交流電機(jī)電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)

6交流電機(jī)電樞繞組

TheWINDINGSofACELECTRICALMACHINE

的電動(dòng)勢(shì)與磁通勢(shì)交流電機(jī)的工作原理

BasicprinciplesofACelectricalmachine

共同點(diǎn)同步synchronous異步Asynchronous當(dāng)定子繞組通上三相交流電，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng).

右圖是一臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的外形圖。下面是它主要部件的拆分圖。AnACmotorisanelectricmotorthatisdrivenbyanalternatingcurrent.AnACmotorconsistsoftwobasicparts:AnoutsidestationarystatorhavingcoilssuppliedwithACcurrenttoproducearotatingmagneticfield;Aninsiderotorattachedtotheoutputshaftthatisgivenatorquebytherotatingfield.

TherearetwotypesofACmotors,dependingonthetypeofrotorused:Thesynchronousmotor,whichrotatesexactlyatthesupplyfrequencyorasubmultiple(因數(shù))ofthesupplyfrequency.Themagneticfieldontherotoriseitherduetocurrenttransportedwithsliprings（滑環(huán)）orapermanentmagnet.Theinductionmotor,whichturnsslightlyslowerthanthesupplyfrequency.Themagneticfieldontherotorofthismotoriscreatedbyaninducedcurrent.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生rotatingmagneticfieldAYCBZ異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出(

)電流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁場(chǎng)方向：向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場(chǎng)方向：NN旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速大小

一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（即定子磁場(chǎng)）在空間轉(zhuǎn)過360°。則同步轉(zhuǎn)速（即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度）為：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）:電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動(dòng)機(jī)無(wú)轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無(wú)轉(zhuǎn)子電流提示：如果

空間電角度機(jī)械角度電機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)子表面所占的空間幾何角度360度，叫機(jī)械角度。一對(duì)主磁極表面所占的空間距離用空間角度表示，并定為360度，叫空間電角度。

交流電機(jī)電樞繞組基本概念

BasicconceptionsofACwindings

1電角度和機(jī)械角度：ElectricangleandmechanicalangleElectricangle=mechanicalangle×poles2極距和槽距角極距Polepitchτ＝Q/2p槽距角Slotpinchangleα＝p360°/Q3極相組：每極每相槽數(shù)Thenumberofphasegroup’sslots

q＝Q/(2pm)導(dǎo)體的基波電動(dòng)勢(shì)頻率（每秒基波電動(dòng)勢(shì)變化的周數(shù)）：由于轉(zhuǎn)子有p對(duì)極，電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，導(dǎo)體中的基波電動(dòng)勢(shì)變化了p周，而電機(jī)每秒轉(zhuǎn)了n/60轉(zhuǎn)。用f表示轉(zhuǎn)子的電角速度：6.1交流電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)

TheINDUCEDELECTROMOTIVEFORCEINACWINDINGS

設(shè)電機(jī)的基波氣隙磁密：導(dǎo)體產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度：時(shí)間過t秒，導(dǎo)體移到：6.1.1導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)Thefundamentalelectromotiveforceinconductor導(dǎo)體中感應(yīng)基波電動(dòng)勢(shì)的最大值：為氣隙磁密平均值為氣隙每極基波磁通量為線速度導(dǎo)體感應(yīng)的基波電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值：導(dǎo)體基波電動(dòng)勢(shì)：6.1.2整距線匝電動(dòng)勢(shì)Thefundamentalelectromotiveforceincoil

線匝基波電動(dòng)勢(shì)：相量表示：有整距線匝電動(dòng)勢(shì)：6.1.3整距線圈電動(dòng)勢(shì)6.1.4短距線圈電動(dòng)勢(shì)短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)相量：短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)：例6-2如果把相距150度空間電角度的A、X兩根導(dǎo)體組成線匝，每根導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)為10V，求該線匝的基波電動(dòng)勢(shì)。6.1.5整距分布線圈組的電動(dòng)勢(shì)

