交流電機繞組分析計算

1、第四章交流電機繞組的基本理論4.1交流繞組的基本要求電勢和磁勢波形接近正弦，各諧波分量要小三相繞組基波電勢、基波磁勢對稱。在導體數(shù)一定時，獲得較大的基波電勢和基波磁勢。節(jié)省有效材料，絕緣性能好，機械強度高，散熱條件好。制造工藝簡單，檢修方便。要獲得正弦波電動勢或磁動勢，則根據(jù) e=blv 只要磁場 B 在空間按正弦規(guī)律分布，則它在交流繞組中感應的電動勢就是隨著時間按正弦規(guī)律變化。用槽電勢星形圖保證三相繞組基波電勢、基波磁勢對稱槽電勢星形圖：把電樞上各槽內導體感應電勢用矢量表示，構成的圖。概念：槽距角-相鄰兩個槽之間的自然（機械）角度，槽距電角-用電角度來表示的相鄰兩個槽之間的角度，1電角度-是

2、磁場所經(jīng)歷的角度。c.用 600相帶的繞組獲得較大的基波電動勢相帶：（1）360 度的星形圖圓周分成三等分，每等分占 1200,成為 120 度相帶；這種分法簡單， 但電勢相量分散， 其相量和較小， 獲得的電動勢較小。（2）若分成六等分，則稱 600相帶；這種分法同樣可以保證電勢對稱，且合成感應電動勢較大，是常用的方法。4.2 三相單層繞組特點：線圈數(shù)等于二分之一槽數(shù)；通常是整距繞組；嵌線方便；無層間絕緣；槽利用率圖。缺點：電勢、磁勢波形比雙層繞組差。一般用于小型（10kW 以下）的異步電動例題：一臺交流電機定子槽數(shù) z=36，極數(shù) 2P=4,并聯(lián)支路數(shù) a=1,繪制三相單層繞組展開圖。解：步

3、驟 1 繪制槽電勢星形圖槽距電角必=pq：=200,槽電勢星形圖如上圖（注意：不是槽星形圖，而是槽電勢星形圖）步驟 2 分相、構成線圈每極每相槽數(shù)q=-=36/4/3=3;每相在每個極2Pm下所占有的槽數(shù)。=36/4=9;一個極在定子圓周上所跨的距離，用槽數(shù)計a.b.3600二pZ步驟 3節(jié)距 yi=r,整距；一個線圈的兩邊在定子圓周上所跨的距離，用槽數(shù)計。yir,長距根據(jù)極距畫磁極（筆記），根據(jù)節(jié)距畫線圈；繪制繞組展開圖。步驟 4 由于相同極相組的繞組串聯(lián)連接，與端部無關，可以把單層疊繞變成單層同心繞制。各線圈邊連接的先后次序不影響每相電勢的大小，適當改變每相線圈邊的連接順序，除了同心式外，

4、還可以得到交叉式、鏈式繞組的展開圖。步驟 5 確定并聯(lián)支路數(shù)。（一般單層繞組每相最大并聯(lián)支路數(shù)等于極對數(shù)）.本例 a=1步驟 6 把屬于 A 相的所有極相組串聯(lián)起來，形成 A 相。同理可得 B、C 相。A1,102,113,12-19,2820,2921,30X4.3 三相雙層繞組（適合 10kW 以上交流電機）0步驟 1 繪制槽電勢星形圖槽距電角8=P=20,槽電勢星形圖如上圖（注意：不是槽星形圖，而是槽電勢星形圖）步驟 2 分相、構成線圈每極每相槽數(shù) q=3=36/4/3=3;每相在每個極2pm下所占有的槽數(shù)。步驟 3 極距T=J=36/4=9;一個極在定子圓周上所跨的距離，用槽數(shù)計。2p

