第二篇 交流電機(jī)共同問(wèn)題

（1）交流繞組基本概念和構(gòu)成原理

（2）交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形、頻率、大?。?）交流繞組磁動(dòng)勢(shì)的時(shí)空概念（1）電角度概念（2）交流繞組磁勢(shì)的時(shí)空概念難點(diǎn)內(nèi)容：2交流電機(jī)的共同問(wèn)題重點(diǎn)內(nèi)容：2.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類(lèi)2.2三相雙層繞組2.4交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2.6單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)2.7三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)2.3三相單層繞組2交流電機(jī)的共同問(wèn)題2.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類(lèi)一、構(gòu)成原則(1)合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)的波形要接近于正弦形、幅值要大；(2)對(duì)三相繞組，各相的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)稱(chēng)，電阻、電抗要平衡；(3)繞組的銅耗要小，用銅量要?。?4)絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造要方便。二、分類(lèi)按相數(shù)：?jiǎn)蜗嗪投嘞嗬@組；按槽內(nèi)層數(shù)：?jiǎn)螌雍碗p層；

按每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽；按繞法：疊繞組和波繞組。定子鐵心定子繞組定子鐵心和繞組橫截面U1X1V1Y1Z1W1U1V1

W1X1Y1

Z1

流出為負(fù)

流入為正

U←V←W←U1X1V1Y1Z1W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1t=0O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3＞0U1X1V1Y1Z1W1NSt=120O

時(shí)i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1X1V1Y1Z1W1NSU1X1V1Y1Z1W1U1X1V1Y1Z1W1NSt=240O

時(shí)i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3＞0NSi

變化一周i每秒鐘變化50周i每分鐘變化(50×60)周→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一圈→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)50圈→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)3000圈(2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0——同步轉(zhuǎn)速

n0

=3000=60f1(r/min)U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個(gè)線(xiàn)圈組成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián)組成U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O

時(shí)

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁極對(duì)數(shù)p

p=2

電流變化一周

→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)半圈

n0

=1500當(dāng)磁極對(duì)數(shù)p=3時(shí)

n0

=1000

60f12=

60f13=60f1pn0=

f=50Hz時(shí)：

123456300015001000750600500pn0/(r/min)

(3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向(n0的方向)

U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相轉(zhuǎn)向滯后相。※由通入繞組中的電流的相序決定的。

怎樣改變n0的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)2.2三相雙層繞組（1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時(shí)采用分布繞組，以改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形；（3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。（2）所有線(xiàn)圈具有相同的尺寸，便于制造；*10kW以上電機(jī)，一般采用雙層繞組*雙層繞組中，線(xiàn)圈數(shù)正好等于槽數(shù)*雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)：一、基本概念1、極距τ相鄰兩個(gè)磁極軸線(xiàn)間沿著定子鐵心表面所跨過(guò)的距離，一般用槽數(shù)表示。τ=Q/2p2、繞組元件、有效邊、端接線(xiàn)繞組元件：用繞線(xiàn)模具制成一定形狀的單匝或多匝線(xiàn)圈。有效邊：放在電機(jī)定子槽內(nèi)的繞組直線(xiàn)部分，能量轉(zhuǎn)換。端接線(xiàn)：兩個(gè)有效邊之間的聯(lián)線(xiàn)。3、線(xiàn)圈節(jié)距y1繞組兩個(gè)有效邊之間的距離，用槽數(shù)表示。為了得到盡可能大的電勢(shì)、磁勢(shì)，y1應(yīng)接近于τy1=τ，整距繞組y1<τ，短距繞組y1>τ，長(zhǎng)距繞組4、電角度機(jī)械角度：電機(jī)圓周的幾何角度電角度：定子導(dǎo)體中感生電勢(shì)變化所對(duì)應(yīng)的角度。定子導(dǎo)體中電勢(shì)變化一個(gè)周期，為360o電角度。對(duì)于p對(duì)極，機(jī)械上旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體電勢(shì)變化p個(gè)周期則：電角度=p*機(jī)械角度5、每極每相槽數(shù)qq=1，集中繞組q≠1，分布繞組通常q個(gè)繞組元件聯(lián)成一組，稱(chēng)為一個(gè)極相組。6、槽距角α7、相帶每極下每相所占有的區(qū)域，用電角度表示。相鄰兩槽間電角度：

