交流電機的基礎知識

交流電機基礎第六章交流電機的共同理論繞組、電勢和磁勢交流電機繞組構(gòu)成原則三相單層繞組*三相雙層繞組交流電機繞組磁勢交流電機繞組電勢交流電機的共同理論繞組、電勢和磁勢本章要求：掌握交流電機三相繞組構(gòu)成原則。能夠繪制三相單層同心式分布繞組展開圖。

掌握基波磁場下集中、分布繞組線圈組電勢計算。熟悉基波磁場下雙層、短距分布繞組相電勢計算。掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢及其主要結(jié)論。熟練掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢基波可以分解為兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢。掌握三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢的條件、性質(zhì)及其主要結(jié)論。熟練掌握三相對稱繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢基波的大小、轉(zhuǎn)向、速度。交流電機

同步發(fā)電機同步電動機同步電機異步發(fā)電機(性能較差）異步電動機異步電機同步電機異步電機異步電機特點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠、價格低廉，但它是感性負載，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞，調(diào)速性能差。

兩種型式的交流電機在涉及的理論、基本結(jié)構(gòu)原理方面具有下面三個共同部分：

◆交流繞組的基本結(jié)構(gòu)◆交流繞組中感應的電動勢◆交流繞組產(chǎn)生的磁動勢

一、同步發(fā)電機工作原理定子繞組如圖排列；轉(zhuǎn)子磁極在外力作用下旋轉(zhuǎn)，定子繞組切割氣隙磁場，產(chǎn)生電勢。上下第一節(jié)交流電機ZCBYXANSn電勢頻率fN=50Hzn轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，p極對數(shù)p=1,n=3000rpm;p=2,n=1500rpm;p=3,n=1000rpm;AnN1S1N2S2上下或同步發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)上下二、異步電動機的工作原理n有功i2SNn1e2femT原理視頻

第二節(jié)三相交流電機的定子繞組異步電動機的工作磁場（主磁場）是一種旋轉(zhuǎn)磁場，是依靠定子繞組中通以交流電流來建立的。因此，定子上的三相繞組必須保證當它通以三相交流電流后，其所建立的旋轉(zhuǎn)磁場具有一定的極數(shù)、一定的大小，并且在空間的分布波形接近正弦波形，而且由該旋轉(zhuǎn)磁場在繞組本身中所感應的電動勢也是對稱的。這種旋轉(zhuǎn)磁場由旋轉(zhuǎn)磁動勢來建立，那么對磁場的要求，也就是對磁動勢的要求。

交流電機包含異步機和同步機。其定子結(jié)構(gòu)相同，都由定子鐵芯和定子繞組組成；它們的繞組、電勢、磁勢都相同。一、交流繞組構(gòu)成原則1、每相繞組產(chǎn)生的相電勢應為正弦，且數(shù)值盡可能大。2、各相繞組的電勢、電阻和電抗在數(shù)值上盡可能相等，感應電勢在相位上也要對稱，即在時間上互差120o電角度。上下3、端接線盡可能短，節(jié)約銅線，減小損耗。4、元件制造方便，嵌線工藝方便，便于保證質(zhì)量和節(jié)約制造工時。二、繞組基本知識極距是指每一磁極所占定子內(nèi)圓周的距離，即有

節(jié)距y是指線圈兩有效邊之間的距離。單層繞組是整距繞組，即有y=τ每極每相槽數(shù)q是指一個磁極下一相繞組所占有的槽數(shù)，即有：相帶：是指一相繞組在一個磁極下連續(xù)所占的范圍。機械角：電機圓周空間角度為360°或為2π弧度，稱這種角度為機械角。對于一對磁極由N→S→N變化一周相當于360°電角度或為2π電弧度。當電機有p對磁極時，電角度=p×機械角。分析：每一磁極占180°電角度，三相繞組的每相繞組在一個極下只占三分之一，即60°相帶。P=2時，繞組的排列A1每對磁極下，都應有一個ABC三相繞組，其排列順序在一對磁極下應對稱。B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2結(jié)論：

三相繞組排列順序為：每對磁極下，六個繞組邊在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序為：A、Z、B、X、C、Y；且互差60o電角度。上下電角度=機械角度pA1X1

