電機(jī)學(xué) ch3 共同理論 jp

《電機(jī)學(xué)》

第三章

交流電機(jī)的基本理論1本章內(nèi)容3.1

交流電機(jī)的工作原理3.2交流電機(jī)的繞組、電動(dòng)勢(shì)3.3交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)23.1

交流電機(jī)的工作原理3.1.2、同步電機(jī)的工作原理3.1.3、異步電機(jī)的工作原理序交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)3定子與轉(zhuǎn)子兩大部分+氣隙定子固定不動(dòng)的部分鐵芯、繞組、機(jī)坐(1)定子鐵芯希望較強(qiáng)的磁場(chǎng)導(dǎo)磁好、損耗小硅鋼片內(nèi)表面開槽：放繞組交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4(2)定子繞組線圈按一定規(guī)律放單層繞組、雙層繞組(3)機(jī)坐交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)5定子鐵心交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)6定子繞組交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)7轉(zhuǎn)子同步機(jī)與異步機(jī)轉(zhuǎn)子不一樣鐵芯外表面開槽繞組交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)8三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子定子風(fēng)扇

冷空氣流

罩殼（非驅(qū)動(dòng)端）端蓋（驅(qū)動(dòng)端）9同步發(fā)電機(jī)：定子繞組：對(duì)稱三相繞組（電樞繞組）轉(zhuǎn)子繞組：勵(lì)磁繞組（產(chǎn)生磁場(chǎng)）交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)10U1U2V1V2W2W1U1V1

W1U2V2

W2

流出

流入橫截面電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)11U←V←W←U1U2V1V2W2W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)12

t=0O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NS

t=120O

時(shí)i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1U2V1V2W2W1NS電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)13U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS

t=240O

時(shí)i1＜

0，i2＞0，i3=0

t=360O

時(shí)i1=0，i2＜0，i3＞0NS電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)14i

變化一周i每秒鐘變化50周i每分鐘變化(50×60)周→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一圈→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)50圈→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)3000圈旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0——同步轉(zhuǎn)速n0

=3000=60f1(r/min)

同步轉(zhuǎn)速n0的大小怎樣改變？電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)15U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個(gè)線圈組成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)組成電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)16U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××

t=0O

時(shí)

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁極對(duì)數(shù)p

p=2

電流變化一周→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)半圈

n0

=1500

當(dāng)磁極對(duì)數(shù)p=3時(shí)

n0

=100060f12=60f13=60f1pn0=電樞旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)17原理：勵(lì)磁繞組＝＞通入直流電＝＞外力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)＝＞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)＝＞穿過(guò)氣隙＝＞切割定子繞組＝＞三相感應(yīng)電勢(shì)＝＞當(dāng)接負(fù)載＝＞電流＝＞電能輸出3.1.1、同步電機(jī)的工作原理結(jié)構(gòu)示意圖電動(dòng)勢(shì)波形向量圖右手定則18轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向決定定子繞組電動(dòng)勢(shì)相序感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的周期感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n1和電網(wǎng)頻率f之間有嚴(yán)格不變的關(guān)系。3.1.1、同步電機(jī)的工作原理pn160f=191.靜止起動(dòng)三相電流=>三相繞組=>旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1=>B1切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（因?yàn)檗D(zhuǎn)子靜止）=>感應(yīng)電勢(shì)E2=>感應(yīng)電流I2（因?yàn)檗D(zhuǎn)子閉合）=>B1與I2作用=>電磁轉(zhuǎn)矩T=>當(dāng)T＞T0＋TL時(shí)，轉(zhuǎn)子從靜止開始起動(dòng)其中：T0空載轉(zhuǎn)矩TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩3.1.2、異步電機(jī)的工作原理左手定則202.平衡轉(zhuǎn)動(dòng)：n增加=>轉(zhuǎn)差減?。骸扒懈睢彼俣认陆?>E2↓=>I2↓=>T↓=>當(dāng)T＝T0＋TL時(shí)，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)3.干擾：若TL↑=>T0＋TL＞T時(shí)，失去平衡=>轉(zhuǎn)速n↓=>轉(zhuǎn)差↑=>“切割”速度↑=>E2↑=>I2↑=>T↑=>直到T＝T0＋TL，自動(dòng)重新平衡4.特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速差（轉(zhuǎn)差）/感應(yīng)3.1.2、異步電機(jī)的工作原理（感應(yīng)電機(jī)）異步電機(jī)21交流電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)同步與異步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：定子三相定子繞組流過(guò)三相電流，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n=同步轉(zhuǎn)速n0：同步電機(jī)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速n≠同步轉(zhuǎn)速n0：異步電機(jī)3.1、交流電機(jī)的工作原理—總結(jié)223.2

交流電機(jī)繞組和電動(dòng)勢(shì)3.2.2三相雙層繞組3.2.3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（正弦磁場(chǎng)下）3.2.4感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的諧波3.2.1交流繞組23作用：通入電流→磁場(chǎng)（電動(dòng)機(jī)）磁場(chǎng)與定子繞組切割→電勢(shì)→電流（發(fā)電機(jī)）分類（類型）相數(shù)：?jiǎn)蜗唷⑷鄬訑?shù)：?jiǎn)螌樱和氖?、交叉式、鏈?zhǔn)诫p層：疊繞組、波繞組寬度：整距、短距分布性：分布繞組、集中繞組3.2.1

