電機學(xué)(2014)-交流電機理論匯編

1、電 機 學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院(xuyun) Electrical Machinery2014.9共六十八頁主講(zhjing)教師 尚靜Tel:六十八頁交流電機理論(lln)的 共同問題共六十八頁本章(bn zhn)主要內(nèi)容交流繞組的構(gòu)成原則和分類三相雙層繞組氣隙磁場正弦分布時交流繞組的感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢中的高次諧波(xi b)通有正弦電流時單相繞組的磁動勢通有對稱三相電流時三相繞組的磁動勢共六十八頁 第一節(jié) 交流繞組(roz)的構(gòu)成原則和分類共六十八頁交流繞組的構(gòu)成原則：（1）合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正弦形，幅值要大。（2）對三相繞組，

2、各相的電動勢和磁動勢要對稱，電阻、電抗要平衡(pnghng)。（3）繞組的銅耗要小，用銅量要省。（4）絕緣要可靠，機械強度、散熱條件要好，制造要方便。共六十八頁交流繞組分類： 單相、多相 單層（同心式繞組、鏈?zhǔn)嚼@組、交叉繞組） 多層（雙層、多層正弦繞組）重點講解(jingji)： 三相整數(shù)槽繞組 共六十八頁第二節(jié) 三相(sn xin)雙層繞組雙層繞組的主要優(yōu)點：（1）可以(ky)選擇最有利的節(jié)距；（2）所有線圈具有相同尺寸；（3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增加機械強度；共六十八頁一、槽電動勢星形圖和相帶劃分(hu fn)每極每相槽數(shù)：電角度(jiod)：每對極相當(dāng)于360度電角度，若電機為

3、2P極，則電角度為共六十八頁例1： 共六十八頁共六十八頁共六十八頁相帶槽號極 對ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一(dy)對極下（1槽18槽）第二(d r)對極下（19槽36槽）各個相帶的槽號分布 共六十八頁A -1-2-3-10-11-12-19-20-21-28-29-30-XA1X1A2X2A相繞組(roz)線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）123192021101112282930XAA1X1A2X2A相繞組線圈的連接(linji)圖（兩

4、條并聯(lián)支路）共六十八頁共六十八頁4.3 三相單層繞組 單層繞組每個槽只有一條線圈邊，每個繞組的線圈數(shù)等于總槽數(shù)的1/2。 嵌線方便，沒有層間絕緣，槽利用率高，但電勢(dinsh)波形和磁勢波形較差。包括：同心式繞組 鏈?zhǔn)嚼@組 交叉式繞組共六十八頁4.4 氣隙磁場正弦(zhngxin)分布時交流繞組 的感應(yīng)電動勢1.導(dǎo)體(dot)的感應(yīng)電動勢2.正弦電動勢的頻率感應(yīng)電動勢的頻率： 同步轉(zhuǎn)速： 共六十八頁共六十八頁有效值： 共六十八頁二、整距線圈(xinqun)的電動勢匝電勢(dinsh)單匝線圈電動勢的有效值共六十八頁共六十八頁三、短距線圈(xinqun)的電動勢、節(jié)距因數(shù)采用(ciyng)短距

5、線圈：用電角度表示的節(jié)距：單匝線圈的電動勢為： 共六十八頁據(jù)相量圖中的幾何(j h)關(guān)系，得單匝線圈電動勢 為線圈(xinqun)的基波節(jié)距因數(shù)，表示線圈(xinqun)短距時感應(yīng)電動勢比整距時應(yīng)打的折扣 共六十八頁四、分布繞組(roz)的電動勢，分布因數(shù)和繞組(roz)因數(shù)q個線圈(xinqun)的合成電動勢共六十八頁式中， 個線圈(xinqun)電動勢的代數(shù)和； 繞組的基波(j b)分布因數(shù)， 的意義：由于繞組分布在不同的槽內(nèi)， q個分布線圈的合成電動勢 小于 q 個集中線圈的合 成電動勢 由此所引起的折扣 。 共六十八頁五、相電動勢和線電動勢設(shè)一相繞組的總串聯(lián)(chunlin)匝數(shù) 為，