每相繞組不可能放在一個槽中，應均勻放在相鄰的幾個槽中，串聯(lián)在一起。每極每相槽數(shù)q=總槽數(shù)Z2pmP：極對數(shù)；m：相數(shù)。上下線圈節(jié)距Y1:一個線圈的兩個有效邊之間的距離。上下繞組編繞方法有：同心式和疊繞AX同心式AX疊繞上下單匝二、三相單層交流繞組一交流機：Z=24，P=2，m=3，畫出單層同心式繞組展開圖。1、畫出結(jié)構(gòu)圖，標出槽號A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y21234567891011121314151617181920212223242、標出AZBXCY的位置上下

每相繞組由兩個線圈組組成。如:A1X1，A2X2；組成A相。其中A1X1，A2X2感應的電勢相同。

每個線圈組由兩個線圈組成，1，2；7，8；組成A1X1線圈組。上下3、畫出繞組展開圖13，14；19，20；組成A2X2線圈組。A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2123456789101112131415161718192021222324A1B1Z1X1C1Y1A2Z21234567891011121314151617181920212223241234567891011121314151617181920A1X1A2X2AX繞組展開睬圖上下當定子均每相繞宅組AX暈、BY夸、CZ姨匝數(shù)相再同，六季個繞組封端在空妻間沿轉(zhuǎn)狀子轉(zhuǎn)向軋排列順誼序為：監(jiān)A、Z況、B、浩X、C然、Y；鉗且互差懼60o滲電角度壘時，三櫻相電勢灶為對稱皮電勢。電角度喘=機械波角度p上下第三節(jié)解交赤流定真子繞純組的些電援動勢氣隙磁場獄分布增加BA氣隙磁場漫可分解為脂正弦波上下一、導科體電勢bA導體A勉中電勢拘為：L：導體語A的有效長塑度；v：導聚體A相燥對于磁抖場的運售動速度酬。B是旋轉(zhuǎn)毛的，旋貌轉(zhuǎn)的角合頻率為，則導體A門相對磁黨密的空漁間電角花度=調(diào)t。上下1、導體勢中基波電普勢導體中憐基波幅悅值bAB1BP將正弦基監(jiān)波磁場等姑效為矩形爆波：每極基波儀磁通平均蹄值：導體中基頓波有效值上下2、導紐奉體中諧新波電勢上下3、導體急感應電勢秧與磁通的折相量關系+A+j二、線歪圈電勢鑄和短距臣系數(shù)1、整距組匝電勢該匝基蘇波電勢闖：一匝線圈景由兩個導司體邊，相待距。設電勢早出為正房誠，兩個突基波電腐勢的大專小相等梯，相位靠差18貪0o。該匝諧波勇電勢：上下2、整屑距線圈紙電勢AXNy設線圈由野Ny匝組成誓，則線鴨圈電勢統(tǒng)為一匝災電勢的杯Ny倍?；妱菔觯褐C波電皺勢：上下3、短距采匝電勢線圈的座兩個導承體邊相嗚距y1<揭。設短距報比=y1/則兩個基叨波電勢大季小相等，泛相位差180o。+j該匝基到波電勢胸：Ky1=sin/2被:基波短儀距系數(shù)短距Ny匝線圈金基波電救勢：諧波電帶勢：nXASN上下諧波短音距系數(shù)決：結(jié)論：為了消飲除第次諧波米電勢，使線圈節(jié)距縮短煮次諧波渣的一個云極距，禮即y1=(1-鍋1/屆)。如：要灑消除第巷3次諧波電澤勢，則y1=(1-幸1/3)櫻=(2竊/3)上下三、線圈撈組（極相味組）電勢側(cè)和分布系郊數(shù)：線圈組由q個槽淺中線圈梨串聯(lián)而芝成。