電機(jī)學(xué)交流繞組演示文稿

電機(jī)學(xué)交流繞組演示文稿當(dāng)前1頁，總共115頁。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類4.2三相雙層繞組4.4交流繞組的感應(yīng)電動勢4.6單相繞組的磁動勢4.7三相繞組的磁動勢第四章交流繞組4.3三相單層繞組當(dāng)前2頁，總共115頁。第四章交流繞組及其電動勢和磁動勢主要內(nèi)容：交流繞組的構(gòu)成，繞組連接規(guī)律及電動勢和磁動勢。交流電機(jī)

同步電機(jī)：主要作為發(fā)電機(jī)，也可作為電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。感應(yīng)電機(jī)：主要作為電動機(jī)，有時(shí)也作發(fā)電機(jī)。同步電機(jī)和異步電機(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題，可統(tǒng)一進(jìn)行研究。本章就是研究交流電機(jī)的繞組、電動勢、磁動勢問題。這些問題對于分別研究異步電機(jī)和同步電機(jī)的運(yùn)行性能有著重要意義。3當(dāng)前3頁，總共115頁。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、構(gòu)成原則(1)合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正弦形、幅值要大；(2)對三相繞組，各相的電動勢和磁動勢要對稱，電阻、電抗要平衡；(3)繞組的銅耗要小，用銅量要小；(4)絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造要方便。當(dāng)前4頁，總共115頁。本章主要介紹三相整數(shù)槽繞組。二、交流繞組的分類按相數(shù)分單相三相按每極每相槽數(shù)分整數(shù)槽分?jǐn)?shù)槽按槽內(nèi)層數(shù)分單層

雙層同心式交叉式鏈?zhǔn)蒋B繞波繞5當(dāng)前5頁，總共115頁。定子鐵心當(dāng)前6頁，總共115頁。定子繞組當(dāng)前7頁，總共115頁。當(dāng)前8頁，總共115頁。定子鐵心和繞組當(dāng)前9頁，總共115頁。當(dāng)前10頁，總共115頁。交流電機(jī)的簡單工作原理同步發(fā)電機(jī)原理結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)體感應(yīng)電動勢大小波形頻率三相對稱性導(dǎo)體交流繞組當(dāng)前11頁，總共115頁。當(dāng)前12頁，總共115頁。當(dāng)前13頁，總共115頁。4.2交流三相繞組一、基本術(shù)語當(dāng)前14頁，總共115頁。當(dāng)前15頁，總共115頁。當(dāng)前16頁，總共115頁。當(dāng)前17頁，總共115頁。當(dāng)前18頁，總共115頁。當(dāng)前19頁，總共115頁。當(dāng)前20頁，總共115頁。二、三相單層繞組當(dāng)前21頁，總共115頁。當(dāng)前22頁，總共115頁。當(dāng)前23頁，總共115頁。當(dāng)前24頁，總共115頁。當(dāng)前25頁，總共115頁。當(dāng)前26頁，總共115頁。當(dāng)前27頁，總共115頁。當(dāng)前28頁，總共115頁。（6）單層繞組的不同端接方式例：三相四極36槽定子，繪制交叉式繞組展開圖當(dāng)前29頁，總共115頁。三、三相雙層繞組當(dāng)前30頁，總共115頁。當(dāng)前31頁，總共115頁。當(dāng)前32頁，總共115頁。

波繞組當(dāng)前33頁，總共115頁。

4.4交流繞組的感應(yīng)電動勢一、空間坐標(biāo)的建立及氣隙磁密的分布當(dāng)前34頁，總共115頁。當(dāng)前35頁，總共115頁。當(dāng)前36頁，總共115頁。二、導(dǎo)體中的電動勢當(dāng)前37頁，總共115頁。當(dāng)前38頁，總共115頁。當(dāng)前39頁，總共115頁。當(dāng)前40頁，總共115頁。三、線圈的電動勢及節(jié)距因數(shù)當(dāng)前41頁，總共115頁。當(dāng)前42頁，總共115頁。當(dāng)前43頁，總共115頁。當(dāng)前44頁，總共115頁。四、線圈組的電動勢及分布因數(shù)當(dāng)前45頁，總共115頁。當(dāng)前46頁，總共115頁。當(dāng)前47頁，總共115頁。當(dāng)前48頁，總共115頁。五、相電動勢及線電動勢當(dāng)前49頁，總共115頁。當(dāng)前50頁，總共115頁。當(dāng)前51頁，總共115頁。當(dāng)前52頁，總共115頁。六、基波電動勢與磁通鏈間的相位關(guān)系當(dāng)前53頁，總共115頁。