此角亦是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差。8、槽電勢(shì)星形圖每槽導(dǎo)體電勢(shì)用一矢量表示，由此做出全部槽的電勢(shì)，構(gòu)成的星形圖形。定子每極每相槽數(shù)：式中，

Q—定子槽數(shù)；

p

—極對(duì)數(shù)；

m—相數(shù)。相鄰兩槽間電角度：

二、槽電動(dòng)勢(shì)星形圖和相帶劃分

現(xiàn)以一臺(tái)相數(shù)，極數(shù)，槽數(shù)的定子來(lái)說(shuō)明槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和屬于各相的導(dǎo)體（槽號(hào)）是如何分配的。槽電動(dòng)勢(shì)的星形圖三相雙層繞組槽電勢(shì)星形圖

同理，B相距離A相1200

電角度處,C相距離A相2400電角度處，可按圖所劃分的相帶連成B、C兩相繞組。由此可得到一個(gè)三相對(duì)稱(chēng)繞組。將四個(gè)線(xiàn)圈組按一定規(guī)律連接，即可得A相繞組。相帶槽號(hào)極對(duì)ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一對(duì)極下（1槽-18槽）第二對(duì)極下（19槽-36槽）表4-1各個(gè)相帶的槽號(hào)分布槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9極相組A1極相組A2極相組X1極相組X2槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=8三、繪制繞組展開(kāi)圖繪制繞組展開(kāi)圖的步驟是：

a、繪制槽電動(dòng)勢(shì)星型圖

b、劃分相帶

c、將各相線(xiàn)圈按一定規(guī)律連接成對(duì)稱(chēng)三相繞組。根據(jù)線(xiàn)圈的形狀和連接規(guī)律，雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩類(lèi)。1、雙層疊繞組任何兩個(gè)相鄰線(xiàn)圈的都是后一個(gè)疊在前一個(gè)上面的，稱(chēng)為疊繞組。例如，繪制4極三相36槽的雙層疊繞組展開(kāi)圖。三相雙層疊繞組的A繞組的展開(kāi)圖

-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-A相繞組線(xiàn)圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30兩條并聯(lián)支路2、波繞組

2.3三相單層繞組二、單層鏈?zhǔn)嚼@組

2.4正弦磁場(chǎng)下交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1、電動(dòng)勢(shì)的波形2、正弦電動(dòng)勢(shì)的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率：

同步轉(zhuǎn)速：

3、導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值

將

代入上式得導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)

為

二、整距線(xiàn)圈的電動(dòng)勢(shì)匝電勢(shì)單匝線(xiàn)圈電動(dòng)勢(shì)的有效值線(xiàn)圈有匝，則線(xiàn)圈電動(dòng)勢(shì)為三、短距線(xiàn)圈的電動(dòng)勢(shì)，節(jié)距因數(shù)短距線(xiàn)圈的節(jié)距，用電角度表示時(shí)，節(jié)距為單匝線(xiàn)圈的電動(dòng)勢(shì)為據(jù)相量圖中的幾何關(guān)系，得單匝線(xiàn)圈電動(dòng)勢(shì)。為線(xiàn)圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線(xiàn)圈短距時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)應(yīng)打的折扣：其有效值為四、分布繞組的電動(dòng)勢(shì)，分布因數(shù)和繞組因數(shù)考察一個(gè)極相組內(nèi)q個(gè)線(xiàn)圈的合成電動(dòng)勢(shì)Eq1Ec2Ec1Ec3極相組的合成電動(dòng)勢(shì)

q個(gè)線(xiàn)圈的合成電動(dòng)勢(shì)Eq1為式中，—外接圓半徑。把R代入上式，得

式中，—q個(gè)線(xiàn)圈電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和；

—繞組的基波分布因數(shù)，kd1的意義：由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得q個(gè)分布線(xiàn)圈的合成電動(dòng)勢(shì)qEc1小于q個(gè)集中線(xiàn)圈的合成電動(dòng)勢(shì)Eq1，由此所引起的折扣kd1<1。一個(gè)極相組的電動(dòng)勢(shì)為式中，—q個(gè)線(xiàn)圈的總匝數(shù)；—繞組的基波繞組因數(shù)。

kw1的意義：既考慮繞組短距、又考慮繞組分布時(shí)，整個(gè)繞組的合成電動(dòng)勢(shì)所須的總折扣。2.6單層集中整距繞組的一相磁動(dòng)勢(shì)

