交流電機繞組

交流繞組的作用旋轉磁場感應電勢，或交流電流旋轉磁場主要問題:時空正弦分布—增強基波,削弱諧波繞組=連接的線圈整體。線圈通常嵌入電機定轉子槽內,第三部分交流電機繞組例同步電機發(fā)電同步發(fā)電機的工作原理如圖。轉子有永磁或直流勵磁磁場,空間按”正弦”分布。轉子轉速為n(r/min)時定子繞組感應電勢,時間上正弦分布。每經(jīng)過一對磁極，感應電勢就交變一周，若電機有p對頻率=極對數(shù)*每秒轉數(shù):f=pn/60n=60f/p一對磁極的“電角度”為360°,其空間幾何角360°/p,

即（空間）電角度=空間幾何角*p兩導體如空間電角度差α則產(chǎn)生的電勢時間相位差也是α

---時空一致性定子三相繞組在空間上互差120°電角度，感應電勢相位差也120°

若定子繞組接負載輸出電能.定子是電樞（功率輸出電機外）第6章交流繞組基本要求1、基波電勢(磁勢)大,諧波電勢(磁勢)小2、各相繞組對稱。3、用銅量少；4、制造簡單，檢修方便。交流繞組的分類1、單相、兩相和多相繞組；2、槽內單層、雙層繞組。單層分為鏈式、交叉式和同心式繞組，雙層分為疊繞組和波繞組；3、

每極每相槽數(shù):整數(shù)槽和分數(shù)槽。

現(xiàn)代交流電機主要是三相電機，下面介紹最常用的三相整數(shù)槽單層繞組和雙層疊繞組。例總槽Z=24,極數(shù)2p=4極距τ=Z/2p=24/4=6--電角度180每極每相槽數(shù)q=τ/相數(shù)m=6/3=2線圈寬-節(jié)距y

~τ（兩邊電勢迭加大）

y=τ：整距繞組y<τ：短距繞組槽距角α=180°/τ=180°/6=30°繞組的基本知識6.3三相單層繞組（每槽一個線圈邊）例24槽4極：τ=6,q=2A相繞組形成1

按q=2:先定A相在第一極區(qū)占前2槽。5

按電流方向將線圈聯(lián)結為繞組2

按τ=6，2P=4：+τ拓展到2P個極區(qū)3

按異極異向標出電流方向4

將電流反向的兩槽環(huán)成線圈----多種方式聯(lián)鏈式y(tǒng)=τ線圈4電流反向的兩槽環(huán)成線圈5按線圈電流方向(串)聯(lián)為繞組鏈式y(tǒng)=τA相B相移120°+2τ/3(=4)槽C相再移120°??！再+4槽(C端:9可改4?，21?)其它短跨式Y=5<τ=6省線,漏感小同心式易下線耗線多漏感大q>2交叉繞組例q=3XA鏈式短跨三相單層繞組單層繞組的特點：簡單;線粗時不便排列.常用小容量電機6.4三相雙層繞組-每槽2個線圈邊雙層疊繞組例Z=36，2p=4,τ=9、每極每相槽數(shù)q=3

半整整半槽下上上下Y=

τ-1三相雙層繞組雙層繞組的優(yōu)點：分布范圍大，可以改善電動勢和磁動勢的波形。定子沖片定子線圈鐵心和機座6.5

正弦分布旋轉磁場下的繞組電勢基波行波磁通在N匝整距線圈中以頻率f按正弦變化，(最大值Φ1m=(每極面積Lτ)*(2/π)B1m)

線圈基波電勢有效值:4.44NfΦ1m因線圈間電勢有相位差α注：空間相位=時間相位

時空一致總電勢按相量合成繞組基波電勢E1=4.44fkw1NΦ1mN—繞組串聯(lián)匝數(shù),

繞組系數(shù)kw1=|相量和|/(|相量|和)---反映電勢相量加效應ααα各線圈匝數(shù)相等時(1)單層分布:分布因子

kq1=2R*sin(qα/2)/q

=sin(qα/2)/(qsin(α/2))(2)雙層:上下層差α.