6、則一相的電動勢應(yīng) 為 共六十八頁4.5 感應(yīng)電勢(dinsh)中的高次諧波1. 高次諧波(xi b)電動勢共六十八頁共六十八頁2. 削弱諧波電動勢的方法(fngf)采用短距繞組：共六十八頁4.6 通有正弦(zhngxin)電流時單相繞組的磁動勢1、線圈(xinqun)的磁動勢為整距線圈的磁動勢共六十八頁共六十八頁整距線圈(xinqun)的基波磁動勢共六十八頁4.6 通有正弦電流(dinli)時單相繞組的磁動勢一相繞組(roz)的磁動勢為則單相繞組的基波磁動勢為式中， 單相繞組基波磁動勢的幅值，共六十八頁單相繞組(roz)的基波磁動勢在空間隨角按 單相繞組(roz)的基波磁動勢為脈振磁動勢，其脈

7、振頻率取決于電流的頻率。 余弦規(guī)律分布，在時間上隨按余弦規(guī)律脈振。共六十八頁4.5 通有三相(sn xin)電流時三相(sn xin)繞組的磁動勢三相繞組(roz)基波合成磁動勢為式中， 三相繞組基波磁動勢的幅值共六十八頁 性質(zhì)：是一個沿著氣隙圓周連續(xù)(linx)推移的旋轉(zhuǎn)磁動勢波。a) 轉(zhuǎn)速(zhun s)： ，即 。 b) 幅值位置：當(dāng)某相電流達到交流的最大值時， 基波合成旋轉(zhuǎn)磁動勢波的幅值c) 方向： 取決于交流電流的相序。就將與該相繞組的軸線重合。共六十八頁電動機的應(yīng)用領(lǐng)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(shngchn)自動化 日常生活及家用電器自動化 軍事自動化領(lǐng)域 其它自動化領(lǐng)域共六十八頁 什么是電機

8、？ 電機是一種機電能量轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換的電磁(dinc)機械裝置。 什么是電機學(xué)？ 研究電機基本電磁關(guān)系與原理的學(xué)說(xu shu)。是法拉第電磁學(xué)經(jīng)典應(yīng)用。 共六十八頁新能源領(lǐng)域(ln y)新能源包括太陽能、生物質(zhì)能、核能(hnng)、風(fēng)能、地?zé)帷⒑Ｑ竽艿纫淮文茉匆约岸坞娫粗械臍淠艿取?又推出與之相對應(yīng)的發(fā)電機機組共六十八頁2kw 500w50kw Harbin Institute of Technology共六十八頁 Harbin Institute of Technology共六十八頁三峽電機(dinj)轉(zhuǎn)子共六十八頁共六十八頁共六十八頁三峽水電站裝機總?cè)萘繛?820萬kW，年均發(fā)電量8

9、47億kWh三峽水電站若電價暫按0.180.21/（kWh)計算，每年(minin)售電收入可達181億219億元 三峽水庫發(fā)電機組共六十八頁電機(dinj)的分類分類(fn li)方法之一: 從能量轉(zhuǎn)換角度，分為電動機（M）和發(fā)電機（G）兩大類。 緒論共六十八頁電機機電(jdin)能量轉(zhuǎn)換圖共六十八頁發(fā)電機: 將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。機械能： 通過原動機將各類一次能源轉(zhuǎn)化為機械能，然后(rnhu)通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。一次能源： 燃料、水位能、原子能、風(fēng)能等。 緒論(xln)共六十八頁 緒論(xln) 根據(jù)一次能源不同(b tn)又可以分為不同(b tn)的發(fā)電機：一次能源為水能

10、水輪發(fā)電機一次能源為燃料 汽輪發(fā)電機一次能源為風(fēng)能 風(fēng)力發(fā)電機 電機的分類方法之二：共六十八頁電機(dinj)的分類方法之三：電動機可以根據(jù)電源性質(zhì)進行(jnxng)分類： 根據(jù)選用電源類型不同分為不同電動機：直流電源-直流電動機交流電源-交流電動機-交流同步電動機 交流異步電動機 (感應(yīng)電動機) 共六十八頁電動機電磁(dinc)型電動機非電磁型 （超聲波電動機、壓電控制電動機、磁滯(c zh)控制、靜電控制）電動機直流電動機電磁型直流電動機永磁直流電動機有刷直流電動機無刷直流電動機交直兩用電動機通用型電動機交流電動機感應(yīng)電動機三相IM籠型繞線型二相IM單相IM分相啟動電動機電容啟動電動機反發(fā)