交流電機(jī)模型圖（A相集中繞組）1.磁動(dòng)勢(shì)表示方法

線(xiàn)圈中通入電流(i≠0）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布圖鏈接單個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)圖線(xiàn)圈磁動(dòng)勢(shì)的空間分布在定子內(nèi)圓表面建立空間坐標(biāo)，以A相繞組軸線(xiàn)與定子內(nèi)表面的交點(diǎn)作為空間坐標(biāo)的原點(diǎn)，用空間電角度θ表示。把氣隙圓周展成直線(xiàn)，讓橫坐標(biāo)表示沿氣隙圓周方向的空間距離。正磁勢(shì)規(guī)定：磁感應(yīng)線(xiàn)方向是出定子進(jìn)轉(zhuǎn)子為正值。結(jié)論：通入電流的線(xiàn)圈，它所產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢(shì)沿圓周分布是一個(gè)矩形波，在通電流的線(xiàn)圈處，氣隙磁動(dòng)勢(shì)發(fā)生突跳。不計(jì)鐵心磁壓降，每個(gè)空氣隙所消耗的磁動(dòng)勢(shì)等于整個(gè)磁路磁動(dòng)勢(shì)的一半，為Nci/2，即：轉(zhuǎn)子定子2.用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì)

3次諧波5次諧波結(jié)論:1.基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為4/πfk，是矩形波磁動(dòng)勢(shì)的4/π倍3.線(xiàn)圈中通入交變電流產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)鏈接脈振磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)畫(huà)當(dāng)線(xiàn)圈電流交變時(shí)，線(xiàn)圈磁勢(shì)在空間上沿氣隙分布仍是矩形，而且軸線(xiàn)固定不動(dòng)，但其幅值在時(shí)間上按余弦規(guī)律變化，也就是說(shuō)整個(gè)磁勢(shì)波不能移動(dòng)而只能脈振。結(jié)論：1)單個(gè)線(xiàn)圈當(dāng)通入交流電流時(shí)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)波是一個(gè)在空間按矩形波分布、波的位置在空間不動(dòng)、但波幅的大小和正負(fù)隨時(shí)間在變化的磁動(dòng)勢(shì)波，稱(chēng)該種磁動(dòng)勢(shì)為脈振磁勢(shì)。2)線(xiàn)圈磁勢(shì)除包含基波磁勢(shì)外，還包含有3、5、7等諧波磁勢(shì)分量。A相電流表達(dá)式A相脈振磁勢(shì)表達(dá)式A相脈振磁勢(shì)幅值B相與C相電流建立的脈振磁場(chǎng)

B相電流建立的磁場(chǎng)的磁極與對(duì)稱(chēng)軸iB

iB

相磁勢(shì)空間分布波形4.脈振磁動(dòng)勢(shì)分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)

結(jié)論：

1)一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)波，可分解為兩個(gè)波長(zhǎng)與原脈振波完全相同，分別朝相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)波，旋轉(zhuǎn)角速度（ω）與脈振波的脈振頻率（f）有關(guān)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)波的幅值是原脈振波的一半。

2)當(dāng)線(xiàn)圈中電流為正的最大值時(shí)，脈振波的波幅為正的最大值，此時(shí)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)波的正波幅正好轉(zhuǎn)到α=0°的位置，即在通電線(xiàn)圈的軸線(xiàn)處，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)波重疊在一起。鏈接脈振磁場(chǎng)動(dòng)畫(huà)5.線(xiàn)圈的分布和短距對(duì)磁勢(shì)的影響

一.線(xiàn)圈分布的影響在交流繞組中，每相繞組都是由若干個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián)或并聯(lián)組成。各線(xiàn)圈依次沿圓周錯(cuò)開(kāi)一個(gè)槽（槽距角1）。對(duì)基波錯(cuò)開(kāi)一個(gè)槽（槽距角1）對(duì)v次諧波錯(cuò)開(kāi)電角度v1用矢量相加可以求得該線(xiàn)圈組磁勢(shì)的v次諧波幅值分布繞組排布圖1232ττ1多線(xiàn)圈的空間位置Fcv1Fcv2Fcv3v1v1V次諧波矢量v1v1Fcv1Fcv2Fcv3FqvV次諧波矢量合成顯然，F(xiàn)qv<qFcv,這一效應(yīng)可用分布系數(shù)Kqv表示：基波分布系數(shù)：Kqv