北方交通大學(xué) 電機(jī)學(xué)3交流繞組

1、第四章第四章 交流繞阻及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)交流繞阻及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)z第一節(jié) 交流電機(jī)的工作原理交流電機(jī)的工作原理z第二節(jié) 交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則和分類z第三節(jié) 三相雙層迭繞組三相雙層迭繞組z第四節(jié) 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)z第五節(jié) 單相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)單相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)z第六節(jié) 三相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)三相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)交流電機(jī)交流電機(jī)：同步電機(jī)同步電機(jī)(凸極、隱極) 主要做發(fā)電機(jī)用； 也可做電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)用。異步電機(jī)異步電機(jī)(鼠籠、繞線) 主要做電動(dòng)機(jī)用 也可做發(fā)電機(jī)用。 分為單相異步和三相異步。第一節(jié)第一節(jié) 交流電機(jī)的工作原理交流電機(jī)的工作原理z一、同步

2、發(fā)電機(jī)的工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的工作原理1 1、基本組成、基本組成2 2、工作原理、工作原理z二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1 1、基本組成、基本組成2 2、工作原理、工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的工作原理同步發(fā)電機(jī)的工作原理：1、基本組成：1）定子：定子鐵心和定子繞組電樞繞組 （交流繞組） 2）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁繞組 （直流繞組）ACBSN逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)2、工作原理：1）原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)2）轉(zhuǎn)子通入直流勵(lì)磁產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)， 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)3）電樞繞組切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相序：與繞組沿定子內(nèi)圓的空間 分布和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向有關(guān) 要求感

3、應(yīng)正序電勢(shì)，即ABC感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率：與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p和 轉(zhuǎn)速n有恒定關(guān)系。若每分鐘轉(zhuǎn)速為n，則電勢(shì)頻率為f=Pn/60赫。當(dāng)f=50赫，汽輪機(jī)： n=3000轉(zhuǎn)/分P1； n=1500轉(zhuǎn)/分P2；水輪機(jī)： n=100轉(zhuǎn)/分P30。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率有嚴(yán)格不變關(guān)系。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率有嚴(yán)格不變關(guān)系。即當(dāng)電網(wǎng)頻率一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速就一定即當(dāng)電網(wǎng)頻率一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速就一定。當(dāng)P1，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，電勢(shì)交變一次當(dāng)P對(duì)極，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，電勢(shì)交變P次感應(yīng)電勢(shì)的大小和波形（交流繞組的電動(dòng)勢(shì)）（1）波形：與磁場(chǎng)沿空間的分布的波形有關(guān)，若磁 場(chǎng)沿圓周按正弦分布正弦分布，則電勢(shì)隨時(shí)間按正弦變化 三相定子

4、繞組對(duì)稱，因此三相電勢(shì)大小相等，相位互差120度。設(shè)Em為電勢(shì)最大值，A相初相角為0，則：（2）大?。?240sin()120sin(sintEetEetEemCmBmAtEtlvBlvBemmacsinsin二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1基本組成：基本組成： 定子：定子鐵心和定子繞組定子：定子鐵心和定子繞組交流繞組交流繞組 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（自成閉合回路）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（自成閉合回路）2轉(zhuǎn)動(dòng)原理：轉(zhuǎn)動(dòng)原理：以鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子為例（轉(zhuǎn)子槽內(nèi)有導(dǎo) 條，導(dǎo)條兩端用短路環(huán)連接，形成閉合繞組）CAB（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生： 定子三相電流瞬時(shí)表

5、達(dá)式：)240cos()120cos(costIitIitIimCmBmA選擇0度，120度，240度，360度四個(gè)旋轉(zhuǎn)瞬時(shí)分析，規(guī)定電流為正時(shí)：從首端ABC流出 ； 電流為負(fù)時(shí)，從首端ABC流入 。ABCABCABCABC(1)(2)(3)(4)0度120度240度360度紫色為流入藍(lán)色為流出（2）轉(zhuǎn)動(dòng)原理：對(duì)稱定子繞組外加對(duì)稱三相交流電壓對(duì)稱三相交流電壓，定子繞組內(nèi)有對(duì)稱三相交流電流對(duì)稱三相交流電流，它們聯(lián)合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)，從而在閉合的導(dǎo)條中有電流有電流，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將受到電磁力受到電磁力f，并且形成電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子順順旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向

