度電角度，導(dǎo)體電勢(shì)時(shí)間上同相位交流繞組三相單層繞組單層每槽中只放置一層元件邊，元件數(shù)等于槽數(shù)的一半，無(wú)需層間絕緣，結(jié)構(gòu)和嵌線較簡(jiǎn)單單層繞組只適用于10kW以下的小型異步電

4、動(dòng)機(jī)，其極對(duì)數(shù)通常是pl,2,3,4單層繞組通常有鏈?zhǔn)健⒔徊媸胶屯氖降热N不同排列方式單層繞組的構(gòu)造方法和步驟分極分相分極分相: 將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N,S極相鄰分布）并標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電勢(shì)方向。 將每個(gè)極的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯(cuò)開120電角度。交流繞組連線圈和線圈組：連線圈和線圈組： 將一對(duì)極域內(nèi)屬于同一相的某兩個(gè)圈邊連成一個(gè)線圈（共有q個(gè)線圈，為什么？） 將一對(duì)極域內(nèi)屬于同一相的q個(gè)線圈連成一個(gè)線圈組（共有多少個(gè)線圈組？） 以上連接應(yīng)符合電勢(shì)相加原則連相繞組：連相繞組： 將屬于同一相的p個(gè)線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)，電勢(shì)相加原則。連三相繞組：連三相繞

5、組： 將三個(gè)構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組 接法或者Y接法。交流繞組例如：相數(shù)m3，極數(shù)2p4，槽數(shù)Z24每極每相槽數(shù)q2，槽距角=30，極距=Z/2p=24/4=6 相 帶極 對(duì)acbacb第一對(duì)極1,23,45,67,89,10 11,12第二對(duì)極13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24交流繞組交流繞組交流繞組一、鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組適用于q=2，p1的小型異步電機(jī)。例如m3，p2，Z=24，q2，a=3065y交流繞組 鏈?zhǔn)嚼@組的每個(gè)元件都是短距。從相電勢(shì)和磁勢(shì)角度看具有整距性質(zhì)交流繞組二、交叉式繞組交叉式繞組適用于q3的小型異步電機(jī)例如：m3，p=2，q3

6、。 定子槽數(shù)Z=2mpq=2*3*2*336 槽距角a=p*360/Z=20交流繞組交流繞組三、同心式繞組對(duì)于pl的小型三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī)，每極每相槽數(shù)q較大，采用同心式繞組嵌線例如：m3，p=1，q4。則定子槽數(shù)Z=2mpq2*3*l*424，槽距角a15 相 帶 極 對(duì)acbacb 第一對(duì)極23,24,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,14 15,16,17,18 19,20,21,22交流繞組交流繞組交流繞組小結(jié)：三相小結(jié)：三相單層繞組單層繞組 在外形上有多種繞組型式：元件節(jié)距可以整距、短矩或長(zhǎng)短，合理選用繞組型式，可以節(jié)省銅線，簡(jiǎn)化工藝。 分析相電勢(shì)分析

7、相電勢(shì)：采用槽電勢(shì)星形圖。繞組型式不同只不過(guò)是元件構(gòu)成方式不同、導(dǎo)體連接先后次序不同，而構(gòu)成繞組的導(dǎo)體所占的槽號(hào)是相同的，都在屬兩個(gè)相差180電角度的相帶內(nèi)，三相單層繞組的節(jié)距因數(shù)均為三相單層繞組的節(jié)距因數(shù)均為1 1，具有整距，具有整距繞組性質(zhì)繞組性質(zhì) 優(yōu)點(diǎn)：繞組因數(shù)中只有分布因數(shù)，基波繞組因數(shù)較高，無(wú)層間絕緣，槽利用率高 缺點(diǎn)：對(duì)削弱高次諧波不利，無(wú)法改善電勢(shì)波形和磁勢(shì)波形，漏電抗較大 使用：一般用于10kW以下小功率電機(jī)。（功率較大或?qū)Σㄐ我筝^高的電機(jī)，通常采用雙層繞組。）交流繞組三相雙層繞組雙層每槽中有兩個(gè)元件邊，分為上下兩層放置?？拷劭诘臑樯蠈?，靠近槽底部為下層。每個(gè)元件均有一個(gè)邊

8、放每個(gè)元件均有一個(gè)邊放在上層，一個(gè)邊放在另一槽的下層在上層，一個(gè)邊放在另一槽的下層，相隔距離取決于節(jié)距。元件的總數(shù)等于槽數(shù)，每相元件數(shù)即為槽數(shù)的三分之一。構(gòu)造方法和步驟（舉例：構(gòu)造方法和步驟（舉例：Z1=24,2p=4,Z1=24,2p=4,整距整距,m=3),m=3)分極分相分極分相: 將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N,S極相鄰分布）并標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電勢(shì)方向； 將每個(gè)極域的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯(cuò)開120電角度。 交流繞組連線圈和線圈組連線圈和線圈組：根據(jù)給定的線圈節(jié)距連線圈（上層邊與下層邊合一個(gè)線圈） 以上層邊所在槽號(hào)標(biāo)記線圈編號(hào)。 將同一極域內(nèi)屬于同一相的某兩個(gè)圈邊連成一個(gè)線圈（