設q=3屢，三個接線圈基潑波電勢麥分別為肝：R線圈組末電勢應虛是q個線貢圈電勢榴的相量擔和。A1X1相量合荒成時有晨一個外黃接圓。上下R同在一益?zhèn)€槽中史總電勢上下基波繞探組系數(shù)上下四、消搶弱諧波皺電勢不呼良影響嶺的方法（1）使裹氣隙磁場鼠沿電樞表普面的分布螺盡量接近喇正弦波。（2）浴利用三逮相對稱蜂繞組的糟連接來深消除線濕電動勢煤中的三肆次及其嚴倍數(shù)次喘奇次諧背波。（3）采笨用短距繞孟組來消弱媽高次諧波病電動勢。每相繞餡組根據(jù)吹極相組譯串聯(lián)或攏并聯(lián)關則系，可攪計算出歷總等效云匝數(shù)為駝N，則且相電勢芝為：單層繞組奮：極對數(shù)并聯(lián)支粒路數(shù)雙層繞飼組：上下第四節(jié)互脈振楚磁動勢效與旋轉(zhuǎn)掠磁動勢磁場由偽磁動勢腹產(chǎn)生，先磁場大篇小、性籠質(zhì)由F管決定。當交流繞刑組中有電喂流通過時罵，其會產(chǎn)見生磁動勢貌，在空間聲，形成磁抹場。上下異步電動以機工作時撐三相對稱膏繞組流過稈三相對稱捕電流產(chǎn)生錫旋轉(zhuǎn)磁場蕩。旋轉(zhuǎn)磁風場由旋復轉(zhuǎn)磁動妙勢決定促，這個誓旋轉(zhuǎn)磁糠動勢實蒜際上是番由單相勒繞組磁余動勢合言成的。蜂因此，夠分析旋及轉(zhuǎn)磁動風勢之前耳，需先姿分析單慶相繞組跑流過交角流電流攔時所產(chǎn)悟生的磁亦動勢。一、單奮相繞組月的脈振腦磁動勢集中繞組思AX通入涼電流i當時間崇t確定衛(wèi)，F(xiàn)=頂Ni，臟在空間勒應為方波。it0AXfyF=Ni上下1.整蘿距集中朵繞組的芳磁動勢ooo單咐相整艙距集中丹繞組的脫脈振磁沃勢ooe0oiAXF=Nit06090120180上下整距線圈言所產(chǎn)生的械磁動勢在攻空間分布已波形是一即個矩形波映,其周期王是兩個極票距,其幅惹值等于磁助回路所包域圍全電流宅的一半（iNy/2）勿。上下轉(zhuǎn)子定子2.謀用傅里首葉級數(shù)課分解矩跳形波磁釣動勢3次諧波5次諧波上下結(jié)論:1.基波臘磁動勢廟的幅值支為4/粥πfk，是矩容形波磁茶動勢的健4/π商倍；諧波磁動礎勢幅值為督基波幅值離的1/ν慢倍；2.基益波磁動馬勢波長章與原矩施形波長娘一樣，蝕磁極對其數(shù)亦相類同；諧波的波徐長為基波欠的1/ν顏，極對數(shù)漆為基波的乞ν倍。上下磁動勢仁的空間凡諧波3.單相架繞組基波哨脈振磁動席勢設AX中負通入交流簡電為：則每極磁鴿勢表達式毫為：上下3.諧波今分析對周期性蛇變化的矩杜形波分布蠅的磁勢，而用傅氏級數(shù)旅進行諧波柏分析，可到分解成為弦：式中v=1，匪3，5崇…為諧紗波系數(shù)邀，系數(shù)Cv為上下基波磁櫻勢為：為基波磁酸勢最大幅規(guī)值。三次諧波磨磁勢為：三次諧猶波磁勢嶺最大幅峰值。上下五次諧稀波和高爺次諧波五次諧波停磁勢為：五次諧寒波磁勢縱最大幅戰(zhàn)值。還有七次叼、九次、伶十一次等雞高次諧波收磁勢。上下fyfy1fy3oxfy5/3/5矩形磁勢曲線分解為一系列諧波it0AX上下諧波次數(shù)匯越高，其估幅值就越搬小。為了改善裙波形，除挨基波以外襪，考慮消除三遍、五、七脖次諧波，更由于三次諧波及冶三的倍列數(shù)次諧做波在繞撓組連接扎成三相對張稱繞組牙時就已籮相互抵懲消(參增看邱關轎源電路殖P33委0,1赤3-5翅)，而癥五、七慨次諧波瞞可通過短距和伏分布繞匙組來基本消摧除。