雙層因子kc1=cos(α/2)(3)斜槽γ:相當qα=γ|q∞&α0

斜槽因子kγ1

=sin(γ/2)/(γ/2)

綜合:

繞組系數(shù)kw1α高次諧波電勢發(fā)電機旋轉磁場有諧波,主要是5,7,11,13,.次相諧波電勢Ev=4.44fV

NkwvΦmv諧波電勢影響:增加損耗與擾動

N:相串聯(lián)匝數(shù),Φmv諧波磁通峰值繞組諧波系數(shù)kwv=kw1

|αv

α,γv

γ繞組系數(shù)kwv計算例:4極q=4雙層(總槽數(shù)=4*3q=48)v=[1,5,7,11,13,17,19,23,25,29]q=4,a=(pi/3/q);c=2;r=pi/(3*q);kwv=cos((c-1)*a*v/2).*sin(q*a*v/2)./(q*sin(a*v/2));kwv=kwv.*sin(r*v/2)./(r*v/2);kwv=abs(kwv)V1571113171923

2529直槽Kwv(%)95169.61.61.69.616959516斜槽15°Kwv(%)951581.11.034442.6高次諧波電勢諧波電勢削弱方法:

(1)減弱旋轉磁場諧波---v越高,Φmv越低

(2)繞組Y接,消線電勢3倍次諧波

(3)增分布:雙層&增q,可削弱諧波kwv

(4)斜槽γ=60/q,可降”齒諧波”(v=6q±1):

增q也可降齒諧波

(5)分數(shù)槽可降齒諧波[例]相電勢為相電壓220v的87.7%，氣隙基波B1m為0.738T，每極面積98.8cm2，kw1=0.945,求每相串聯(lián)匝數(shù)N。解

基波磁通量

相電動勢

基波繞組因數(shù)電勢計算第7章繞組電流磁動勢一、單相繞組的磁動勢–脈振磁動勢（一）整距線圈的磁動勢為滿足f∝i,以A槽中點為f=0起始點磁動勢方波分布如下圖，幅值Ni/2繞組電流磁動勢：f(x,t)=∫i(x,t)dx氣隙使磁路近線性，磁場B時空分布與f相近交流電機中期望F從而B空間正弦分布并恒速恒幅旋轉整距線圈空間方波磁動勢的基、諧波分布（N1為每極串聯(lián)匝數(shù)）方波可分解為基波與奇次v=2k+1諧波基、諧波幅值Fv=(4/πv)方波幅值F=(4/πv)(N1/2)i(t)--v越高,Fv越低整距線圈磁勢空間分布f(x,t)=ΣVfV(x,t)|v=1,3,5,….基、諧波磁勢空間正弦分布:fv(x,t)=Fv(t)*cos[vπ(x-xv)/τ]幅值Fv(t)=(4/πv)(N1/2)i(t)極對數(shù)vp注:三相合成磁勢無三倍次諧波（后述）只考慮“奇非3”諧波v=6k±1=1，5，7，11，13，。。。磁勢向量—表達磁勢空間正弦分布的向量

--其模為磁勢幅值F,其角指向磁勢幅值位置

各相、線圈同次諧波磁勢可向量合成（運算同相量）用于研究旋轉磁場合成與諧波抑制等諧波抑制分布繞組能增基波，減諧波。原理及計算與電勢諧波相量分析相同。效果也用Kwv反映：繞組v次諧波幅值Fv=(4/πv)(N1Kwv/2)i例三相異步機四極48槽雙層繞組斜槽15°V:1571113171923Kwv94.715.28.31.11.03.44.04.1(%)Fv/F1:1003.21.30.10.10.20.20.2(%)可見無論電勢還是磁勢，利用分布可以有效削弱諧波磁勢向量（ueiφ）相量：表達物理量時間正弦分布的向量磁勢向量：表達磁勢空間正弦分布的向量

