第四章 交流電機繞(6)

1、1第四章第四章 交流電機繞組的交流電機繞組的基本理論基本理論2幾點說明幾點說明與交流有關的旋轉的能量轉換裝置稱為交流電機。分類同步電機異步電機同步發(fā)電機同步電動機異步發(fā)電機異步電動機3 交流電機的共同性問題交流電機的共同性問題 雖然兩種電機的激磁方式和運行性能有很大差別，但電機內部發(fā)生的電磁現(xiàn)象和機電能量轉換原理基本相同，故存在共同性問題如下：（1）繞組的結構形式）繞組的結構形式（2）電勢和磁勢的計算方法）電勢和磁勢的計算方法44.1 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求(basic requirements AC winding ) 一、對交流繞組的基本要求 1.繞組產(chǎn)生的電動勢（磁動勢）接

2、近正弦波； 2.具有一定極對數(shù)的，能產(chǎn)生對稱電勢和磁勢的三相對稱繞組； 3.用銅量小，省材料，工藝簡單。5 為滿足上述三項設計要求，應遵循的設計原則為滿足上述三項設計要求，應遵循的設計原則 1.正弦分布的磁場在導體中感應正弦波電動勢逆時針旋轉。動以轉速磁的磁極由原動機拖，已勵極對數(shù)，磁定子槽數(shù)14236nPZ6cos(cosLvBLvbeBbbmcm）感應電勢為旋轉磁場在定子導體中）（）呈正弦分布。（隙中磁感應強度合理設計磁極形狀，氣7tLvBetnPmccos6021則8. 21但在時間相位上不同相等，動勢都是正弦波，幅值上每槽導體中感應的電旋轉時，在定子圓周速當正弦分布的磁場以轉稱保證三相

3、感應電動勢對用槽電勢星形圖分相以n槽距角和槽距電角它們，引入如下參數(shù)：為了用電勢相量來表示90001036360360Z度相鄰兩槽之間的機械角槽距角PZP011360即：度相鄰兩槽間相距的電角槽距電角10000120363602360ZP槽距電角：11動勢的對稱性?？梢员ＷC三相繞組電利用槽電勢星形圖分相相帶0120) 1 (12相帶。稱為等份，故形圖分成相帶分相，將槽電勢星用相帶）（00060660602134.2 三相單層繞組三相單層繞組(three-phase single-layer winding )迭繞組展開圖。，一條支路的三相單層槽，例：試安排一、單層迭繞組4224PZ繞組都是整距

4、繞組。時稱為長距。一般單層時稱為短距；時，稱整距；以槽數(shù)計。般圓周上所跨的距離，一一個線圈的兩邊在定子節(jié)距）（槽數(shù)計所跨的距離，一般以槽一個磁極在定子圓周上極距）（計算有關數(shù)據(jù)步驟：11112642421. 1yyyyPZ14相帶。為電角度，故稱即每個極相組占稱為極相組。極下所占有的槽數(shù)，亦每個整個電機定子中每相在每極每相槽數(shù)）（槽距電角：）（0001000160603022322242_4302436023603qPmZqqZP15單層迭繞組展開圖單層迭繞組展開圖2.繪制單迭繞組的展開圖繪制單迭繞組的展開圖16二、單層同心式繞組單層同心式繞組展開圖單層同心式繞組展開圖17）端部省銅。的情況；

5、（）只適用于特點：（三、單層鏈式繞組221*q單層鏈試繞組展開圖單層鏈試繞組展開圖18以下的小型電機。單層繞組一般用于好；不能短距，電勢波形不）（圈好繞，下線方便）；線圈少，便于制造（線）（四、單層繞組的特點：KW1021194.3 三相雙層繞組三相雙層繞組(three-phase two-layer winding )展開圖。的三相雙層短距迭繞組，槽，舉例：試安排一、雙層迭繞組24224aPZ（槽）（槽）（槽）計算有關數(shù)據(jù)5665653036023424264242. 11001yZPPmZqPZ20三相雙層迭繞組展開圖三相雙層迭繞組展開圖2.繪制三相雙層迭繞組展開圖繪制三相雙層迭繞組展開圖

