第3章交流繞組

1、3.1.1.1 同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理 三相電流三相電流接負(fù)載接負(fù)載、感應(yīng)感應(yīng)切割定子繞組切割定子繞組建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)主磁場(chǎng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)勵(lì)磁繞組通直流勵(lì)磁繞組通直流CBAfeeeI0000 X1 定子 N 勵(lì)磁繞組 A1 S 轉(zhuǎn)子 S A2 N X1 定子繞組 min160rpfn 同同步步電電機(jī)機(jī)的的同同步步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速3 交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的共同問(wèn)題交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的共同問(wèn)題 旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的同步轉(zhuǎn)速n1= 60f1/1 (r/min)i Ut0i Vi W1202403603.1.1.2 交流繞組交流繞組產(chǎn)生的

2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W0t 120t 240t 360t i U iW iV 0 120 240 360t 改變電源相序，即改變電源相序，即UiWiU1W1V1Vi0 t NS 120t NSU2U1V1W2V2W1U2U1V1W2W1V2WiVimIiotUi060120180 P=2時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在電流變化一周時(shí)，時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在電流變化一周時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn) 180,同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/2 (r/min) 。 U1U2V1V2W1W2NSNS(a)1V2V2U1U1

3、W2WW1W2V2U2V1U1(b)NSSN2W1W2U1V1U2VU2U1W1V1W2V2(d )NNSS1U1V2U1W2V2WV1V2W1U2W2U1(c)NNSS1U1V2U1W2V2W060120180pfn1160 同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1與定子電流頻率與定子電流頻率f1、磁極對(duì)數(shù)、磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)。有關(guān)。同步轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)的關(guān)系（同步轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)的關(guān)系（f1=50Hz z) )3.1.1.3 3.1.1.3 異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理1U1V1W2V2W2U1nnf。y1，元件或元件組串聯(lián)時(shí)是其電勢(shì)相加。，元件或元件組串聯(lián)時(shí)是其電勢(shì)相加。p機(jī)機(jī)電電 p2Q1 136

4、0Qp pmQq21 槽電勢(shì)星形圖槽電勢(shì)星形圖124375689101112131415161718192021222324U1U2V1V2W1W2161913823457181216151491024172322212011 NS S N n1 ，解解：62224p2Q11 槽電勢(shì)星形圖槽電勢(shì)星形圖 U1 13 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 W2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 U2 19n1 3024360236031 Qp 相相帶帶；繪繪出出槽槽電電勢(shì)勢(shì)星星形形圖圖，分分4，565y1 232224pm2Qq21 。的

5、展開(kāi)圖，并聯(lián)支路數(shù)的展開(kāi)圖，并聯(lián)支路數(shù)三相三相相相繪出繪出1aA5 N S N S n1 1 2 7 8 13 14 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 U1 U2 注：導(dǎo)體下磁極向右運(yùn)動(dòng)注：導(dǎo)體下磁極向右運(yùn)動(dòng)三相雙層繞組展開(kāi)圖三相雙層繞組展開(kāi)圖（a=2）AXAXAXAXAX112233441 、27 、81 3 、1 41 9 、2 0 13 U1 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 W2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 19

6、U2-7-6/2 - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相電勢(shì)疊加相電勢(shì)疊加 - - - - UE雙層波繞組雙層波繞組NoImageNoImage三相雙層波繞組展開(kāi)圖AX12345678910 11 12 13 14 15 1617 18 19 20212223 24 1SNSN1122對(duì)多極、支路導(dǎo)線截面較大的交流電機(jī)，為節(jié)約極間連線對(duì)多極、支路導(dǎo)線截面較大的交流電機(jī)，為節(jié)約極間連線用銅，常采用波繞組。其特點(diǎn)是把所有同一極性下用銅，常采用波繞組。其特點(diǎn)是把所有同一極性下( (如如N N1 1、N N2 2)屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯(lián)組成一組；

