第二篇交流電機(jī)繞組電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)

1、第二篇交流電機(jī)繞組電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)第1頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第五章 交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第六章 交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)第2頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日同步：主要作為發(fā)電機(jī)，也可作為電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。異步：主要作為電動(dòng)機(jī)，有時(shí)也作發(fā)電機(jī)。 上述兩大類交流電機(jī)雖然激磁方式和運(yùn)行特性有很大差別，但電機(jī)定子中發(fā)生的電磁現(xiàn)象和機(jī)電能轉(zhuǎn)換的原理卻基本上是相同的，因此存在許多共性問(wèn)題，可統(tǒng)一進(jìn)行研究。 交流電機(jī)分：第3頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第4頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第五章 交

2、流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第六章 交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)第5頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 交流繞組構(gòu)成的基本知識(shí)第二節(jié) 三相交流繞組連接實(shí)例第三節(jié) 正弦磁場(chǎng)下相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第6頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 交流繞組構(gòu)成的基本知識(shí)第二節(jié) 三相交流繞組連接實(shí)例第三節(jié) 正弦磁場(chǎng)下相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第7頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日一. 構(gòu)成三相交流繞組的基本要求（1）三相繞組產(chǎn)生的基波電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)對(duì)稱（即大小相等、相位互差120電角度，三相繞組的阻抗值相同）。（2）在導(dǎo)體數(shù)一定的條件下，力求獲得盡可能大的

3、基波電動(dòng)勢(shì)，盡可能減少諧波，使電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)呈正弦波形。（3）用銅（鋁）量少，盡量節(jié)省材料。（4）繞組結(jié)構(gòu)上要保證絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件等滿足條件，且制造工藝簡(jiǎn)單、便于維修。第8頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日二. 三相繞組構(gòu)成的概念和幾個(gè)定義1.線圈及其節(jié)距每相繞組由若干線圈按一定連接規(guī)律構(gòu)成。由銅（鋁）導(dǎo)線制成的成型線圈有疊繞組和波繞組兩種。第9頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日 極距 繞組節(jié)距y式中：Q-電機(jī)槽數(shù)； p-電機(jī)極對(duì)數(shù)；第10頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日2.機(jī)械角度與電角度交流電機(jī)鐵心內(nèi)

4、圓幾何上表示為360，稱為機(jī)械角度360或2弧度。每對(duì)磁極的磁場(chǎng)（N極和S極）呈現(xiàn)一個(gè)周期，因此磁場(chǎng)一對(duì)極所占有的空間，記為占有360空間電角度。若電機(jī)有p對(duì)極：p機(jī)械角度=空間電角度第11頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日3.槽距角與導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)時(shí)間相位 相鄰槽之間的電角度 ，稱為槽距角。 式中：p-極對(duì)數(shù)； Q-定子槽數(shù)。第12頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日4.每極每相槽數(shù)q及相帶 式中：p-極對(duì)數(shù)； m-相數(shù)。 每極每相槽數(shù) 每極下每相所占有的區(qū)域稱為相帶 。 60相帶：第13頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日三.

5、 三相繞組的構(gòu)成 將60相帶繞組每對(duì)極下的六等分，依次命名為A、Z、B、X、C、Y，則A和X相帶內(nèi)的全部導(dǎo)體屬于A相， B和Y相帶內(nèi)的全部導(dǎo)體屬于B相， C和Z相帶內(nèi)的全部導(dǎo)體屬于C相。 在屬于同相的槽中嵌放同相的線圈，并按取得盡可能大電動(dòng)勢(shì)的原則連接線圈，即構(gòu)成相繞組。第14頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 交流繞組構(gòu)成的基本知識(shí)第二節(jié) 三相交流繞組連接實(shí)例第三節(jié) 正弦磁場(chǎng)下相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第15頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日一. 三相單層繞組例：Q=24,2p=4的電機(jī)鐵心，連接三相60相帶的交流繞組。1. 基本計(jì)算第16頁(yè)，共6

6、8頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日2. 作A相繞組展開(kāi)圖第17頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日4. 改變線圈端接線得到的三相單層繞組的其它形式第18頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第19頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日二. 三相雙層疊繞組例：Q=24,2p=4的電機(jī)鐵心，連接三相雙層繞組。1. 基本計(jì)算第20頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日2. 作A相展開(kāi)圖第21頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日三. 三相雙層短距波繞組連接特點(diǎn)例：Q=36，2p=4，

7、m=3， 的三相雙層短距波繞組。第22頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 交流繞組構(gòu)成的基本知識(shí)第二節(jié) 三相交流繞組連接實(shí)例第三節(jié) 正弦磁場(chǎng)下相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第23頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日、導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EC第24頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第25頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第26頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日二、線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ey和節(jié)距因數(shù)Kp1第27頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第28頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5

