交流電機電樞繞組的電動勢和磁動勢

6交流電機電樞繞組

TheWINDINGSofACELECTRICALMACHINE

的電動勢與磁通勢交流電機的工作原理

BasicprinciplesofACelectricalmachine

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

右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機的外形圖。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)磁場的產(chǎn)生rotatingmagneticfieldAYCBZ異步機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出(

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

一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場（即定子磁場）在空間轉(zhuǎn)過360°。則同步轉(zhuǎn)速（即旋轉(zhuǎn)磁場的速度）為：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）:電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果

空間電角度機械角度電機整個轉(zhuǎn)子表面所占的空間幾何角度360度，叫機械角度。一對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。

交流電機電樞繞組基本概念

BasicconceptionsofACwindings

1電角度和機械角度：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)體的基波電動勢頻率（每秒基波電動勢變化的周數(shù)）：由于轉(zhuǎn)子有p對極，電機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，導(dǎo)體中的基波電動勢變化了p周，而電機每秒轉(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勢

TheINDUCEDELECTROMOTIVEFORCEINACWINDINGS

設(shè)電機的基波氣隙磁密：導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度：時間過t秒，導(dǎo)體移到：6.1.1導(dǎo)體電動勢Thefundamentalelectromotiveforceinconductor導(dǎo)體中感應(yīng)基波電動勢的最大值：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)的基波電動勢瞬時值：導(dǎo)體基波電動勢：6.1.2整距線匝電動勢Thefundamentalelectromotiveforceincoil

線匝基波電動勢：相量表示：有整距線匝電動勢：6.1.3整距線圈電動勢6.1.4短距線圈電動勢短距線圈基波電動勢相量：短距線圈基波電動勢：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)體電動勢為10V，求該線匝的基波電動勢。6.1.5整距分布線圈組的電動勢

Thefundamentalelectromotiveforceincoils1集中繞組

2分布繞組6.1.5整距分布線圈組的電動勢基波電動勢相量一個線圈和線圈組的電動勢有6.1.5整距分布線圈組的電動勢例6-3一臺電機的定子槽里放了4個分布著的整距線圈，相鄰線圈的槽距角為15度空間電角度，每個線圈的基波電動勢為30V。現(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勢。6.2交流電機電樞繞組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：定子的每個槽里能放一個圈邊，兩個槽中的相距一定距離的兩個圈邊形成一個繞組元件。2三相單層分布繞組1）定子相鄰兩槽間的槽距角2）畫基波電動勢相量圖1calculatingτ、α、q2drawingastargraphofvoltage3splittingphase4drawingexpansiongraph例：三相電機定子總槽數(shù)Z=24，極對數(shù)p=2，連接成三相單層分布繞組。注意：每個相量代表一個導(dǎo)體的電動勢，相差180度的兩個導(dǎo)體形成整距線圈電動勢。6.2交流電機電樞繞組3）按60度相帶法分相每極每相槽數(shù)相帶：把基波電動勢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交流電機電樞繞組4）畫繞組連接圖6.2交流電機電樞繞組5）確定繞組并聯(lián)的路數(shù)a6）計算相電動勢每對極下屬于一相的線圈組的基波電動勢大小相等，其值為P對極下屬于一相的線圈組的基波電動勢大小相等，其值為6.2.2三相雙層繞組

3-phasedouble-layerwinding

雙層繞組：定子的每個槽里能放兩個圈邊，每個圈邊為一層。電機線圈總是與定子總槽數(shù)相等。優(yōu)點：線圈能任意短距，對改善電動勢波形有好處。1）定子相鄰兩槽間的槽距角2）畫基波電動勢相量圖注意：每個相量代表一個短距線圈的電動勢，而不是導(dǎo)體電動勢。例：三相電機定子總槽數(shù)Z=36，極對數(shù)p=2，節(jié)距y1=7個槽，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交流電機電樞繞組4）畫繞組連接圖6.2交流電機電樞繞組5）確定繞組并聯(lián)的路數(shù)6）計算相電動勢短距線圈基波電動勢極相組基波電動勢相繞組基波電動勢每相串聯(lián)匝數(shù)例6-4一臺三相異步電動機，定子采用雙層短距分布繞組。已知定子總槽數(shù)為36，極對數(shù)為3，線圈的第一節(jié)距為5槽，每個線圈串聯(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)體基波電動勢（2）線匝基波電動勢（3）線圈基波電動勢（4）極相組基波電動勢（5）相繞組基波電動勢6.2.3繞組的諧波電動勢諧波短距系數(shù)：諧波繞組系數(shù)：諧波分布系數(shù)：6.3交流電機電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢

TheMAGNETOMOTIVEFORCESofACWINDINGS

6.3.1單層整距分布線圈的磁通勢Thefundamentalmagnetomotiveforceincoils交流電機電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢線圈流過電流展開后，矩形分布的脈振磁通勢電流、磁通勢幅值都隨時間按coswt變化，即在時間上都為脈振波。交流電機電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢2磁通勢展開用傅立葉級數(shù)展開代入有有幅值：有諧波極對數(shù)：整距線圈產(chǎn)生的磁通勢中，基波是最主要的，其最大幅值是3基波脈振磁通勢由三角公式：整距線圈的基波磁通勢3基波脈振磁通勢一個脈振磁通勢波可以分為兩個波長與脈振波完全一樣，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，兩個旋轉(zhuǎn)波正好重疊在一起。6.3.2短距線圈（雙層分布）的磁通勢

Thefundamentalmagnetomotiveforceinshortcoils

單相雙層短距繞組相串聯(lián)6.3.2短距線圈的磁通勢單層整距線圈時，基波磁通勢fy1雙層短距線圈時，基波磁通勢fy16.3.3單層分布線圈組產(chǎn)生的磁通勢整個單層分布線圈組的基波磁通勢最大值其中諧波磁通勢分布系數(shù)諧波磁通勢最大幅值6.3.5單相繞組磁通勢雙層短距分布繞組的相繞組磁通勢6.3.5單相繞組磁通勢各磁通勢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

Thefundamentalmagnetomotiveforcesof3-phasewinding6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢1基波磁通勢三相繞組流過電流：各相電流在電機氣隙圓周方向產(chǎn)生的基波磁通勢：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，產(chǎn)生的基波磁通勢。6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢分解有6.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢三相合成基波磁通勢三相合成基波磁通勢為一行波，或稱旋轉(zhuǎn)磁通勢。幅值為三相合成基波磁通勢的特點：1幅值3轉(zhuǎn)速磁通勢的轉(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)磁通勢相對于定子繞組的轉(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正最大值時，三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁通勢的正幅值，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各相的三次諧波磁通勢其中為三次諧波磁通勢的最大值6.4.2三相的三次諧波磁通勢三相合成的三次諧波磁通勢三相的三次諧波磁通勢為0。顯然3n如九、十五等的合成也為0。例6-5已知三個匝數(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。例6-6已知三個匝數(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。解：各線圈產(chǎn)生的基波磁通勢為合成的基波磁通勢為6.5兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢例6-7已知在定子的槽內(nèi)放兩個空間相距90度電角度，匝數(shù)相等的整距線圈AX、BY。若兩個線圈里流過的電流分別為求產(chǎn)生的合成基波總磁通勢。解：各線圈產(chǎn)生的基波磁通勢為合成的基波磁通勢為這是一個行波表達式?？梢娍臻g相距90度的兩個匝數(shù)相等的整距線圈，當(dāng)分別通入時間相差90度電角度的正弦交流電流時，產(chǎn)生一個圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢。從電流超前A相向滯后B相旋轉(zhuǎn)。兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢例6-8已知在定子的槽