7、屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯(lián)組成一組；再把所有另一極性下再把所有另一極性下( (如如S S1 1、S S2 2)屬于同一相的線圈按照屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯(lián)組成另一組，最后把這兩大組線圈根據(jù)需一定的次序串聯(lián)組成另一組，最后把這兩大組線圈根據(jù)需要接成串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成一相繞組。要接成串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成一相繞組。多用于大、中型水輪多用于大、中型水輪發(fā)電機(jī)定子繞組和繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中。發(fā)電機(jī)定子繞組和繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中。 71982011324N極 下 繞 組S極 下 繞 組AX波繞組A相各線圈連接次序 雙層繞組的特點(diǎn)：雙層繞組的特點(diǎn)：1 1）線圈數(shù)等于槽數(shù)；）線圈數(shù)

8、等于槽數(shù)；2 2）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)；3 3）每相繞組的電動(dòng)勢(shì)等于每條支路的電動(dòng)勢(shì)。）每相繞組的電動(dòng)勢(shì)等于每條支路的電動(dòng)勢(shì)。優(yōu)點(diǎn)可以選擇最有利的節(jié)可以選擇最有利的節(jié)距，使電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)距，使電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形更接近正弦波勢(shì)波形更接近正弦波所有線圈的形狀所有線圈的形狀和尺寸相同，便和尺寸相同，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化端部排列整齊端部排列整齊機(jī)械強(qiáng)度高機(jī)械強(qiáng)度高可組成較可組成較多的并聯(lián)多的并聯(lián)支路支路缺點(diǎn)嵌線困難用銅用銅量大量大 U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 2 3 4 5 6 7 8 9 1

9、0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 U1 U2 鏈?zhǔn)嚼@組的每個(gè)線圈節(jié)鏈?zhǔn)嚼@組的每個(gè)線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用部連線較短并且省銅。主要用于于q=2的的4、6、8極小型三相異極小型三相異步電動(dòng)機(jī)。步電動(dòng)機(jī)。 單層交叉式繞組由兩大單層交叉式繞組由兩大一小線圈交叉布置。線圈端一小線圈交叉布置。線圈端部連線較短，有利于節(jié)省材部連線較短，有利于節(jié)省材料，并且省銅。廣泛用于料，并且省銅。廣泛用于q1的且為奇數(shù)的小型三相異步的且為奇數(shù)的小型三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。單層同心式繞組端部單層同心式繞組端部連線

10、較長(zhǎng)，適用于連線較長(zhǎng)，適用于q=4、6、8等偶數(shù)的等偶數(shù)的2極小型極小型三相異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)不適宜于大中型電機(jī)元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，嵌線方便，單，嵌線方便，槽內(nèi)無(wú)層間絕緣槽內(nèi)無(wú)層間絕緣廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于10kW10kW以下的以下的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組異步電動(dòng)機(jī)定子繞組單層繞組為單層繞組為整距繞組整距繞組缺點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形較差勢(shì)波形較差鐵損和噪鐵損和噪聲較大聲較大起動(dòng)性能較差三相三相單層單層繞組繞組的優(yōu)的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)三相定子繞組建立的磁場(chǎng)三相定子繞組建立的磁場(chǎng)m1 xtBxtFtxBm coscos1101，氣隙長(zhǎng)度氣隙長(zhǎng)度漏磁場(chǎng)漏磁場(chǎng)主磁場(chǎng)主磁場(chǎng)tc

11、ostcoslB2ldxxtcosBm1m221m1 氣氣隙隙磁磁通通U1 U2 f tsinNdtdNemyUy1y1y 線線圈圈電電勢(shì)勢(shì)整距線圈的感應(yīng)電勢(shì)整距線圈的感應(yīng)電勢(shì) lB21mm 每極磁通量每極磁通量my1my1my1yNf44. 4Nf22NE 的感應(yīng)電勢(shì)的感應(yīng)電勢(shì) 1c1cy1yEEE1 的感應(yīng)電勢(shì)的感應(yīng)電勢(shì) 111yy1y11c1cy1ykE90ysinE22sinE2E 180y1 -6 -7 13 U1 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 1 W2 1/2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 19 U2 2sin