9、共有q個(gè)線圈，為什么？） 將同一極域內(nèi)屬于同一相的q個(gè)線圈連成一個(gè)線圈組（共有多少個(gè)線圈組？） 以上連接應(yīng)符合電勢(shì)相加原則 連相繞組：連相繞組： 將屬于同一相的2p個(gè)線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)，電勢(shì)相加原則。 按照同樣的方法構(gòu)造其他兩相。 連三相繞組連三相繞組 將三個(gè)構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組 接法或者Y接法 交流繞組例：設(shè)相數(shù)m3，極數(shù)2p4，槽數(shù)Z24，則每極每相槽數(shù)q2，槽距角a30步驟步驟：繪槽電勢(shì)星形圖分相使各相電勢(shì)最大，且三相電勢(shì)對(duì)稱繪繞組元件平面展開圖 首先畫出等距離的24根平行線段以表示槽號(hào)槽號(hào)表表示各元件的上層邊示各元件的上層邊。在實(shí)線近旁畫出虛線

10、以表示下層元件邊。把各槽按順序編號(hào)，取槽號(hào)作為上層邊的代號(hào)，取槽號(hào)加注上標(biāo)作為下層邊代號(hào)。交流繞組交流繞組 當(dāng)磁場(chǎng)切割繞組時(shí)，該四個(gè)元件組的電勢(shì)大小相等，I、組電勢(shì)時(shí)間上同相，、IV組電勢(shì)與I、組電勢(shì)反相。 各元件組可以串聯(lián)、并聯(lián)、或一半串聯(lián)后再并聯(lián)。相繞組可以有不同連接方式，當(dāng)通以電流形成當(dāng)通以電流形成4 4極磁場(chǎng)極磁場(chǎng)。交流繞組短距繞組取y5，每個(gè)元件跨5個(gè)槽，a相的4個(gè)元件組，分別是l-6-2-7，7-12-8-13，13-18-14-19，19-24-20-l交流繞組 短距時(shí)，在某些槽中，其上層元件邊與下層元件邊可能不屬一相，在這些槽中，上層與下層之間有較大電位差，應(yīng)加強(qiáng)層間絕緣。 短

11、距時(shí)，同一相的上、下層導(dǎo)體錯(cuò)開了一個(gè)距離，用短距角表示，表示一個(gè)元件的上層導(dǎo)體電勢(shì)和下層導(dǎo)體電勢(shì)的相位差是180-電角度，合成電勢(shì)時(shí)應(yīng)計(jì)及節(jié)距因數(shù)kp。繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)元件的電勢(shì)電勢(shì)決定于磁場(chǎng)的大小與分布以及磁場(chǎng)與元件間的電勢(shì)決定于磁場(chǎng)的大小與分布以及磁場(chǎng)與元件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 設(shè)氣隙磁場(chǎng)按正弦規(guī)律分布，則每極磁通 氣隙磁場(chǎng)每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極，線圈中的電勢(shì)便經(jīng)歷一個(gè)周期。電勢(shì)的頻率用每秒轉(zhuǎn)過(guò)的磁極對(duì)數(shù)表示。頻率 極對(duì)數(shù)p，轉(zhuǎn)速n (r/min)，lBmm260pnf 繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)元件中的感應(yīng)電勢(shì) e=-Nd/dt 元件匝數(shù)為Nc，感應(yīng)電勢(shì)的瞬時(shí)值 有效值tNdtdNemcccsi

12、nmcmccfNNE44. 42繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)元件中的感應(yīng)電勢(shì) e=Blv 設(shè)原點(diǎn)在轉(zhuǎn)子上B=0處，即t=0時(shí)，B=0 分析導(dǎo)體a t=0時(shí)，Ba=0，ea=Balv 經(jīng)過(guò)時(shí)間t，轉(zhuǎn)動(dòng)了t，Ba=Bmsint， ea=Balv= Bmlvsint有效值mmmafpnlBlvBE22. 26022602602pnflBnpvmm繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)整距線圈 導(dǎo)體a與導(dǎo)體a相距一個(gè)極距，即180電角度， 元件電勢(shì)為)180sin(tlvBema044. 418022. 2022. 2)( mmmaayaafffEEE繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)短距線圈 導(dǎo)體a與導(dǎo)體a相距非一個(gè)極距（差一短距角） 元件電勢(shì)為22cos