本節(jié)討論主極磁場非正弦分布時(shí)所引起的諧波電動勢。

以上我們假定主極磁場在氣隙內(nèi)為正弦分布，實(shí)際上，主極磁場并非完全按正弦規(guī)律分布，此時(shí)將磁場波進(jìn)行諧波分析，可得基波和一系列高次諧波，相應(yīng)的交流繞組中感應(yīng)電動勢除基波外還有一系列高次諧波電動勢。本節(jié)討論非正弦磁場分布所引起的諧波電動勢及其削弱的方法。4.5感應(yīng)電動勢中的高次諧波54當(dāng)前54頁，總共115頁。一、高次諧波電動勢交流電機(jī)中氣隙磁場分布一般呈平頂波如右圖所示，應(yīng)用富氏級數(shù)可將其分解為基波和一系列諧波的合成。因主極磁場分布與磁極中心線相對稱，故偶次諧波為零，所以磁場中僅存在奇次諧波（1，3，5…7），為清楚起見，圖中只畫出1，3，5，次諧波，且次數(shù)越高，幅值越小。55當(dāng)前55頁，總共115頁。二、齒諧波電動勢

在高次諧波中，有一種次數(shù)為的諧波，稱為齒諧波，由該次諧波感應(yīng)的電動勢稱為齒諧波電動勢。齒諧波的特點(diǎn)：1、諧波次數(shù)與一對極下的齒數(shù)（槽數(shù)）之間具有特定關(guān)系。2、諧波的繞組因數(shù)與基波相等。56當(dāng)前56頁，總共115頁。結(jié)論：1、齒諧波繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相等；

2、除齒諧波外，ν越高，分布因數(shù)及節(jié)距因數(shù)越小。

因齒諧波的繞組因數(shù)等于基波的繞組因數(shù)，使齒諧波電動勢較強(qiáng)，而其他高次諧波如5、7次分布因數(shù)較基波小得多，所以采用分布和短距繞組可消弱這些高次諧波。為一對極下的電角度57當(dāng)前57頁，總共115頁。

由于齒諧波較強(qiáng)，致使電動勢波形出現(xiàn)明顯的諧波波紋。

齒諧波電動勢比較強(qiáng)的原因，主要是由于電機(jī)定子有齒和槽，使得沿電樞圓周各點(diǎn)氣隙的磁導(dǎo)不相等，齒下氣隙較小，磁導(dǎo)較大，而槽口處氣隙較大，磁導(dǎo)較小。若不開槽時(shí)氣隙中主極磁場為近于正弦分布的曲線，如右圖曲線1。開槽以后在正弦曲線上疊加一個(gè)與定子齒數(shù)相對應(yīng)的附加周期性磁導(dǎo)分量，導(dǎo)致氣隙磁場的分布發(fā)生改變?？梢钥闯觯糊X諧波繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相等；其他諧波繞組因數(shù)較小。58當(dāng)前58頁，總共115頁。三、考慮諧波時(shí)相電動勢和線電動勢的有效值

考慮諧波電動勢時(shí)，

相電動勢的有效值應(yīng)為：線電動勢：（星接法）

（角接法）對于線電動勢無論是角接還是星接，均無3及3的倍數(shù)次諧波。在星形接法的三相系統(tǒng)中，因各相的三次諧波大小相等，相位相同，互相抵消，所以線電動勢中不存在三次諧波電動勢。注：59當(dāng)前59頁，總共115頁。在角接的三相系統(tǒng)中，同相的三次諧波電動勢將在閉合的三角中形成環(huán)流。

由于完全降落在繞組阻抗Z3上，所以線端不會出現(xiàn)三次諧波電動勢。但是三次諧波環(huán)流所產(chǎn)生的雜散損耗，會使電機(jī)效率下降，溫升增高，所以一般采用星形連接。60當(dāng)前60頁，總共115頁。四、諧波的危害電動勢中如存在高次諧波，將使電動勢波形變壞，產(chǎn)生很多不良影響：

1、

電機(jī)損耗增大，效率下降，溫升增加。

2、

高次諧波產(chǎn)生的電磁場對鄰近的通訊線路產(chǎn)生干擾。

3、

產(chǎn)生有害附加轉(zhuǎn)距，造成電機(jī)運(yùn)行性能變壞。利用諧波：1、諧波勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。

2、利用諧波起動的感應(yīng)電動機(jī)。61當(dāng)前61頁，總共115頁。五、削弱諧波電動勢的方法在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，應(yīng)盡可能削弱電動勢中的高次諧波分量，國標(biāo)規(guī)定（GB755-81電機(jī)基本技術(shù)要求）對300kVA以上的同步發(fā)電機(jī)，線電壓波形的正弦波畸變率不應(yīng)超過5%。正弦波畸變率下面分別介紹減小諧波電動勢和齒諧波電動勢的方法。

1、減少諧波電動勢的方法

可通過減小KWV和削弱。62當(dāng)前62頁，總共115頁。適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距，可使某次諧波的節(jié)距因數(shù)接近或等于零，以達(dá)到削弱或消除某次諧波的目的。（1）選用短距繞組