6、21容量電機。般用在大），電動勢波形好，一可以短距（雙層繞組的特點：1. 1*yPa2. 2max聯(lián)支路數(shù)：雙層繞組的每相最大并224.4 在正弦分布磁場下的繞組電動勢在正弦分布磁場下的繞組電動勢 (Winding electromotive force of sinusoidal distribution magnetic field ) 的頻率電動勢基本要素。的小是感應電動勢頻率、波形、對稱、大的基本要素一、三相交流電動勢EEE. 1601Pnf 23正弦波電動勢。的磁場在導體中感應氣隙中按正弦規(guī)律分布感應電勢波形. 2。相等的三相對稱電動勢，大小，可得到三相互差只要三相繞組按排合適對稱0

7、120. 3三相電勢單相電勢個線圈電勢匝線圈電勢匝線圈電勢導體電勢研究思路：先研究一根值）感應電勢的大小（有效qNECy1. 424）長度（為導體在磁場中的有效）為轉子轉速（），為以長度計的極距（）幅值（為正弦波磁感應強度的式中：導體中的感應電勢二、繞組電勢mLrnmmWbBnPvLvBEEmmCCmin/60221. 11211111LBLBLBmmP1221111度，其每極磁通對應于正弦波磁感應強25111111122. 226026021221ffPnnPLLEC。的單位為時，電動勢的率取，頻單位取當磁通和頻率的乘積成正比，效值與每極磁通量導體中感應電動勢的有VEHzWbC111122.

8、 2fEC26）電角度。（或相角滯后線圈的節(jié)距為、感應電動勢分別為、構成線圈的兩根導體及短距系數(shù)一匝線圈中的感應電勢1111.2.12.1.21,. 2yyEEyEECCCCCC111000101180236036022360yyPPZPPZPZZP2711.1.2.1.1.*jyCCCCteEEEEE為：一匝線圈中的感應電勢1111112)2sin(21CytCtEEyyEE ）（，即線圈為整距時當勢）（對應整距線圈的電動的線圈電動勢）節(jié)距為11112(CtyEyEK1111111144. 421)2sin(yyCtyyKfKEEKyK即短距系數(shù)：281111111144. 444. 42s

9、in2. 3fKNKNfyENENENyCyCCCtCyC）（匝線圈中的感應電勢：個線圈電動勢相量和為數(shù)線圈組電動勢和分布系q. 4)1 (121)1(1.1.qjjjyqeeeEE293011111111111111111112sin2sin2sin2sin2sin2222sin2sin2222sinqyyyqyyyyqqqKqEqqqEqEEERREREERqREREREq之間存在下列關系：與線圈電勢而外接圓半徑11q1.yE2.yE3.yE3.yE2.yE1.yE1.qE1R31稱為繞組的分布系數(shù)數(shù)和）個集中線圈電動勢的代（對應相量和）個分布線圈的電動勢的（式中：1111112sin2s

10、inqyqqKqqqqEqEK1111111144. 444. 4fKqNfKKqNKqEENCqyCqyq）（波電動勢應打的折扣。線圈和分布繞組時，基采用短距稱為繞組系數(shù)，它表示個線圈的總匝數(shù)。為式中：111qyNCKKKqqN32相電動勢. 5聯(lián)匝數(shù)。為相繞組串條支路串聯(lián)的匝數(shù)，稱，代表一相繞組中一令：）（CNCqcqNNfKcqNcEE111144. 4aN3整個電機繞組總匝數(shù)11144. 4）（NNKfE33aPqNaPqNaZNNPqZPZqZNNCCCC2323323231. 1相繞組串聯(lián)匝數(shù)整個電機繞組總匝數(shù)圈數(shù)等于槽數(shù)，所以，對于雙層繞組，由于線）（的計算相繞組串聯(lián)匝數(shù)說明：a