13、44. 4)180(22. 2022. 2)( mmmaayaafffEEEEaEa-EaEaa繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)短距元件的電勢(shì)小于整距元件的電勢(shì)設(shè)短距角為電角度節(jié)距因數(shù)節(jié)距因數(shù)2cos44. 4cos44. 42mmyaayaapffEEkmpcyaacckfNENE44. 4繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)元件組電勢(shì)元件組電勢(shì) 電機(jī)采用分布繞組，每元件組有q個(gè)元件，元件組電勢(shì)即為q個(gè)元件的電勢(shì)之和。 通常各元件匝數(shù)相等，所以各元件電勢(shì)的幅值相等，由于各元件空間位置依次相位差a電角度，各元件電勢(shì)的時(shí)間相位差也為a角度。2sin22sin2REqREcq繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分布因數(shù)分布因數(shù) k kd d元件組各電勢(shì)的相量

14、和與代數(shù)和的比值繞組因數(shù)繞組因數(shù)kN=kdkp，反映分布和短距對(duì)電勢(shì)的影響22sinsinaqacqdqqEEk2cos2sin2sinpdkqqkmNcmdpccNqqkfNkqkfNqEkE44. 444. 4繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)繞組的相電勢(shì)繞組的相電勢(shì)1單層繞組 每對(duì)極每相有一個(gè)元件組 p對(duì)極電機(jī)，每相有p個(gè)元件組，可以串聯(lián)、并連或混合連接。如有a條并聯(lián)支路，則每相電勢(shì)為mNmNcqfNkkapqNfEapE44. 444. 4apqNNc單層繞組每相串聯(lián)匝數(shù)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2雙層繞組 每對(duì)極每相有2個(gè)元件組 p對(duì)極電機(jī)，每相有2p個(gè)元件組，可以串聯(lián)、并連或混合連接。有a條并聯(lián)支路mNmNcqf

15、NkkapqNfapEE44. 4244. 42apqNNc2雙層繞組每相串聯(lián)匝數(shù)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每相串聯(lián)匝數(shù) 設(shè)每槽導(dǎo)體數(shù)為S，對(duì)單層繞組Nc=S，雙層Nc=S/2 N為每相實(shí)有串聯(lián)匝數(shù)NkN為有效串聯(lián)匝數(shù)，kN反映繞組因采用短距和分布而使每相電勢(shì)減小的程度apqSN 諧波電動(dòng)勢(shì)及其消弱方法非正弦磁場(chǎng)下繞組的感應(yīng)電勢(shì) 在實(shí)際電機(jī)中，由于磁極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)并非是正弦波非是正弦波，因此在定子繞組內(nèi)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也并非正弦波電動(dòng)勢(shì)也并非正弦波，除了基波外還存在一系列諧波。 以三相凸極同步電機(jī)為例，磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子電流激勵(lì)產(chǎn)生的，氣隙磁通密度實(shí)際是一個(gè)平頂波，可分解出基波和各奇次諧

16、波(由于對(duì)稱性)，基波磁場(chǎng)和各次諧波磁場(chǎng)均隨轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn) 在定子繞組中不僅感應(yīng)基波電勢(shì)，還感應(yīng)有各次諧波電勢(shì)。諧波電動(dòng)勢(shì)及其消弱方法諧波電動(dòng)勢(shì)及其消弱方法諧波電勢(shì)mNNkfE44. 4pp1116060fpnnpflBmm22cos2sin2sinqqkkkpdN諧波電動(dòng)勢(shì)及其消弱方法諧波電勢(shì)的影響高次諧波電勢(shì)對(duì)電勢(shì)大小影響較小主要影響電勢(shì)的波形在基波電勢(shì)上疊加有高次諧波電勢(shì)使波形變壞,引起發(fā)電機(jī)損耗增加，溫升增高、效率降低。 在輸電線路上，諧波電勢(shì)產(chǎn)生高頻干擾，使輸電線路時(shí)近的通信設(shè)備不能正常工作。 輸電線路自身有電感和電容，在某一高頻條件下，將產(chǎn)生自激振蕩而產(chǎn)生過(guò)電壓。異步電機(jī)中產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩和損耗。諧波電動(dòng)勢(shì)及其消弱方法消除和減小高次諧波電勢(shì)的方法從諧波性質(zhì)：當(dāng)接成星形連接時(shí)，在線電勢(shì)中不可能出現(xiàn)3次及其3的倍數(shù)次諧波電勢(shì)。從磁場(chǎng)角度：使氣隙磁場(chǎng)接近正弦分布，如采用適當(dāng)?shù)臉O靴寬度和不均勻的氣隙長(zhǎng)度(磁極中心氣隙較小，磁極邊緣的氣隙較大)、勵(lì)磁繞組的分布范圍從繞組方面：采用短距、分布繞組 小結(jié) 交流繞組的組成原則 獲得較大的基波電勢(shì)，盡量減少諧波電勢(shì)，且保持三獲得較大的基波