--正弦分布量合成滿足向量合成法則單相交流(基波)磁勢脈振磁勢=雙旋轉磁勢單相交流基波磁勢向量:脈振與旋轉clear;clfforwt=0.2:0.1:4*pi+0.2f1=exp(j*wt);f2=exp(-j*wt);f=f1+f2;f=f*0.999;holdoff;compass([2],'w');holdon;compass([f1],'r');holdon;compass([f2],'g');holdon;

compass([f],'b');holdon;

drawnowend單相交流基波磁勢：行波與脈振駐波x=0:0.1:9;forwt=0:0.05:4*pif1=sin(x*pi/3-wt);%~→f2=sin(x*pi/3+wt);%←~f=f1+f2;%~↑↓holdoff;axis([0,10,-2,8]);plot(x,f,x,f2+3,x,f1+6,x,-2,x,7);gridon;hold

on;drawnow;end時空對稱多相交流磁勢合成

圓形旋轉磁勢的一般條件---多相交流繞組時空對稱

即①繞組空間對稱②電流相幅對稱。合成幅值

F=(m/2)F1

轉速

n1=60f/p(rpm),

轉向時間領先到落后相繞組

三相對稱繞組交流基波合成磁勢電流ABC差120°。各相F+、F-向量初相位圖：A相:位于A軸；B相:按轉向差B軸120°;C相:差240°。F+合成磁勢---圓形旋轉,恒幅恒速三相交流繞組基波合成磁勢向量圖clear;clfa=2*pi/3;forwt=0.4:0.2:4*pi+0.4fa=1*cos(wt);fb=exp(j*a)*cos(wt-a);fc=exp(j*2*a)*cos(wt-2*a);f=fa+fb+fc;f=f*0.999;holdoff;compass([fa,fb,fc,f]);holdon;drawnowend三相交流繞組基波合成磁勢波形圖clear;clfx=[0:100]*2*pi/100;a=2*pi/3;fort=0:400wt=t*2*pi/100;

fa=sin(x)*cos(wt);

fb=sin(x-a)*cos(wt-a);

fc=sin(x-2*a)*cos(wt-2*a);f=fa+fb+fc;holdoff;plot(x,fa+8,x,fb+6,x,fc+4,x,f,x,10);

grid;hold

on;drawnowend結論：三相時空對稱繞組基波磁勢為圓形恒幅恒速旋轉；幅值:(3/2)F1m轉速：n1=60f/p(rpm)轉向：從時間(電流)領先到落后相繞組

ABC改變轉向:交換兩個繞組電流相序三相繞組基波合成磁動勢二相交流繞組圓轉磁勢的條件條件:時間相位差=180°-空間相角差轉向：領先繞組滯后繞組例(1)二相電機空間差90°

電流相位差180°-90°=90°--相當于四相電機(2)3相改2相電機：空間差120°

--電流相位差

180°-120°=60°

總磁勢幅值=0.866*(1)一般多相交流繞組基波磁勢(1)F+=0或F-=0:

圓形旋轉,恒幅恒速(2)F+,F-同存不等幅:

橢圓旋轉不恒幅不恒速(3)F+,F-等幅:--脈振多相交流繞組基波磁勢(1)F+=0或F-=0:圓(2)F+,F-同存不等幅:橢圓(3)F+,F-等幅:脈振例1:不對稱三相電流磁勢?

必有負序(反轉)分量

I1=I2？“Y”

；“N”

.

2:三相繞組斷一繞組后磁勢?Δ:

;Y:

.3：距60度二相繞組的磁勢圓轉,

電流相位差:

?

度.組合諧波磁動勢f(時u,空v),u,v奇次轉速大小

n(u，v)=±60（uf）/（vp）=±(u/v)n1u，v均分三類6k+3，6k+1，6k-1V0:{6k+3}(*120°≡0°)三相同相,0序對稱U+,V+:{6k+1}(*120°≡120°)三相正序對稱U-