電機(jī)學(xué)交流繞組的電動勢和磁動勢

電機(jī)學(xué)交流繞組的電動勢和磁動勢第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日第五章交流繞組和電動勢5.1交流電機(jī)的基本工作原理及對繞組的要求5.2三相單層集中整距繞組及其電動勢5.3三相單層分布繞組及其電動勢5.4三相雙層分布短矩繞組及其電動勢第六章交流繞組的磁動勢6.1單層集中整距繞組的磁動勢6.2三相雙層分布短距繞組的磁動勢

6.3橢園形磁動勢

第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.1交流電機(jī)的基本工作原理，對交流繞組的要求1交流電機(jī)的基本工作原理交流電機(jī)分為同步電機(jī)與異步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)：交流電能幾乎都來自于同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)：大型不需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，優(yōu)點(diǎn)調(diào)節(jié)勵磁電流來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。異步電動機(jī)：電力系統(tǒng)的主要負(fù)載。異步發(fā)電機(jī)：電壓和頻率隨負(fù)載變化不易控制。電力電子技術(shù)的引進(jìn)使得同步電動機(jī)與異步發(fā)電機(jī)得到了越來越多的應(yīng)用。第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日同步電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理大小：頻率：

勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子繞組而感應(yīng)交流電動勢.相序：由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定。波形：由可知，波形取決于的空間分布。第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日U2U1W2V1W1V2發(fā)電機(jī)的物理過程可用圖示表示第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日異步電動機(jī)的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n轉(zhuǎn)動原理1、電生磁：三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。2、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流。3、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日異步電機(jī)的工作原理定子繞組通入三相交流電流旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)問題:旋轉(zhuǎn)磁場又是如何產(chǎn)生的呢?第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.對交流繞組的要求（1）導(dǎo)體數(shù)一定的情況下，能得到較大的基波電動勢和基波磁動勢。（2）電動勢和磁動勢的波形要接近正弦形，諧波分量要小。（3）三相繞組對稱（節(jié)距、匝數(shù)、線徑相同、空間互差電角度）（即保證各相電動勢磁動勢對稱，電阻電抗相同）（4）銅耗減小，用銅量減少。（5）絕緣可靠、機(jī)械強(qiáng)度高、散熱條件好、制造簡單，維修方便。第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.2三相單層集中整距繞組及其電動勢1導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢2整距線匝的感應(yīng)電動勢3整距線圈的感應(yīng)電動勢4三相單層集中整距繞組第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日1導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢氣隙磁通密度分布圖基波電動勢電動勢頻率:電動勢大小:諧波電動勢第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2整距線匝的感應(yīng)電動勢3整距線圈的感應(yīng)電動勢

基波電動勢的有效值：諧波電動勢的有效值：第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日4三相單層集中整距繞組三相單層集中整距繞組由三個線圈組成，一個線圈構(gòu)成一相繞組。

無論三相對稱繞組是Y接還是D接，線電壓里不存在3次諧波或3的整數(shù)倍次諧波電壓。在D接的三相對稱繞組由于有循環(huán)電流，會引起附加損耗，降低電機(jī)的效率。第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日補(bǔ)充：交流繞組的分類按相數(shù)分為：單相、三相、多相按槽內(nèi)層數(shù)分為：單層（同心式、鏈?zhǔn)健⒔徊媸剑?、雙層（疊繞組、波繞組）、單雙層每極每相槽數(shù)q：整數(shù)槽、分?jǐn)?shù)槽基本概念1.極距τ：2.線圈節(jié)距y：整距y=τ；短距y<τ。3.槽距角α（電角度）：第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日4.每極每相槽數(shù)q:

5.電角度=p360°=p機(jī)械角度計(jì)量電磁關(guān)系的角度稱為電角度（電氣角度）。電機(jī)圓周在幾何上占有角度為360°，稱為機(jī)械角度。而從電磁方面看，一對磁極占有空間電角度為360°。一般而言，對于p對極電機(jī)，電角度=p機(jī)械角度。6.并聯(lián)支路數(shù)a第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日7.相帶：60度相帶——將一個磁極分成m份，每份所占電角度