12、R2E11yy 1 2 3 y1= 的感應(yīng)電勢(shì)的感應(yīng)電勢(shì) Ey10 Ey1-q Eq1 Ey1-212sinq2qsink1q 2qsinR2E1q 11y1111qyyyqkqE2sinq2qsinqEE - EU - - - - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相電勢(shì)疊加相電勢(shì)疊加myq1111kNkf44. 4E 相相電電勢(shì)勢(shì)yNapq2N 又又，例例: 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)（雙層迭繞組），一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)（雙層迭繞組），Q1=48，p=2，N=200，y1=11，a=1， f=50Hz，額定運(yùn)行時(shí)每相電勢(shì)為，額定運(yùn)行時(shí)每相電勢(shì)為238V，求每

13、極磁通量。，求每極磁通量。122248p2Q1 解解：1548360pQ360p1 991.0901211sin90ysink11y 432248pm2Qq1 958.0215sin42154sin2sinq2qsink1q Wb1064.5958.0991.02005044.4238Nkf44.4E31W11m 232212221 xiNxiNfyyy，氣氣隙隙磁磁勢(shì)勢(shì)U1 U2 f f Nyi/2 -/2 /2 3/2規(guī)定：定子指向轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)為正向；相反為負(fù)。規(guī)定：定子指向轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)為正向；相反為負(fù)。氣隙均勻，氣隙均勻，忽略鐵心忽略鐵心磁壓降磁壓降矩形波矩形波 t1 t2 t3 t4 t5

14、 0 t it=t1 t=t2 t=t3 t=t4 t=t5 tcosI2i 設(shè)設(shè)線線圈圈電電流流矩形波矩形波(t=t1)幅值幅值x tcosF23x2tcosIN222x2tcosIN22txfymyyy ， txxxINtxfINFyyyy cos5cos513cos31cos9 . 09 . 01 ，高高次次諧諧波波： ININdxxxFFtxFxFxFffftxFtxfyyymyyyyyyyymy9 . 0224cos1cos5cos3coscoscos201531531 因因，矩形波磁勢(shì)的諧波分析矩形波磁勢(shì)的諧波分析AXAXFymFy1Fy3Fy518003600 /3 1 2 3

15、y1= 2 f Fq1 Fy1 - 0 基波組磁勢(shì)圖基波組磁勢(shì)圖 f 4Nyi/2 Nyi/2 x-/2 /2 3/22sinR2F1y Fy10 Fy1-q Fq1 Fy1-2 qyqkqFF 12sinq2qsink1q 令令，2sinq2qsinqFF11yq 2qsinR2F1q 11111qyqyyqIqkN9 . 0kqF2sinq2qsinqFF 2sinq2qsink11q 180- F1 Fq1 0 1qF 2 1qF1F ， 1y1111119 . 0222cos2yqyyqqkIkqNkFFF 90sin21 ykkFFyyvqv 90ysin2cosk11y IaI pINkFW 9 . 0 tcosxcoskpNI9 . 0tcosxcosFf1w11 相相繞繞組組基基波波磁磁勢(shì)勢(shì)瞬瞬時(shí)時(shí)：111119 . 0WqyWkpNIFkkk 令令，yyqN2paNapqN2N 數(shù)數(shù)：每每相相每每一一條條支支路路串串聯(lián)聯(lián)匝匝3.3.3 三相繞組的基波合成磁勢(shì)三相繞組的基波合成磁勢(shì)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) tcosxcosFtxf11U ， xtcosF21xtcosF21txf111U ，整整理理得得： xtcosFxtcosF23txftxftxftxf111W1V1U1 ，三三相相合合成成磁磁勢(shì)勢(shì)基