11、啟動電動機罩極啟動電動機同步電動機永磁型電磁型磁阻磁滯步進電動機（VR型、PM型、HB型、齒極型）共六十八頁共六十八頁共六十八頁電機(dinj)的分類方法之四： 也是電機學(xué)的分類方法四大(s d)機種: 直流電機 變壓器 感應(yīng)電機 同步電機共六十八頁電磁力的種類： （1）洛倫茲力 強制電磁力 （同步電機、直流電機） （2）感應(yīng)(gnyng)電磁力 （感應(yīng)電機、開關(guān)磁阻電機、步進電機） 共六十八頁 緒論(xln)共六十八頁 第二節(jié) 電機(dinj)發(fā)展簡史共六十八頁一、直流電機的產(chǎn)生(chnshng)和形成時期1821年，法拉第發(fā)現(xiàn)了載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受力現(xiàn)象；1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律

12、；1882年，是電機發(fā)展史上的一個轉(zhuǎn)折點， Deprez把米斯巴哈水電站發(fā)出的 2KW直流電，用一條(y tio)57Km的輸電線將電能輸送到慕尼黑。共六十八頁二、交流電機的形成和發(fā)展(fzhn)時期早在1832年，單相交流發(fā)電機就已出現(xiàn)。交流感應(yīng)(gnyng)電機的發(fā)明，與產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場關(guān)系密切。1894年前后，Potier又建立了交軸磁場理論。1899年，凸極同步電動機的電樞反應(yīng)，并提出了雙反應(yīng)理論。共六十八頁三、電機理論(lln)、設(shè)計和制造工藝逐步達到完善化的時期20世紀(jì)是電機發(fā)展史中的一個新時期。20世紀(jì)40年代前后，由于第二次世界大戰(zhàn)的影響，出現(xiàn)了一系列新的控制電機。1954年，柯伐

13、煦提出了空間矢量法。20世紀(jì)70年代，電力電子器件的發(fā)展(fzhn)達到了最快的發(fā)展(fzhn)速度，帶動控制電機的快速發(fā)展(fzhn)。共六十八頁第三節(jié) 我國電機工業(yè)(gngy)發(fā)展概況相繼研制出125MW，250MW，550MW，700MW的水輪發(fā)電機；電力變壓器的最大容量已經(jīng)(y jing)做到840MVA，電壓最高為750kV。中小型電機的生產(chǎn)產(chǎn)量已經(jīng)達到4000KW, 我國已經(jīng)成為世界中小型電機生產(chǎn)基地。 共六十八頁共六十八頁共六十八頁共六十八頁第4節(jié)電機學(xué)課程的任務(wù)以及學(xué)習(xí)(xux)方法 主要學(xué)習(xí)要求(yoqi)：掌握四大機種基本電磁原理、基本平衡方程、等效電路、相量圖及參數(shù)、性能運算方法。實踐要求: 按照要求進行四大機種的實驗, 掌握基本實驗方法。共六十八頁幾點建議的學(xué)習(xí)(xux)方法弄清各類電機的基本結(jié)構(gòu)；分析空載和負載(fzi)運行時，主磁場和電樞磁場在電機內(nèi)部分布情況；基本公式和基本方程（包括：電動勢公式、電磁轉(zhuǎn)矩公式、磁動勢公式）科學(xué)實驗過程；課堂、課后習(xí)題、復(fù)習(xí)共六十八頁參考書目：1、電機學(xué)許實章主編(zhbin)，華中科技大學(xué) 出版社2、電機學(xué)李發(fā)海主編，清華大學(xué) 共六十八頁內(nèi)容摘要電 機 學(xué)。（1）合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正弦形，幅值要大。34,35,36。（19槽36槽）。282930。為線圈的基波(j b)節(jié)距因數(shù)，表示線圈短距時感應(yīng)電