因此喜當連成三繞相繞組后盜，只考慮另基波磁勢挽就可以了困。分析：上下脈振磁動角勢的分解墊推導：根據(jù)三角循函數(shù)的和較差與積的預關系：上下結(jié)論：一個脈振禾磁勢可以拼分解為兩蘇個幅值相塘等，轉(zhuǎn)速位相同，轉(zhuǎn)辦向相反的伍兩個旋轉(zhuǎn)熟磁勢，它做們的幅值區(qū)是原脈振冠磁勢最大薪幅值的一性半。上下x0單相脈振基波磁勢的時空關系圖Fym1x0Fym1/2x0-Fym1x0f’’a1f’a1fa1f’’a1f’a1fa1=Fm1f’’a1f’a1f’’a1f’a1fa1vv正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢上下脈振磁勢喝動畫結(jié)論：1、單相桃繞組的磁播動勢是一溫種在空間括位置固定刷、幅值隨河時間變化些的脈振磁動勢；幅值裙位置始廊終在繞逼組的軸雖線處。FΦAXXAFA1+-2、F1可分解睜為兩個擁轉(zhuǎn)向相饑反的旋密轉(zhuǎn)波，桂幅值為射F1一半。上下it0AX3、基波赴磁動勢的捐幅值最大姨，諧波次繩數(shù)愈高，島幅值愈小企。2、線圈致組（極相他組）磁動網(wǎng)勢和分布森系數(shù)：線圈組撞由q個槽中浪線圈串聯(lián)蠅而成。設q=3，莖三個線圈休基波磁動辦勢分別為腦：R線圈組每磁動勢傘應是q個線圈稀電勢的相畢量和。A1X1相量合成例時有一個吧外接圓。上下R同在一個蕉槽中總磁牽動勢上下二、三酷相繞組籌的基波儲磁勢ZCBYXAiA=Imcos畏t林,iB=Imcos該(t購-12讀0o)叨,iC=Imcos引(秧t-2泳40o歲)三個脈振割磁勢FA、FB、FC相在空擴間合成盒。FAFBFC上下t0120240iiAiBiC1)t=悅0時，iA=Imcos婦t=Im,FA=FmiB=Imcos(灰t-1府20o)棍=-耍1/2Im,FB=-縣1/2晨FmiC=Imcos兩(良t-2激40o抵)=晌-1假/2Im,FC=-1梅/2FmZCBYXA+FC+FBZCBYXA+FAt0120240iiAiBiC下上2)t=1五20o時，iA=Imcos均t盛=-勉1/2蘋Im,FA=-感1/2括FmiB=Imcos撐(t優(yōu)-12騾0o)娃=Im,FB=FmiC=Imcos砌(送t-2希40o娛)=將-1虹/2Im,FC=-惕1/2虎Fm+FC+FBZCBYXAZCBYXA+FAt0120240iiAiBiC下上3)t=學240品o時，iA=Imcos弄t則=-罰1/2填Im,FA=-1撞/2FmiB=Imcos玩(t碧-12擾0o)泰=鉤-1/罰2Im,FB=-1虹/2FmiC=Imcos稱(貿(mào)t-2瓦40o滾)=芽Im,FC=FmXCAY+FC+FBZBZCBYXA+FA4）t=3寒60o時，回蝦到t嚇=0o姜時狀態(tài)棵。t0120240iiAiBiC下上三相基兼波合成哨磁動勢其中：這是一個心振幅為單近相基波磁江勢振幅的撐3/2倍撤，在空間住按正弦規(guī)滑律分布且廣隨時間向自+x方向擴前進的旋障轉(zhuǎn)磁勢波椅。結(jié)論：1、三相示對稱繞組濟通入對稱沾交流電流項，在空間兵產(chǎn)生基波籮磁勢合成稿F1是旋轉(zhuǎn)鴿磁勢，例振幅為戰(zhàn)單相脈唉振磁勢塵的3/喉2倍。2、F1的旋轉(zhuǎn)方