8、月20日，20點(diǎn)33分，星期日 Kp1稱節(jié)距因數(shù)，表示線圈采用短距后感應(yīng)電勢(shì)較整距時(shí)應(yīng)打的折扣。第29頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日三、線圈組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eq和分布因數(shù)Kd1 每極下每相有一個(gè)線圈組，線圈組由q個(gè)線圈組成，且每個(gè)線圈互差電角度。第30頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日q個(gè)線圈分布在不同槽內(nèi)，使其合成電動(dòng)勢(shì)小于q個(gè)集中線圈的合成電動(dòng)勢(shì)，所以Kd11 分布因數(shù)Kd1可理解為各線圈分布排列后感應(yīng)電勢(shì)較集中排列時(shí)應(yīng)打的折扣。第31頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日四、相繞組電動(dòng)勢(shì)Eph第32頁(yè)，共68頁(yè)，2022

9、年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日求出相電勢(shì)后，根據(jù)“星”或“角”的接法，可求出線電勢(shì)。對(duì)三角形連接：線電勢(shì)=對(duì)星形連接：線電勢(shì)=第33頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第五章作業(yè)P96 5-2，5-7第34頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第五章 交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第六章 交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)第35頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)-脈振磁動(dòng)勢(shì)第二節(jié) 三相繞組基波合成磁動(dòng)勢(shì)-圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)第36頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)-脈振磁動(dòng)勢(shì)第二

10、節(jié) 三相繞組基波合成磁動(dòng)勢(shì)-圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)第37頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日一、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì) 一臺(tái)兩極電機(jī)，設(shè)定子上有一整距線圈AX，匝數(shù)NC ，當(dāng)通入交流電ic時(shí)，電流方向如圖所示，（瞬時(shí)方向）由右手定則決定磁場(chǎng)方向，由全電流定律：作用于任何一閉合回路的磁勢(shì)等于它所包圍的全電流。第38頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日（1）將磁力線出轉(zhuǎn)子進(jìn)定子作為磁勢(shì)正方向。取繞組軸為縱坐標(biāo)y，在 范圍內(nèi)，磁力線向上為正值；在 范圍內(nèi)，磁力線向下為負(fù)值，即沿鐵心內(nèi)圓磁動(dòng)勢(shì)fc 呈矩形分布。 因磁力線兩次通過(guò)氣隙，如不計(jì)鐵磁材料中的磁壓降，則磁勢(shì)NCi

11、c全部消耗在氣隙中，經(jīng)過(guò)一次氣隙，消耗磁勢(shì)為0.5NCic。（2）磁動(dòng)勢(shì)fc 幅值按電流的變化規(guī)律在正、負(fù)幅值間脈動(dòng)，而磁動(dòng)勢(shì)的突變點(diǎn)（電流所在位置）固定不變。這種幅值大小隨電流變化規(guī)律在正、負(fù)幅值間脈動(dòng)，而空間位置固定不變的磁動(dòng)勢(shì)，稱為脈振磁動(dòng)勢(shì)。第39頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日 基波表示式： 按照傅里葉級(jí)數(shù)分解的方法可以把矩形波磁勢(shì)分解為基波和一系列的諧波之和； 其中：第40頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日 基波表示式：整距線圈磁動(dòng)勢(shì)的基波，空間呈余弦分布（ ）；幅值F1為矩形波幅值的 倍；其波幅和波節(jié)位置固定不變；整個(gè)余弦波按電流

12、的變化規(guī)律（ ）脈振。這種波在物理上稱為駐波。第41頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日 諧波表示式：整距線圈磁動(dòng)勢(shì)的各次諧波，空間呈余弦分布（ ）；幅值為基波幅值F1的 倍； 整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)空間呈矩形波分布，隨時(shí)間按電流的變化規(guī)律改變大小，是時(shí)間、空間函數(shù)、可以分解為基波和一系列諧波磁動(dòng)勢(shì)之和。 第42頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日二、線圈組磁動(dòng)勢(shì)1. 整距線圈組磁勢(shì)以q=3的整距線圈組為例： 每個(gè)線圈磁勢(shì)大小相等，所以不同的僅是每個(gè)線圈在空間相隔的電角度。 所以q個(gè)線圈組成線圈組時(shí)，合成磁勢(shì)并不等于每個(gè)線圈電勢(shì)的q倍，而是等于個(gè)線圈電勢(shì)的