120度相帶——將一對磁極分成m份，每份所占電角度8.極相組——將一個磁極下屬于同一相（即一個相帶）的q個線圈，按照一定方式串聯(lián)成一組，稱為極相組（又稱為線圈組）。9.線圈組數(shù)=線圈個數(shù)/q第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.3三相單層分布繞組及電動勢電動勢星形相量圖一對極下的各槽導(dǎo)體組成360度星形相量圖Z=24,p=2單層繞組利用星形相量圖安排單層分布繞組略槽距角、每極每相槽數(shù)、相帶。下圖為Z=36第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日繞組線電動勢計(jì)算、分布因數(shù)基波電動勢第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日線圈組電動勢及分布系數(shù)

q個線圈組成，集中繞組：分布繞組：分布系數(shù)：繞組系數(shù)：第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日相電動勢和線電動勢設(shè)一相繞組的串聯(lián)匝數(shù)為N（即一條支路的串聯(lián)匝數(shù)）則一相的感應(yīng)電動勢對于單層繞組，因?yàn)槊肯嘤衟個線圈組所以每相串聯(lián)匝數(shù)對于雙層繞組，因?yàn)槊肯嘤?p個線圈組所以每相串聯(lián)匝數(shù)

式中:a為并聯(lián)支路數(shù)第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日5.4三相雙層分布短距繞組及其電動勢短距線圈的電動勢稱為短距系數(shù)：線圈短距時電動勢比整距時打的一個折扣．第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日短距繞組、分布繞組對電動勢波形的影響對V次諧波：第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日感應(yīng)電動勢中的高次諧波因?yàn)榇艌霾ㄐ蜗鄬τ诖艠O中心線左右對稱，所以諧波磁場中無偶次諧波（見P114圖4-14），故γ=3，5，7，9，11……一、高次諧波電動勢諧波電動勢⑴諧波磁場的極對數(shù)：pγ=γpp——激波磁場的極對數(shù)⑵諧波磁場的極距：τγ=τ/γτ——激波磁場的極距⑶諧波磁場的槽距角：dγ=γd

第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日⑷諧波磁場的轉(zhuǎn)速：nr=ns主磁極的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）⑸諧波感應(yīng)電動勢的頻率：fv=pv*nv/60=vpns/60=vf1⑹諧波感應(yīng)電動勢的節(jié)距因數(shù)kpv⑺諧波感應(yīng)電動勢的分布因數(shù)kdv⑻諧波感應(yīng)電動勢的繞組因數(shù)kwv=kpvkdv⑼諧波電動勢（相值）

EΦv=4.44fυNRwrΦr第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日2、齒諧波電動勢⑴齒諧波——諧波次數(shù)v與一對極下的齒數(shù)Q1/p具有特定關(guān)系的諧波即v=Q1/p±1=2mq±1的諧波⑵齒諧波的特點(diǎn)