11、PqNNZNCC212電機繞組總匝數(shù)）對于單層繞組，整個（34。電動機中為分布繞組變壓器中為集中繞組：為電機中每極磁通；：變壓器中為磁通幅值不同點有：形式相同與變壓器電動勢1144. 4. 21111NNmmKKfNEE354.5 在非正弦分布磁場下電動勢中的高次諧波在非正弦分布磁場下電動勢中的高次諧波及其削弱方法及其削弱方法。形的對稱性諧波次數(shù)場波系列高次諧波，根據(jù)磁和一級數(shù)可將其分解為基波立葉般呈平頂波形，利用傅布一極磁場沿電樞表面的分磁在同步電機氣隙磁場中主極磁場沿氣隙分布波次諧波一、感應電動勢中的高7 . 5. 3 . 1. 136153121. 2PPBBBmmm倍：的次諧波的極對數(shù)

12、是基波）（次數(shù)高，幅值小：）（各高次諧波特點倍。諧波的電角度是基波的）（極距：）（頻率：）（）（6560604311111fnPnPfnn37qyNqyqyNNNKKKqqKyKKKKfNKEfNKE2sin2sin2sin44. 444. 4. 3111111111111；）（；）（）（諧波電勢的大小2sin2sin2sin111qqKyKqy；）（布系數(shù)次諧波的短距系數(shù)和分分別表示、每極諧波磁通；qymmKKLBLB221138擾通信。串入電網(wǎng)的諧波電流干）（下降，溫升升高；耗增加，效率使發(fā)電機本身的雜散損）（壞；使發(fā)電機電動勢波形變）（高次諧波電勢的危害321. 439范圍內。之比在與極

13、距極靴寬度范圍內之比在與最小一般取最大均勻氣隙，設計中對于凸極電機，采用非）（改善磁極的極靴外形法二、削弱高次諧波的方75. 07 . 00 . 25 . 11. 1minmaxPb范圍內。之比設計在磁繞組部分與極距均勻的，把每極安放勵對于隱極電機，氣隙是）（8 . 07 . 0240次被抵消。即線電勢中，則線電動勢）若三相繞組接成星形（采用對稱的三相繞組301. 23.3.3.BAABEEE?？箟航荡沃C波環(huán)流所引起的阻正好等于次諧波電勢，產(chǎn)生環(huán)流在閉合的三角形回路中于若三相接成三角形，由）（33.3.3.3.3.3.3.332ZIEIEEEECBA41）奇數(shù)，）（）（）（則只要選取節(jié)距次諧波

14、電動勢，即要使要削除第電勢采用短距繞組削弱諧波021sin211sin1102sin. 311yyyKKyyK42相抵消的。導體中感應電動勢是互次諧波在線圈的兩個，如圖示可以使）（采用次諧波，例如，要消除5054511551yKy43善電動勢波形。多，因此可以改次諧波分布系數(shù)就小很、，而分布系數(shù)小于采用分布繞組時，基波，可見，時，例如一般交流電機選擇采用分布繞組751177. 0217. 096. 0362. 4751qqqKKKqq44交流繞組的磁勢交流繞組的磁勢三相磁勢基波每相磁勢線圈組磁勢序為：單個線圈磁勢在某些前提下，研究次研究思路以幅值計算大小磁勢指是脈振磁勢還是旋轉性質勢我們希望得

15、到正弦波磁波形及大小研究磁勢的波形、性質繞組產(chǎn)生的磁勢本節(jié)研究的磁勢是定子幾點說明：. 3. 2. 1454.6 單相繞組的磁動勢脈振磁勢(magnetomotive force of single-phase winding pulsating magnetic field )忽略不計。，因而鐵心磁壓降可鐵心不飽和）（均勻的；轉子是圓柱形，氣隙是）（作余弦規(guī)律變化；繞組中通入電流隨時間）（假定)(321Fe46AXNSAAXCCINIdlH磁勢波形為一矩形波。單個線圈磁勢波形. 1tIiCCcos2勢一、整距集中線圈的磁47時0tCIi2 時090t0i時0180tCIi2tIiCcos2脈