6、旋轉(zhuǎn)，若轉(zhuǎn)子軸上有負(fù)載，電動(dòng)機(jī)將輸出機(jī)械功率。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n小于同步轉(zhuǎn)速。若二者相等，小于同步轉(zhuǎn)速。若二者相等，異步機(jī)就不能旋轉(zhuǎn)異步機(jī)就不能旋轉(zhuǎn)。第二節(jié)第二節(jié) 交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則和分類z一、構(gòu)成原則：一、構(gòu)成原則： 電勢(shì)最大電勢(shì)最大 三相對(duì)稱三相對(duì)稱 正弦波正弦波z1三相繞組對(duì)稱，即每相繞組結(jié)構(gòu)相同，阻抗三相繞組對(duì)稱，即每相繞組結(jié)構(gòu)相同，阻抗 相等，在空間相距相等，在空間相距120電角度，以獲得對(duì)稱電角度，以獲得對(duì)稱 的三相感應(yīng)電動(dòng)的三相感應(yīng)電動(dòng)z2在導(dǎo)體數(shù)一定的情況下，力求產(chǎn)生較大的基在導(dǎo)體數(shù)一定的情況下，力求產(chǎn)生較大的基 波電動(dòng)勢(shì)和基波磁動(dòng)勢(shì)。波電動(dòng)

7、勢(shì)和基波磁動(dòng)勢(shì)。z3繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)盡可能接近正弦波繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)盡可能接近正弦波二、定子繞組分類：1、按相數(shù)：?jiǎn)蜗嗪腿啵?、按槽內(nèi)層數(shù)：?jiǎn)螌?雙層3、按繞組端接部分的形狀 單層有同心式 交叉式 鏈?zhǔn)剑?雙層有迭繞組 波繞組第三節(jié) 三相雙層迭繞組三相雙層迭繞組一、交流繞組的一些基本術(shù)語(yǔ)交流繞組的一些基本術(shù)語(yǔ)： 1、機(jī)械角度與電角度： 機(jī)械角度一圓周360度； 電角度一對(duì)磁極占有的空間角度是360度電角度 關(guān)系： 電角度 = p * 機(jī)械角度 （ p為極對(duì)數(shù)） 2、極距： 沿定子內(nèi)圓每個(gè)磁極所占有的距離 = Z / 2p （定子槽數(shù)） 3、線圈與節(jié)距y1： 線圈線圈：由一匝或多匝導(dǎo)線

8、串聯(lián)而成，有兩個(gè)引出線，一個(gè)稱為首端，一個(gè)稱為末端。 節(jié)距y1：線圈兩個(gè)有效邊沿定子內(nèi)圓的距離 整距（y1 = ）、短距（y1 ）4槽距角： 相鄰兩槽之間的電角度 = p*360 / Z5每極每相槽數(shù)q： 每相繞組在每一磁極下所占有的槽數(shù) q = Z / 2pm （整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽）6相帶和極相組（線圈組）： 每一極下，每相繞組所占有的電角度（q） 60度分相法 極相組： 每一極下屬于同一相的q個(gè)線圈相串聯(lián)。 7、槽電勢(shì)星形圖槽電勢(shì)星形圖： 假設(shè)氣隙磁密在圓周上按正弦規(guī)律分布，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定子各槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢(shì)也將隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電勢(shì)分別用矢量表示時(shí)，這些

9、矢量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖。各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)在時(shí)間相位上互差電角度。例如：2P4，Z24的槽電勢(shì)星形圖為： 一般說(shuō)，當(dāng)P和Z有最大公約數(shù)t時(shí)，則有t個(gè)重合的槽電勢(shì)星形圖。1,132,143,154,1617,518,619,720,821,922,1011,2312,24ABC二、三相雙層迭繞組三相雙層迭繞組： 以2P4，Z36，三相雙層迭繞組為例：1、極距： = Z / 2p =36/4=9槽；2、節(jié)距： 采用短距y1 8槽；3、每極每相槽數(shù)： q = Z / 2pm36/（4*3）=3槽4、槽距角： = p*360 / Z=2*360/36=20度5、槽電勢(shì)星形圖和分相：1231920211