kWV（V=2mq±1）=kW13、諧波的相電動勢和線電動勢EΦ=ELEL中三次及3的倍數(shù)次諧波。因?yàn)?k次諧波電動勢同相位、幅值相同，所以星接時線電動勢為零角接時產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流產(chǎn)生的壓降恰好被抵消。第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日諧波的弊害⑴使電動勢波形變壞，發(fā)電機(jī)本身能耗增加，η↑，從而影響用電設(shè)備的運(yùn)行性能⑵干擾臨近的通訊線路消除諧波電動勢的方法因?yàn)镋Φv=4.44fυNRwvΦv所以通過減小KWr或Φr可降低EΦr1.采用短距繞組2.采用分布繞組，降低。3.改善主磁場分布4.斜曹或斜極第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日第六章交流繞組的磁動勢6.1單層集中整距繞組的磁動勢6.2三相雙層分布短距繞組的磁動勢6.3橢圓形磁動勢第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.1單層集中整距繞組的磁動勢單層集中整距繞組的一相磁動勢一臺兩極氣隙均勻的交流電機(jī),一個整距繞組通入交流電流,線圈磁動勢在某瞬間的分布如圖,由全電流定律得:第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日忽略鐵心磁阻,磁動勢完全降落在兩個氣隙上.每個氣隙的磁動勢為:空間分布為矩形波,隨時間按正弦規(guī)律變化.變化頻率為電流頻率。空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為脈動磁動勢。第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波:基波磁動勢為:基波磁動勢最大值為:整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，空間每一點(diǎn)的磁動勢大小按正弦規(guī)律變化——仍然為脈動磁動勢。第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日單相脈動磁動勢的分解即一個脈動磁動勢可以分解成兩個幅值大小相等的磁動勢。先分析取幅值點(diǎn)分析第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日可見(1)單相繞組的基波磁動勢為脈動,它可以分解為大小相等、轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場。(2)反之,滿足上述性質(zhì)的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的合成即為脈動磁動勢。（3）由于正方向或反方向的旋轉(zhuǎn)磁動勢在旋轉(zhuǎn)過程中，大小不變，兩矢量頂點(diǎn)的軌跡為一圓形，所以這兩個磁動勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日磁動勢的矢量表示法

長度代表磁動勢幅值，位置代表磁動勢正幅值所在的位置。+j第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.1.2三相單層集中整距繞組磁動勢三相的合成磁動勢：取A相繞組軸線位置作為空間坐標(biāo)原點(diǎn)、以相序的方向作為x的參考方向、A相電流為零時作為時間起點(diǎn)，則三相基波磁動勢為：可見：三相合成磁動勢也是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。

交流電機(jī)三相對稱繞組,通入三相對稱電流，磁動勢是三相的合成磁動勢。第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日

為了分析旋轉(zhuǎn)磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向，設(shè)三相對稱電流按余弦規(guī)律變化，U相電流最大時為計(jì)時點(diǎn)，電流取首進(jìn)尾出為正，電流波形和各時刻旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置如圖所示：U2U1W2V1W1V2第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日用圖解法分析——不同時刻三相合成磁動勢

合成磁動勢的轉(zhuǎn)向是從載有超前電流的相轉(zhuǎn)到載有滯后電流的相。第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日

產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢的條件：一是三相或多相對稱繞組；二是三相或多相對稱電流。兩個條件有一個不滿足，即產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。三相對稱繞組通入三相對稱電流，產(chǎn)生的基波合成磁動勢是一個幅值恒定不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，它有以下主要性質(zhì)(1)幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的3/2倍。(2)轉(zhuǎn)向由電流相序決定,從載有超前電流相轉(zhuǎn)到載有滯后電流相.(3)轉(zhuǎn)速決定于電流的頻率和電機(jī)的磁極對數(shù)(4)當(dāng)某相電流達(dá)最大值時,旋轉(zhuǎn)磁動勢的波幅位置剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線位置上第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日空間矢量圖取A相電流為最大值時+j+A+B+C第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日三相繞組的合成r次諧波磁動勢由諧波磁動勢在氣隙中建立各自的諧波磁場為：對稱三相系統(tǒng)中不存在3的奇數(shù)次倍諧波磁動。第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日6-2三相雙層分布短距繞組的磁動勢1、整距分布線圈組的磁動勢r次諧波脈振磁動勢的最大振幅為：每個繞組由q個線圈串聯(lián)構(gòu)成，依次在定子圓周空間錯開槽距角α,繞組的基波磁動勢為q個線圈基波磁動勢的空間矢量和：第五十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日2.雙層短距分布繞組的磁動勢雙層短距分布繞組的基波磁動勢為兩個等效繞組基波磁動勢的相量和，用短距系數(shù)計(jì)及繞組短