5、節(jié)距 y1=7p,短距；一個線圈的兩邊在定子圓周上所跨的距離，用槽數(shù)計。交流繞組中，通常 5 次和 7 次諧波對電勢、磁勢波形影響比較大，為此選擇雙層短距繞組，節(jié)距丫1=-7。這里 y1=7 說明線圈的一個邊放在 m槽上層，另一邊放在 m+y1槽的下層。步驟 4 極相組劃分（按上層邊劃分）步驟 5 確定并聯(lián)支路數(shù)。（一般雙層繞組每相最大并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)）.本例 a=2步驟 6 展開圖4.4 在正弦分布磁場下的繞組電動勢.導體電勢導體電勢幅值EC=工1卜導體電勢有效值Ec1=、Bm1lv=：Bm1l2n1=12Bm1lTpn1=6 工 4f=2.22f。.2.260602.匝電勢、短距系數(shù)（1

6、）整距線匝：線匝電勢為兩個導體電勢矢量和，Eti=Eci_Eci=2Eci線匝電勢有效值Eti=2Ed=4.44f（2）短距線匝：此時兩個導體電勢矢量夾角為工yi,根據(jù)矢量圖得sinF-yi)二-2,合成矢.Eci量有效值為，Eti=2Ecisinm，；,記Eti=2Ecikyi,稱其物理意義：線圈短距時的電動勢比整距時（kyi=i）應打折扣。kyii線圈有 Nc個線匝時，線圈的基波電動勢為Eyi=NcEti=2EciNckyi.線圈組電勢、分布系數(shù)每個線圈組由 q 個線圈串聯(lián)組成， 這 q 個線圈電勢的相量和就是線圈組電動勢。每個線圈電動勢為 Eyi,線圈間相差槽距電角 a。 q 個分布線圈

7、相位關系假設如圖示 （筆記）則：E=2Rsin2一一一E.因此線圈組電動勢：yisin巴=2R物理意義：線圈分布時的電勢比集中繞組應該打的折扣。繞組系數(shù)：kNi=kyikqi它是考慮到繞組短距、分布排列后感應電動勢需要打的折扣。整距繞組 kyi=i；短距繞組 kd=i.4.相電勢一相繞組中一條支路所串聯(lián)的線圈組電動勢和就是每相電動勢。EJ=.2二fNkNi；=4.44fNkNi；.q二isin2Eqi=qEyi-qEyikqi:Fqsin2kqi.q：isin匚2Eqi:FqEyiqsiny2iEtp滯后磁通由900N 每相繞組每條支路串聯(lián)總匝數(shù)。N=電機繞組總匝數(shù)/3a或者N=2pqNc（雙

8、層）N=qNc（單層）aa例題 p191-4.34.5 在非正弦分布磁場下電動勢中的高次諧波及其削弱方法4.5.14.5.1 感應電動勢中的高次諧波只要勵磁磁勢在氣隙中產生的磁場非正弦分布，就存在諧波。同樣，感應電動勢中除了基波外還有其它高次諧波。例如在同步電機中，磁極磁場沿著電樞表面分布為平頂波，在磁極對稱和磁密分布對稱時，可以分解出基波和 3、5、7、9 等高次諧波。v次諧波極對數(shù)Pv=聲槽距電角 av=心丫次諧波極距飛，vV次諧波轉速nv=niV次諧波頻率f-p二fi60（yvy1v 次諧波短距系數(shù)kyv=sinTT丫次諧波相電勢有效值：E%=4.44fNkN亂高次諧波電勢對基波電勢的大

9、小影響不大，主要影響到電勢波形。危害包括:1）附加損耗大，效率降低，溫升增高2）對鄰近的通訊線路有干擾3）可能引起輸電線路的電感和電容發(fā)生諧振，產生過電壓4）使感應電動機產生有害的附加轉矩和損耗-Numbered_d539bfa4-f3cc-42a0-b362-3f46226dc144-Numbered_20ff2b2c-b21c-44cd-bb16-23ab185c3e0e-Numbere5 5. .2 2 削弱諧波電動勢的方法.氣隙磁場分布盡量接近正弦-通過調整極靴形狀或改善勵磁線圈分布.三相繞組對稱-消除 3 次及其倍數(shù)次電勢諧波3,采用短距繞組-節(jié)距縮短三，消除 v 次諧波。通常y1同