10、,2,3; 10,11,1219,20,21;28,29,307,8,9; 16,17,1825,26,27; 34,35,3613,14,15; 4,5,631,32,33; 22,23,24AXBYCZ1011122829306、繞組連接圖(A相)：AXNSNS第四節(jié)第四節(jié) 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)復(fù)習(xí)： 電樞繞組切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相序：與繞組沿定子內(nèi)圓的空間 分布和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向有關(guān) 要求感應(yīng)正序電勢(shì)，即ABC感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率：與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p和 轉(zhuǎn)速n有恒定關(guān)系。 f=Pn/60感應(yīng)電勢(shì)的大小和波形（交流繞組的電動(dòng)勢(shì)）#*波形：與磁場(chǎng)沿空間

11、的分布的波形有關(guān)，若磁 場(chǎng)沿圓周按正弦分布正弦分布，則電勢(shì)隨時(shí)間按正弦變化 三相定子繞組對(duì)稱，因此三相電勢(shì)大小相等，相位互差120度。設(shè)Em為電勢(shì)最大值，A相初相角為0，則：)240sin()120sin(sintEetEetEemCmBmAtEtlvBlvBemmacsinsin轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的分布：一、正弦磁場(chǎng)下的感應(yīng)電勢(shì)：分析思路： 相繞組線圈組線圈導(dǎo)體1、導(dǎo)體電勢(shì)：（平均值） tEtlBlBemtmttcoscos111111111111122. 22212222ffflllBEEmmtt2、線圈電勢(shì)及短距系數(shù)：11111144. 42cytyccNfkEkNE90sin11yky3、線圈組

12、的電勢(shì)及分布系數(shù)：1111 2sin2sinqywqkkkqqk11111144. 4ccqqNfqkEqkE4、相電勢(shì)和線電勢(shì)：雙層繞組單層繞組 44. 421111capcapqNNqNNNfkE二、諧波電勢(shì)的特點(diǎn)及其削弱方法：1、諧波磁場(chǎng)的特點(diǎn)： 2、諧波電勢(shì)的特點(diǎn)： nnppffNfkE44. 43、諧波電勢(shì)的削弱方法：（1）磁場(chǎng)分布接近正弦波；（2）三相采用Y接，消除線電勢(shì)中3次及其倍數(shù)諧波；（3）采用短距；（4）采用分布；qykkk1kyyky2 090sin 2sin2sinqqkq第五節(jié)第五節(jié) 單相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)單相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)一、整距線圈的磁勢(shì) : 假定正方向：磁力線由

13、轉(zhuǎn)子進(jìn)入定子，磁勢(shì)為正 線圈匝數(shù)為 ，通以電流則cNtIicccos2磁勢(shì)的振幅tINiNfcccccmcos2221結(jié)論：?jiǎn)蝹€(gè)線圈所產(chǎn)生的磁勢(shì)在任何瞬時(shí)，其空間分布總是一個(gè)矩形波。而空間任意一點(diǎn)的大小是隨電流而變化的，即矩形波的高度是時(shí)間的函數(shù)。這種在空間位置不動(dòng)，波幅的大小和正負(fù)隨時(shí)間而變化的磁勢(shì)稱為脈振磁勢(shì)。當(dāng)磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)為P時(shí)，分布波的周期增加為P倍。ffpp 諧波磁勢(shì)的特點(diǎn)：利用付氏級(jí)數(shù)展開，坐標(biāo)原點(diǎn)在線圈的中心線上，單個(gè)線圈的磁勢(shì)分解為：115311 9 . 0224cos)5cos 3coscos(),(cccccccccccFFININFtFFFtf其中：二、整矩分布線圈組的磁動(dòng)

