電機(jī)學(xué)交流繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)

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

6.3橢園形磁動(dòng)勢(shì)

第二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日5.1交流電機(jī)的基本工作原理，對(duì)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(lái)自于同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)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(lì)磁電流來(lái)改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)與異步發(fā)電機(jī)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。第三頁(yè)，共五十五頁(yè)，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?。侯l率：

勵(lì)磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場(chǎng)，原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)切割定子繞組而感應(yīng)交流電動(dòng)勢(shì).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(yè)，共五十五頁(yè)，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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n轉(zhuǎn)動(dòng)原理1、電生磁：三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。3、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場(chǎng)作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。第六頁(yè)，共五十五頁(yè)，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(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)問題:旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)又是如何產(chǎn)生的呢?第七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2.對(duì)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(dòng)勢(shì)和基波磁動(dòng)勢(shì)。（2）電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形要接近正弦形，諧波分量要小。（3）三相繞組對(duì)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(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)對(duì)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(jiǎn)單，維修方便。第八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日5.2三相單層集中整距繞組及其電動(dòng)勢(shì)1導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2整距線匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4三相單層集中整距繞組第九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日1導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)氣隙磁通密度分布圖基波電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)頻率:電動(dòng)勢(shì)大小:諧波電動(dòng)勢(shì)第十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2整距線匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

基波電動(dòng)勢(shì)的有效值：諧波電動(dòng)勢(shì)的有效值：第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，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(gè)線圈組成，一個(gè)線圈構(gòu)成一相繞組。

無(wú)論三相對(duì)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(duì)稱繞組由于有循環(huán)電流，會(huì)引起附加損耗，降低電機(jī)的效率。第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日補(bǔ)充：交流繞組的分類按相數(shù)分為：?jiǎn)蜗?、三相、多相按槽?nèi)層數(shù)分為：?jiǎn)螌樱ㄍ氖?、鏈?zhǔn)?、交叉式）、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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，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(duì)磁極占有空間電角度為360°。一般而言，對(duì)于p對(duì)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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日7.相帶：60度相帶——將一個(gè)磁極分成m份，每份所占電角度

120度相帶——將一對(duì)磁極分成m份，每份所占電角度8.極相組——將一個(gè)磁極下屬于同一相（即一個(gè)相帶）的q個(gè)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(gè)數(shù)/q第二十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日5.3三相單層分布繞組及電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)星形相量圖一對(duì)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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日繞組線電動(dòng)勢(shì)計(jì)算、分布因數(shù)基波電動(dòng)勢(shì)第二十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第二十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日線圈組電動(dòng)勢(shì)及分布系數(shù)

q個(gè)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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)對(duì)于單層繞組，因?yàn)槊肯嘤衟個(gè)線圈組所以每相串聯(lián)匝數(shù)對(duì)于雙層繞組，因?yàn)槊肯嘤?p個(gè)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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日5.4三相雙層分布短距繞組及其電動(dòng)勢(shì)短距線圈的電動(dòng)勢(shì)稱為短距系數(shù)：線圈短距時(shí)電動(dòng)勢(shì)比整距時(shí)打的一個(gè)折扣．第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日短距繞組、分布繞組對(duì)電動(dòng)勢(shì)波形的影響對(duì)V次諧波：第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波因?yàn)榇艌?chǎng)波形相對(duì)于磁極中心線左右對(duì)稱，所以諧波磁場(chǎng)中無(wú)偶次諧波（見P114圖4-14），故γ=3，5，7，9，11……一、高次諧波電動(dòng)勢(shì)諧波電動(dòng)勢(shì)⑴諧波磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)：pγ=γpp——激波磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)⑵諧波磁場(chǎng)的極距：τγ=τ/γτ——激波磁場(chǎng)的極距⑶諧波磁場(chǎng)的槽距角：dγ=γd

第二十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日⑷諧波磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)的頻率：fv=pv*nv/60=vpns/60=vf1⑹諧波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的節(jié)距因數(shù)kpv⑺諧波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的分布因數(shù)kdv⑻諧波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的繞組因數(shù)kwv=kpvkdv⑼諧波電動(dòng)勢(shì)（相值）