如要消除v次諧波，只要使

即盡可能接近整距的短距則上式表明，要消除v次諧波，只要選用比整距短的短距線圈即可。

63當(dāng)前63頁，總共115頁。如要消除5次諧波取比整距短右圖所示采用可將5次諧波完全消除。64當(dāng)前64頁，總共115頁。線圈節(jié)距變化時(shí)，基波和諧波節(jié)距因數(shù)如何變化？由于三相繞組采用了星形或角形的連接，線電壓中已不存在3及3的倍數(shù)次諧波，所以選節(jié)距時(shí)主要考慮削弱5、7次諧波。通常選65當(dāng)前65頁，總共115頁。（2）采用分布繞組

當(dāng)q增加時(shí)，基波的分布因數(shù)減小不多，但諧波的分布因數(shù)顯著減小。所以就分布繞組來說，每極每相槽數(shù)q越多，抑制諧波電動勢的效果越好。但q增多，必增加電機(jī)槽數(shù)，使電機(jī)成本提高?？紤]到q>6時(shí)，分布因數(shù)的下降已不明顯，所以一般選6≥q≥2，圖4-20表示不同q值時(shí)，諧波分布因數(shù)的變化情況。66當(dāng)前66頁，總共115頁。（3）削弱諧波磁場凸極同步電機(jī)改善磁極極靴外型，隱極同步電機(jī)勵(lì)磁繞組合理的分布，使磁極磁場沿電樞表面分布接近于正弦波。（4）三次和三的倍數(shù)次諧波的消除

三相繞組可接成三角形或星形。

凸極電機(jī)以上方法均不能削弱齒諧波電動勢。67當(dāng)前67頁，總共115頁。2、齒諧波電動勢減小的方法

對于齒諧波，由于其繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相同，不能采用短距和分布的方法削弱它。目前采用以下幾種方法削弱齒諧波電動勢：（1）采用斜槽

采用斜槽后，同一根導(dǎo)體內(nèi)的各個(gè)小段在磁場中的位置互不相同，所以同一導(dǎo)體各段感應(yīng)電動勢不同，與直槽相比，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢有所變化，理論分析證明采用斜槽可有效削弱齒諧波電動勢，但對基波和其他諧波也有削弱作用，為計(jì)及這一影響，在計(jì)算電動勢時(shí)，除了考慮節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)外，還應(yīng)考慮斜槽因數(shù)。68當(dāng)前68頁，總共115頁。為了推導(dǎo)斜槽因數(shù)，把斜槽內(nèi)導(dǎo)體看為無限多根短直導(dǎo)體的串聯(lián)。相鄰直導(dǎo)體間有一微小的相位差α（α→0）短直導(dǎo)體數(shù)q→∞，而qα=β，β為整根導(dǎo)體斜過的電弧度，仿照分布因數(shù)的推導(dǎo)方法，可導(dǎo)出斜槽因數(shù)?；ǖ男辈垡驍?shù)為：69當(dāng)前69頁，總共115頁。若導(dǎo)體斜過的距離用c來表示時(shí)，

次諧波的斜槽因數(shù)為：從以上可見，如用斜槽消除次諧波，應(yīng)使即70當(dāng)前70頁，總共115頁。取

為了使，這兩個(gè)齒諧波都得到削弱。2mq：為一對極下的槽數(shù)，tZ：齒距。即斜過的距離等于一個(gè)齒距。

只要使斜過的距離等于該次空間諧波的波長，諧波電動勢相互抵消。所以，要消除齒諧波電動勢應(yīng)取采用斜槽后，可使齒諧波大大削弱。斜槽主要用于中、小型電機(jī)中。

71當(dāng)前71頁，總共115頁。(2)采用分?jǐn)?shù)槽

在多極同步發(fā)電機(jī)（例如水輪發(fā)電機(jī)）中，常常采用分?jǐn)?shù)槽繞組來削弱齒諧波。由于每極每相槽數(shù)q=分?jǐn)?shù)，所以齒諧波次數(shù)一般為分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極磁極中僅含有奇次諧波，即不存在齒諧波磁場，也就不存在齒諧波電動勢。(3)采用半閉口槽和磁性槽楔

在小型電機(jī)中采用半閉口槽，中型電機(jī)中采用磁性槽楔來減小由于槽開口而引起的氣隙磁導(dǎo)變化和齒諧波。但采用半閉口槽工藝復(fù)雜。72當(dāng)前72頁，總共115頁。

4.4單相繞組的磁動勢當(dāng)前73頁，總共115頁。一、整距線圈的磁動勢當(dāng)前74頁，總共115頁。一個(gè)線圈的磁動勢當(dāng)前75頁，總共115頁。一個(gè)線圈的基波磁動勢當(dāng)前76頁，總共115頁。當(dāng)前77頁，總共115頁。當(dāng)前78頁，總共115頁。當(dāng)前79頁，總共115頁。二、單層整距線圈組的磁動勢當(dāng)前80頁，總共115頁。當(dāng)前81頁，總共115頁。三、雙層短距線圈組的磁動勢當(dāng)前82頁，總共115頁。當(dāng)前83頁，總共115頁。當(dāng)前84頁，總共115頁。四、單相繞組的磁動勢當(dāng)前85頁，總共115頁。當(dāng)前