Thefundamentalelectromotiveforceincoils1集中繞組

2分布繞組6.1.5整距分布線圈組的電動(dòng)勢(shì)基波電動(dòng)勢(shì)相量一個(gè)線圈和線圈組的電動(dòng)勢(shì)有6.1.5整距分布線圈組的電動(dòng)勢(shì)例6-3一臺(tái)電機(jī)的定子槽里放了4個(gè)分布著的整距線圈，相鄰線圈的槽距角為15度空間電角度，每個(gè)線圈的基波電動(dòng)勢(shì)為30V?，F(xiàn)將這些空間分布著的整距線圈按頭尾相連構(gòu)成線圈組，求該線圈組的基波電動(dòng)勢(shì)。6.2交流電機(jī)電樞繞組6.2.1三相單層繞組3-phasesingle-layerwinding1三相單層集中整距繞組單層繞組：定子的每個(gè)槽里能放一個(gè)圈邊，兩個(gè)槽中的相距一定距離的兩個(gè)圈邊形成一個(gè)繞組元件。2三相單層分布繞組1）定子相鄰兩槽間的槽距角2）畫基波電動(dòng)勢(shì)相量圖1calculatingτ、α、q2drawingastargraphofvoltage3splittingphase4drawingexpansiongraph例：三相電機(jī)定子總槽數(shù)Z=24，極對(duì)數(shù)p=2，連接成三相單層分布繞組。注意：每個(gè)相量代表一個(gè)導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)，相差180度的兩個(gè)導(dǎo)體形成整距線圈電動(dòng)勢(shì)。6.2交流電機(jī)電樞繞組3）按60度相帶法分相每極每相槽數(shù)相帶：把基波電動(dòng)勢(shì)星形相量圖分成六等份，每份為60度空間電角度，槽在定子表面所占的地帶。6.2交流電機(jī)電樞繞組4）畫繞組連接圖6.2交流電機(jī)電樞繞組5）確定繞組并聯(lián)的路數(shù)a6）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)每對(duì)極下屬于一相的線圈組的基波電動(dòng)勢(shì)大小相等，其值為P對(duì)極下屬于一相的線圈組的基波電動(dòng)勢(shì)大小相等，其值為6.2.2三相雙層繞組

3-phasedouble-layerwinding

雙層繞組：定子的每個(gè)槽里能放兩個(gè)圈邊，每個(gè)圈邊為一層。電機(jī)線圈總是與定子總槽數(shù)相等。優(yōu)點(diǎn)：線圈能任意短距，對(duì)改善電動(dòng)勢(shì)波形有好處。1）定子相鄰兩槽間的槽距角2）畫基波電動(dòng)勢(shì)相量圖注意：每個(gè)相量代表一個(gè)短距線圈的電動(dòng)勢(shì)，而不是導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)。例：三相電機(jī)定子總槽數(shù)Z=36，極對(duì)數(shù)p=2，節(jié)距y1=7個(gè)槽，并聯(lián)支路數(shù)a=1，連接成三相雙層短距分布繞組。3）按60度相帶法分相每極每相槽數(shù)6.2交流電機(jī)電樞繞組4）畫繞組連接圖6.2交流電機(jī)電樞繞組5）確定繞組并聯(lián)的路數(shù)6）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)極相組基波電動(dòng)勢(shì)相繞組基波電動(dòng)勢(shì)每相串聯(lián)匝數(shù)例6-4一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，定子采用雙層短距分布繞組。已知定子總槽數(shù)為36，極對(duì)數(shù)為3，線圈的第一節(jié)距為5槽，每個(gè)線圈串聯(lián)的匝數(shù)為20，并聯(lián)支路數(shù)為1，頻率為50，基波每極磁通量為0.00398。求：（1）導(dǎo)體基波電動(dòng)勢(shì)（2）線匝基波電動(dòng)勢(shì)（3）線圈基波電動(dòng)勢(shì)（4）極相組基波電動(dòng)勢(shì)（5）相繞組基波電動(dòng)勢(shì)6.2.3繞組的諧波電動(dòng)勢(shì)諧波短距系數(shù)：諧波繞組系數(shù)：諧波分布系數(shù)：6.3交流電機(jī)電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)