13、矢量和。 第43頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日 線圈組合成磁動(dòng)勢(shì)基波幅值： 線圈組合成磁動(dòng)勢(shì)v次諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值： 第44頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日三、雙層短距線圈組的磁動(dòng)勢(shì) 將上、下層整距線圈組磁動(dòng)勢(shì)基波用 表示，求得雙層整距線圈組磁動(dòng)勢(shì)的基波幅值：其中：Kp1為短距系數(shù)。第45頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日四、相繞組磁動(dòng)勢(shì)及其性質(zhì)由于每對(duì)極下的磁動(dòng)勢(shì)和磁阻組成一個(gè)對(duì)稱的分支磁路。所以一相繞組的磁勢(shì)是指每對(duì)極下一相繞組的磁勢(shì)。即一個(gè)線圈組的磁勢(shì)。對(duì)于單層繞組，為qNC所產(chǎn)生的磁勢(shì)；式中：每相磁動(dòng)勢(shì)基波幅值為

14、：第46頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日對(duì)于雙層繞組，為2qNC所產(chǎn)生的磁勢(shì)；式中：每相磁動(dòng)勢(shì)基波幅值為： 第47頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日單相繞組磁動(dòng)勢(shì)基本性質(zhì)：（1）單相繞組磁動(dòng)勢(shì)是空間呈階梯形分布，隨時(shí)間按電流的變化規(guī)律交變的脈振磁動(dòng)勢(shì)，是時(shí)間和空間的函數(shù)。（2）此脈振磁動(dòng)勢(shì)包含著基波和一系列諧波，基波和各次諧波空間均呈余弦分布，均按通入電流的頻率脈振。（3）脈振磁動(dòng)勢(shì)的幅值為 ，且此振幅處于該相繞組軸線處，位置固定。（4）諧波次數(shù)越高，諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值越小。采用繞組分布、短距可以削弱諧波分量。第48頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月2

15、0日，20點(diǎn)33分，星期日第一節(jié) 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)-脈振磁動(dòng)勢(shì)第二節(jié) 三相繞組基波合成磁動(dòng)勢(shì)-圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)第49頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日 單相繞組的磁勢(shì)為脈振磁勢(shì)。將三個(gè)單相磁勢(shì)相加，即得三相繞組的合成磁勢(shì)。用圖解法和解析法兩種方法進(jìn)行分析。 一、基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)概念1. 圖解法證明 三相對(duì)稱電流通入三相對(duì)稱繞組。 (1) 電流瞬時(shí)值為正值，則相繞組首端A、B、C導(dǎo)體中電流用“”表示，尾端X、Y、Z導(dǎo)體中電流用“”表示 。(2) 按右手螺旋規(guī)則，正方向電流的相磁動(dòng)勢(shì)與相軸正方向一致，負(fù)方向電流的相磁動(dòng)勢(shì)與相軸正方向相反。(3) 相磁動(dòng)勢(shì)的幅值總是在相軸線，

16、且幅值大小正比于電流。第50頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日(1) 電流瞬時(shí)值為正值，則相繞組首端A、B、C導(dǎo)體中電流用“”表示，尾端X、Y、Z導(dǎo)體中電流用“”表示 。(2) 按右手螺旋規(guī)則，正方向電流的相磁動(dòng)勢(shì)與相軸正方向一致，負(fù)方向電流的相磁動(dòng)勢(shì)與相軸正方向相反。(3) 相磁動(dòng)勢(shì)的幅值總是在相軸線，且幅值大小正比于電流。第51頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第52頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第53頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第54頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分

17、，星期日二、用數(shù)學(xué)去分析三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)第55頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第56頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日第57頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日(1)三相合成基波磁動(dòng)勢(shì) 是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其幅值 恒定，是單相脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值的1.5倍。以空間相量表示時(shí)，相量端點(diǎn)軌跡為圓，故稱圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。(2)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。觀察正波幅瞬時(shí)所在位置，可以求取轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速。若要改變?nèi)嗪铣尚D(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向，只需改變通入三相繞組的電流相序。(3)幅值的瞬時(shí)位置。當(dāng)三相電流中某相電流瞬時(shí)值達(dá)最大值時(shí)，三相合成磁動(dòng)勢(shì)基波正幅值到達(dá)該相繞組軸線處。第58頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日三、三相繞組的高次諧波磁動(dòng)勢(shì)1. 3次及3的倍數(shù)次諧波磁動(dòng)勢(shì)（v=3k，k=1,2,3,）第59頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日2. 5次及v=6k-1（k=1,2,3,）次諧波磁動(dòng)勢(shì)第60頁(yè)，共68頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)33分，星期日3. 7次及v=6k+1（k=1,2,