10、時削弱 5、7 次、6諧波。4.采用分布繞組-q 越大，抑制諧波電動勢的效果越好。但是 q 大會使電機成本增加。一般是q=26v 次諧波分布系數(shù)kq14.6 單相繞組的磁動勢（脈振磁勢）前面主要研究交流繞組的電動勢?，F(xiàn)在研究磁動勢。交流電機繞組的磁勢是建立電機磁場的根本。也是電機進行機電能量轉換的媒介。氣隙磁場可以由定子磁勢建立，可以由轉子磁勢建立。當電機中定轉子繞組都有電流流過時，則磁場由定轉子磁勢共同建立。磁勢分析時，為了方便假設：1）繞組電流隨著時間按正弦規(guī)律變化2）槽內導體集中于槽中心處3）忽略鐵心磁壓降（即磁勢消耗在氣隙上）4）氣隙均勻4.6.4.6.0 0 整距線圈產生的磁勢導體-

11、線匝-線圈-線圈組（極相組）-繞組如右圖所示：假設一個 Nc匝線圈放置在槽中，槽中每根導體流過的電流為 ic,則根據(jù)qHdl=i=Ncic再沿著箭頭方向展開得下圖，它是沿著空間分布的磁勢，但是幅值隨著電流變化-脈振磁勢。右*電流iic=J21cos對，（通過兩個氣隙）方波磁勢幅值V2INc,一方波磁勢進行富氏分解，得基波磁勢幅值：Fd=4空，位于軸線處。國單邊氣隙幅值為：Fc=典上2方波磁勢進行富氏分解，得基波磁勢幅值：Fd=4史色=0.9|N0224 46.6.1 1p=1q=1p=1q=1 短距繞組磁勢以分析 A 相繞組為例短距繞組基波磁勢幅值Fyi4-,2Nckyll；空間上位于繞組軸線

12、處基波磁勢短距系數(shù):.二yikyi=sin26.6.2 2p=1qw1p=1qw1 分布短距繞組的磁動勢每極每相有 q 個線圈時， 這 q 個方波磁動勢的基波疊加起來就是該分布繞組磁勢的基波。分布短距繞組的基波磁勢幅值：一.一q:isinT4242FAI=Fyi2=NNcky/qkqi=qNck/kqJ;該基波磁勢幅值包于相繞組sin?1二二2軸線上。qNc-每極每相串聯(lián)匝數(shù).q：-isin25qsin24.6.4.6.3 3pwpw1 1qwlqwl 一般情況下的相繞組磁動勢p 對極，q 個極相組時分析如下：令 N 表示繞組每相串聯(lián)總匝數(shù)，則N-每相串聯(lián)匝數(shù) N/2p-每極每相串聯(lián)匝數(shù)q-每

13、極每相槽數(shù) Nc-單個線圈匝數(shù) qNc-每極每相串聯(lián)匝數(shù)。關系式成立：qNc=變換為2qNc=-代入 FA1式中得：2pP一般情況下相繞組磁勢幅值為：2、2NNI因止匕FAI=kNiI=0.9k3二PP其中，單層繞組N=-qNc雙層繞組N=2PqNcaa4.7 三相繞組的基波合成磁動勢一旋轉磁勢對稱的三相繞組在空間上彼此相差 1200,三相磁勢互差 12000繞組中通入對稱三相電流，其在時間上彼此相差 1200電角度。把空間坐標的原點取在 A 相繞組的軸線上，把 A 相電流達到最大值的時刻作為時間坐標的起點，則：1A=72Icosot三相電流為，iB=42IcoS算-2冗3JfA1=F$co圻cos：t基波磁勢分布系數(shù)：k1q12、.2FAI=?2qNckyikqi冗二相繞組脈振磁勢fB1=FAco/0-HloSt-n中I3JI3）fci=F.1cos1_4二cos.上一1二三相合成磁動勢:f1（t，）=fA1-fB1fC1=F1coS，一？三相合成磁動勢基波幅值：F1-F1