16、振磁勢磁勢的性質. 248線圈的中心線上。相同，磁勢的波幅落在頻率與交流電流的頻率為脈振磁勢，脈振的單個線圈所產(chǎn)生的磁勢結論：49222. 3CCCCCCCNIFNIIN勢應為：每個氣隙中所消耗的磁的最大值為：則線圈電流所產(chǎn)生磁勢線圈中電流的有效值線圈匝數(shù)磁勢的大小50CCCCCCNINIFF9 . 022441基波幅值為：22CCCNIF 矩形波的幅值為：51磁勢二、整距分布線圈組的52整距分布線圈組磁勢波形整距分布線圈組磁勢波形線圈組的磁勢波形. 153線圈組磁勢的大小. 254基波磁勢的分布系數(shù)）（）（2sin2sin27. 49 . 0111111qqKKqNIKqFFqqCCqCq性

17、質：為脈振磁勢. 355的磁勢三、雙層短距分布繞組56雙層短距分布線圈組磁勢波形雙層短距分布線圈組磁勢波形布繞組層短距分的雙3q磁勢的波形. 157。須利用短距系數(shù)的概念短距繞組的磁勢時也必勢一樣，在計算雙層與前述求短距線圈的電，勢在空間的位移角的相角就是兩個基波磁相加。兩個空間相量于兩個空間相量的幾何勢波相加，即相當兩個空間正弦分布的磁磁勢的大小. 25811111111111111129 . 0222sin2221sin2sinyqCCyqCyqqqKKqNIKKqFKFyFFFFyyyyy）（）（）（）（）（為基波磁勢的短距系數(shù)）（式中：2sin11yKy59善磁勢波形的作用。距、分布繞

18、組可起到改勢波形一樣，采用短接近正弦波，和改善電應盡量使磁勢波形為了改善電機的性能，磁勢波形的影響分布繞組及短距繞組對勢磁勢的性質：為脈振磁. 4. 360。電機的支路數(shù)線圈中流過的電流每相串聯(lián)匝數(shù)每相電流的有效值四、單相繞組的磁勢aIIaINICC61NPaqNaPqNNCC組的串聯(lián)匝數(shù)對于單層繞組，每相繞）（通過前面的分析可知：1NPaqNaPqNNCC222組的串聯(lián)匝數(shù)對于雙層繞組，每相繞）（62方法不同。的計算層、雙層繞組式中算，應用時注意對于單計層繞組基波磁勢幅值的注意：可用于單層、雙N1111119 . 09 . 09 . 0NyqyqKPINKKPINKNKPaaIF63）（；其

19、中：次諧波磁動勢幅值為：，則相繞組第為，其諧波繞組系數(shù)次諧波磁動勢極對數(shù)考慮到第次諧波的磁動勢說明：第2sin2sin2sin9 . 011111yKqqKKKKKPINFKPPyqyqNNN。波、空間波具有統(tǒng)一性，時間勢、磁動勢具有相似性完全相同，它表明電動、短距系數(shù)計算公式節(jié)中電動勢的分布系數(shù)上式與 5 . 464勢五、單相繞組的脈動磁cos1Ff）（波形應為：原點，則磁勢空間分布的為空間坐標的如果取基波磁勢的軸線）（），（的數(shù)學表達式應為：單相繞組脈振磁勢完整34. 4coscos1tFtf65。的函數(shù)，又是空間函數(shù)）既是時間。式（不斷隨時間變化的磁勢在空間不動，但振幅動磁勢，就是磁勢軸

20、線脈振磁勢，所謂脈單相繞組產(chǎn)生的磁勢是34. 466相反的旋轉磁勢轉向分解為兩個大小相等，六、單相脈動磁動勢可磁勢。則分別代表著兩個旋轉而變化，但等式的右邊小則隨時間定不動，各點磁勢的大特征是：磁勢的軸線固動磁勢，其，等式的左邊代表著脈所代表的意義卻不相同，但它們右邊在數(shù)值上完全相等上式中等式左邊和等式）（）（），（tFtFtFtfcos21cos21coscos11167 Synthesis magnetomotive force of )脈動磁勢之間的關系。三個的性質，首先必須研究明了三相繞組合成磁勢，要繞組分別產(chǎn)生脈動磁勢組所組成，這三個單相相繞礎。三相繞組是三個單勢是研究交流電機的基的