14、勢(shì)和分布系數(shù)：119 .0qccqqkINF三、兩個(gè)短矩分布線圈組磁動(dòng)勢(shì)及短距系數(shù)：111129 .029 .0kqNIkqkINFccdqccy四、單相磁動(dòng)勢(shì)： 1、磁場(chǎng)的分布特點(diǎn)： 2、單相磁動(dòng)勢(shì) 9 . 0 11為相電流為每相串聯(lián)匝數(shù)其中：caIINIkpNFIkpNFtFtf11119.0coscos),(其中：tIkpNtfcoscos9.0),(113、單相磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)和特點(diǎn)：*性質(zhì)：?jiǎn)蜗嗝}動(dòng)磁勢(shì)*特點(diǎn)：（1）單相繞組中流過(guò)交流電流建立脈動(dòng)磁勢(shì)；它既是時(shí)間函數(shù)，又是空間函數(shù)；它在空間上按余弦規(guī)律分布，各點(diǎn)大小又按余弦規(guī)律變化。（2）單相脈動(dòng)基波磁勢(shì)最大幅值： 幅值位置在相繞組的軸線

15、上，其脈動(dòng)頻率為電流的頻率。（3）分布和短距對(duì)磁勢(shì)幅值起削弱作用。由于各對(duì)極下磁勢(shì)只作用在各自的磁路上，故每對(duì)極下某相線圈組的磁勢(shì)也就是相磁勢(shì)。 IkpNF119 . 0五、單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)的分解：)cos(21)cos(21 coscos),(1111 tFtFtFtf變化特點(diǎn)：幅值大小隨時(shí)間 11)cos(21 ),(tFtfmin)/(60)/(2)/(rpfsrpnsraddtd特點(diǎn)：幅值大小不變，但不同的時(shí)刻在不同的位置 同步速結(jié)論： 單相脈動(dòng)磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)速相同、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值為脈動(dòng)磁勢(shì)為脈動(dòng)磁勢(shì)最大幅值的一半。第六節(jié)第六節(jié) 三相交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)三相

16、交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)一、解析法： )cos(21)cos(21 coscos),(1111tFtFtFtfA)240cos(21)cos(21 )120cos()120cos(),(1111tFtFtFtfB)120cos(21)cos(21 )240cos()240cos(),(1111tFtFtFtfC)cos(23 ),(),(),(),(11111tFtftftftfCBA結(jié)論： 三相合成磁勢(shì)是一個(gè)幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，幅值為單相脈動(dòng)磁勢(shì)基波最大幅值的3/2倍。旋轉(zhuǎn)速度為同步速。二、圖解法：結(jié)論： 三相合成磁勢(shì)的性質(zhì)和特點(diǎn) 三相對(duì)稱的電流流過(guò)三相對(duì)稱的繞組所建立的合成磁勢(shì)的基波是一個(gè)幅值不變

17、的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：特點(diǎn)： 1三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值等于單相基波磁動(dòng)勢(shì)最大幅值的3/2倍。 2三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值位置總是與電流達(dá)最大值的那一相繞組的軸線重合。 3三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序，即總是從超前電流相轉(zhuǎn)向滯后電流相。 4三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速pfn60三、諧波磁動(dòng)勢(shì)的分析：1、三次諧波及其奇次倍數(shù)： )3cos(cos),(33tFtfA)3cos()120cos( )120(3cos)120cos(),(333tFtFtfB)3cos()240cos( )240(3cos)240cos(),(333tFtFtfC0 ),(),(),(),(3333tftft

18、ftfCBA結(jié)論：合成磁勢(shì)為零 2、五次諧波及其（6k-1）次奇數(shù)波： )5cos(21)5cos(21 )5cos(cos),(5555tFtFtFtfA)5cos(21)2405cos(21 )120(5cos)120cos(),(5555tFtFtFtfB)5cos(21)1205cos(21 )240(5cos)240cos(),(5555tFtFtFtfC)5cos(23 ),(),(),(),(55555tFtftftftfCBA結(jié)論： 五次諧波及其（6k-1）次奇數(shù)波的三相合成磁勢(shì)是一個(gè)幅值不變的反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，幅值為其單相脈動(dòng)磁勢(shì)基波最大幅值的3/2倍。旋轉(zhuǎn)速度為npfpfn60603、七次諧波及其（6k+1）次奇數(shù)波： )7cos(21)7cos(21 )7cos(cos),(7777tFtFtFtfA)2407cos