EΦv=4.44fυNRwrΦr第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2、齒諧波電動(dòng)勢(shì)⑴齒諧波——諧波次數(shù)v與一對(duì)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(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)EΦ=ELEL中三次及3的倍數(shù)次諧波。因?yàn)?k次諧波電動(dòng)勢(shì)同相位、幅值相同，所以星接時(shí)線電動(dòng)勢(shì)為零角接時(shí)產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流產(chǎn)生的壓降恰好被抵消。第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日諧波的弊害⑴使電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(chǎng)分布4.斜曹或斜極第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第六章交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)6.1單層集中整距繞組的磁動(dòng)勢(shì)6.2三相雙層分布短距繞組的磁動(dòng)勢(shì)6.3橢圓形磁動(dòng)勢(shì)第三十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1單層集中整距繞組的磁動(dòng)勢(shì)單層集中整距繞組的一相磁動(dòng)勢(shì)一臺(tái)兩極氣隙均勻的交流電機(jī),一個(gè)整距繞組通入交流電流,線圈磁動(dòng)勢(shì)在某瞬間的分布如圖,由全電流定律得:第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日忽略鐵心磁阻,磁動(dòng)勢(shì)完全降落在兩個(gè)氣隙上.每個(gè)氣隙的磁動(dòng)勢(shì)為:空間分布為矩形波,隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化.變化頻率為電流頻率?？臻g位置不變而幅值和方向隨時(shí)間變化的磁動(dòng)勢(shì)稱為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日矩形波磁動(dòng)勢(shì)可能分解為基波和一系列高次諧波:基波磁動(dòng)勢(shì)為:基波磁動(dòng)勢(shì)最大值為:整距繞組基波磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)大小按正弦規(guī)律變化——仍然為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)的分解即一個(gè)脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)可以分解成兩個(gè)幅值大小相等的磁動(dòng)勢(shì)。先分析取幅值點(diǎn)分析第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日可見(1)單相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)為脈動(dòng),它可以分解為大小相等、轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。(2)反之,滿足上述性質(zhì)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的合成即為脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。（3）由于正方向或反方向的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)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(gè)磁動(dòng)勢(shì)為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日磁動(dòng)勢(shì)的矢量表示法

長(zhǎng)度代表磁動(dòng)勢(shì)幅值，位置代表磁動(dòng)勢(shì)正幅值所在的位置。+j第四十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日6.1.2三相單層集中整距繞組磁動(dòng)勢(shì)三相的合成磁動(dòng)勢(shì)：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(shí)作為時(shí)間起點(diǎn)，則三相基波磁動(dòng)勢(shì)為：可見：三相合成磁動(dòng)勢(shì)也是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。

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

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

合成磁動(dòng)勢(shì)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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日

產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的條件：一是三相或多相對(duì)稱繞組；二是三相或多相對(duì)稱電流。兩個(gè)條件有一個(gè)不滿足，即產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流，產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)幅值恒定不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它有以下主要性質(zhì)(1)幅值是單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)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?zèng)Q定于電流的頻率和電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)(4)當(dāng)某相電流達(dá)最大值時(shí),旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)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(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日空間矢量圖取A相電流為最大值時(shí)+j+A+B+C第四十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日三相繞組的合成r次諧波磁動(dòng)勢(shì)由諧波磁動(dòng)勢(shì)在氣隙中建立各自的諧波磁場(chǎng)為：對(duì)稱三相系統(tǒng)中不存在3的奇數(shù)次倍諧波磁動(dòng)。第四十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第五十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日6-2三相雙層分布短距繞組的磁動(dòng)勢(shì)1、整距分布線圈組的磁動(dòng)勢(shì)r次諧波脈振磁動(dòng)勢(shì)的最大振幅為：每個(gè)繞組由q個(gè)線圈串聯(lián)構(gòu)成，依次在定子圓周空間錯(cuò)開槽距角α,繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)為q個(gè)線圈基波磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量和：第五十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2.雙層短距分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)雙層短距分布繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)為兩個(gè)等效繞組基波磁動(dòng)勢(shì)的相量和，用短距系數(shù)計(jì)及繞組短