21、磁，因此，分析三相繞組步電機通常也是三相的和異三相制，所以同步電機由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)都是68大小、性質。分析合成磁勢的波形、磁勢表達式合成三相達式寫出每個單相磁勢的表建立坐標研究思路：一、數(shù)學分析法mAIit 0120120. 100時間坐標：。間上也彼此相差電角度，三相電流在時差此相個單相繞組在空間上彼在三相交流電機中，三建立坐標）（）（00120cos120coscostIitIitIimCmBmA69相繞組的軸線上點取在空間坐標：A070)35. 4(34cos34cos32cos32coscoscos. 2111111）（）（）（）（相脈振磁勢基波為：根據(jù)建立坐標，三個單式三個單相磁勢基

22、波表達、寫出tFftFftFfCBACBA71）（）（），（）（）（），（）（）（），（32cos21cos2134cos21cos21cos21cos21111111111tFtFtftFtFtftFtFtfCBA）（）（），（），（），（），（三相合成磁動勢tFtFtftftftfCBAcoscos23. 3111111721111135. 19 . 02323NNKPINKPINFFF的幅值為三相基波合成磁動勢1119 . 022NKPINmFmFm勢幅值為相對稱繞組，基波磁動對于73定不變的旋轉波。波是一個波幅恒：三相合成磁動勢的基性質性質三相合成磁動勢基波的1*. 474處波幅在時，

23、當）（），（000cos11tttFtf處波幅在時當ttt75處）。角度（因波幅總是在空間轉過同樣數(shù)值的電電角度，旋轉磁勢波在電流在時間上經(jīng)過多少t：性質2*）（），（tFtfcos1176。的轉速為同步轉速的角頻率；旋轉磁動勢電角速度等于交流電流旋轉磁動勢基波旋轉的1n：性質3*（交流電流的角頻率）秒弧度；），（時，當）（），（旋轉磁勢的電角速度11111112cos) 1 (fdtdFtfttFtf分）轉（旋轉磁動勢的轉速PfPfPnn11111606022602)2(77相繞組軸線。轉向滯后相電流所在的在的相繞組軸線旋轉磁場從超前電流所：性質4*相軸線）（，磁勢波幅在時，當相軸線）（，磁

24、勢波幅在時，當相軸線上）（，磁勢波幅在時，當分析：CtIitBtIitAtIitmcmBmA3434323200線重合。波幅就與該相繞組的軸成磁勢的基波流達最大值時，三相合所以，當某相繞組中電78則旋轉磁場改變方向。中三相電流的相序，如果改變通入三相繞組：性質5*中產(chǎn)生旋轉磁動勢。隙稱的三相電流時，在氣對稱三相繞組中通入對條性質，可得如下結論結論：由以上5。衡量距離遠近的空間角個是時間長短的時間角，一概念不同，一個是衡量物理在數(shù)值上是相等的，但兩個電角度的大小雖然不過，時間上變化的電角度，角度恰好就等于電流在動的電轉磁勢在空間位置上移注意：三相合成基波旋79 ans Oval rotating magnetic field)。磁場稱為圓形旋轉磁場形旋轉磁動勢，相應的稱為圓一個圓，故這種磁動勢動勢，其波幅的軌跡是旋轉磁幅值恒定，轉速恒定的中的合成磁動勢是一個氣隙過對稱的三相電流時，在對稱的三相繞組中流場？一、什么是圓形旋轉磁80。、以及另序分量、和負序分量、為正序分量稱分量法將它們分解成不對稱時，可以利用對、當三相電流二、橢圓形旋轉磁場0.0.0.CBACBACBACBAIIIIIIIIIIII）（）（），（tFtFtfcoscos81便是一個脈振磁勢。磁勢時，得到合成的軌跡是一個橢圓。當磁勢時，合成當轉速相同，轉向