TheMAGNETOMOTIVEFORCESofACWINDINGS

6.3.1單層整距分布線圈的磁通勢(shì)Thefundamentalmagnetomotiveforceincoils交流電機(jī)電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)線圈流過電流展開后，矩形分布的脈振磁通勢(shì)電流、磁通勢(shì)幅值都隨時(shí)間按coswt變化，即在時(shí)間上都為脈振波。交流電機(jī)電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)2磁通勢(shì)展開用傅立葉級(jí)數(shù)展開代入有有幅值：有諧波極對(duì)數(shù)：整距線圈產(chǎn)生的磁通勢(shì)中，基波是最主要的，其最大幅值是3基波脈振磁通勢(shì)由三角公式：整距線圈的基波磁通勢(shì)3基波脈振磁通勢(shì)一個(gè)脈振磁通勢(shì)波可以分為兩個(gè)波長(zhǎng)與脈振波完全一樣，分別朝相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)波，旋轉(zhuǎn)波的幅值是原脈振波最大振幅的一半；當(dāng)脈振波振幅為最大時(shí)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)波正好重疊在一起。6.3.2短距線圈（雙層分布）的磁通勢(shì)

Thefundamentalmagnetomotiveforceinshortcoils

單相雙層短距繞組相串聯(lián)6.3.2短距線圈的磁通勢(shì)單層整距線圈時(shí)，基波磁通勢(shì)fy1雙層短距線圈時(shí)，基波磁通勢(shì)fy16.3.3單層分布線圈組產(chǎn)生的磁通勢(shì)整個(gè)單層分布線圈組的基波磁通勢(shì)最大值其中諧波磁通勢(shì)分布系數(shù)諧波磁通勢(shì)最大幅值6.3.5單相繞組磁通勢(shì)雙層短距分布繞組的相繞組磁通勢(shì)6.3.5單相繞組磁通勢(shì)各磁通勢(shì)分量的最大幅值分別為：其中每相繞組串聯(lián)的匝數(shù)：6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)

Thefundamentalmagnetomotiveforcesof3-phasewinding6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)1基波磁通勢(shì)三相繞組流過電流：各相電流在電機(jī)氣隙圓周方向產(chǎn)生的基波磁通勢(shì)：滯后A相120度電角度的B相電流，流過位于A相前面120度空間電角度的B相繞組時(shí)，產(chǎn)生的基波磁通勢(shì)。6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)分解有6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)三相合成基波磁通勢(shì)三相合成基波磁通勢(shì)為一行波，或稱旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)。幅值為三相合成基波磁通勢(shì)的特點(diǎn)：1幅值3轉(zhuǎn)速磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)向決定于電流的相序，從領(lǐng)先相向滯后相旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為為同步轉(zhuǎn)速n=60f/pr/min。2轉(zhuǎn)向4瞬間位置當(dāng)三相電流中的某相電流值達(dá)正最大值時(shí)，三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的正幅值，正好位于該相繞組的軸線處。6.4.2三相的三次諧波磁通勢(shì)各相的三次諧波磁通勢(shì)其中為三次諧波磁通勢(shì)的最大值6.4.2三相的三次諧波磁通勢(shì)三相合成的三次諧波磁通勢(shì)三相的三次諧波磁通勢(shì)為0。顯然3n如九、十五等的合成也為0。例6-5已知三個(gè)匝數(shù)彼此相等的整距線圈AX、BY、CZ在定子的槽內(nèi)集中地放在一起。若三個(gè)整距線圈里流過的電流分別為求產(chǎn)生的合成基波總磁通勢(shì)。例6-6已知三個(gè)匝數(shù)彼此相等的整距線圈AX、BY、CZ，按彼此相距120度空間電角度放在定子的槽內(nèi)。若三個(gè)整距線圈里流過的電流分別為求產(chǎn)生的合成基波總磁通勢(shì)。解：各線圈產(chǎn)生的基波磁通勢(shì)為合成的基波磁通勢(shì)為6.5兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)例6-7已知在定子的槽內(nèi)放兩個(gè)空間相距90度電角度，匝數(shù)相等的整距線圈AX、BY。若兩個(gè)線圈里流過的電流分別為求產(chǎn)生的合成基波總磁通勢(shì)。解：各線圈產(chǎn)生的基波磁通勢(shì)為合成的基波磁通勢(shì)為這是一個(gè)行波表達(dá)式?？梢娍臻g相距90度的兩個(gè)匝數(shù)相等的整距線圈，當(dāng)分別通入時(shí)間相差90度電角度的正弦交流電流時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)。從電流超前A相向滯后B相旋轉(zhuǎn)。兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)例6-8已知在定子的槽