交流繞組24交流繞組的基本述語(yǔ)電角度與機(jī)械角度機(jī)械角度:電機(jī)圓周在幾何上分成360°電角度:電勢(shì)變化一個(gè)周期(360電角度)關(guān)系:相帶：每極面下每相繞組所占范圍（60度）每極每相槽數(shù)：槽距角：相鄰兩槽之間的角度極距：相鄰兩磁極對(duì)應(yīng)位置兩點(diǎn)之間圓周距離,定子內(nèi)表面弧長(zhǎng)（槽數(shù)）：節(jié)距（跨距）：線圈寬度yу=τ稱為整距，у<τ稱為短距，у>τ稱為長(zhǎng)距25U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3交流繞組構(gòu)成原則:構(gòu)成原則1、均勻原則：每個(gè)極域內(nèi)的槽數(shù)（線圈數(shù)）要相等，各相在每個(gè)極域內(nèi)所占的槽數(shù)應(yīng)相等。2、對(duì)稱原則：三相繞組在電機(jī)的圓周空間互相錯(cuò)開120度，各相匝數(shù)、線徑、繞組形式均相同3、電勢(shì)相加原則：線圈兩個(gè)邊的電勢(shì)要相加，線圈與線圈間的連接也應(yīng)符合這一原則。4、電勢(shì)星形圖是分析交流繞組的有效工具。5、各槽電勢(shì)向量構(gòu)成輻射狀的星形圖--電勢(shì)星形圖。26相帶與電勢(shì)星形圖27U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××NSNS電勢(shì)星形圖相帶與電勢(shì)星形圖

28交流繞組基本要求:1三相基波電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)稱。2力求獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)，盡量減小或消除諧波分量。3提高導(dǎo)線的利用率，提高制造的工藝性。2930繞組展開圖表示定子繞組的聯(lián)結(jié)關(guān)系主要兩種：?jiǎn)螌?、雙層畫法：計(jì)算極距每極每相槽數(shù)計(jì)算相帶的數(shù)量、分相帶相帶數(shù)=總槽數(shù)/q或=極數(shù)*3即：6p槽號(hào)分配表構(gòu)成線圈構(gòu)成線圈組（極相組）構(gòu)成相繞組31三相單層繞組（了解）每槽只有一個(gè)線圈邊，結(jié)構(gòu)和嵌線較簡(jiǎn)單，適用于10kv以下的小型交流電機(jī)。分類：等元件式繞組：鏈?zhǔn)嚼@組：交叉式繞組：同心式繞組：32例：Q1=24，2p=4123456789101112131415161718192021222324A1X1A2X2zabcxy3320ΠШa178131914?2b5111217231824?ΠШ64ΠШc9151621322?10三相單層等元件繞組的原理（p=2）線圈連接順序343.2.2三相雙層繞組每繞組兩有效邊線圈數(shù)=槽數(shù)每槽有上下兩個(gè)線圈邊（屬于不同的線圈）整距、短距繞組例：Q1=24，2p=4τ=24/4=6q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=212個(gè)相帶A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y351234567891011121314151617181920212223241A1A3X2X4A4A2X1X3三相雙層繞組（短距）（復(fù)制到畫筆中講，特別是極相組的連接）36并聯(lián)支路數(shù)條件:不改變和極相組內(nèi)的電流方向37關(guān)于繞組一些概念復(fù)習(xí)一根導(dǎo)體（一匝線圈的一個(gè)有效邊）一匝線圈一個(gè)線圈一個(gè)極相組（一個(gè)線圈組）相繞組（一相繞組）電機(jī)繞組（三相繞組）并聯(lián)支路數(shù)每相串聯(lián)匝數(shù)極數(shù)極相組數(shù)（每相）38例：某交流電機(jī)定子繞組，Q1=24,2p=4,y=5/6τ，a=2,Ny=10，m=3求：一匝線圈有幾個(gè)有效邊一相線圈有幾匝；一個(gè)極相組有幾個(gè)線圈，幾匝線圈一相有幾個(gè)極相組，幾個(gè)線圈，幾匝線圈并聯(lián)支路數(shù)每相串聯(lián)匝數(shù)一個(gè)電機(jī)有幾相、幾個(gè)極相組、幾個(gè)相繞組393.2.3三相定子繞組的電動(dòng)勢(shì)

（以三相同步電機(jī)為例）

401、整距繞組的電動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通切割定子繞組（以發(fā)電機(jī)為例）形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電勢(shì)）(Ec

或Ey)Ny

——線圈匝數(shù)有效值：比較：與變壓器相同形式區(qū)別：磁通大小變化與相對(duì)運(yùn)動(dòng)“切割”2、短距繞組的電動(dòng)勢(shì)SN

y=

Ec'Ec"Ec'Ec"EcSNEc'Ec"

yEc'EcEc"

y

180o412、短距繞組的電動(dòng)勢(shì)短距＝＞線圈兩邊切割B產(chǎn)生的E不是正好差180度＝＞合成時(shí)，乘一系數(shù)或：短距＝＞線圈中交鏈的磁通減少＝＞電勢(shì)減少。短距系數(shù)短距系數(shù)相當(dāng)于：短距線圈時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與整距時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相比需打的折扣。423、線圈組的電動(dòng)勢(shì)分布繞組各個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小、波形均相同，只是在時(shí)間上依次相差電角度：相位不同。線圈組的總電動(dòng)勢(shì)為q個(gè)線圈電動(dòng)勢(shì)的和（相量和）則：分布系數(shù)：

Ey1Ey2Ey3

Ey3Ey1Ey2

R434.相電勢(shì)

(1)并聯(lián)支路數(shù)與每相串聯(lián)匝數(shù)2p個(gè)極(雙層繞組)每相有2p個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組有q個(gè)線圈2pq個(gè)線圈，每個(gè)線圈有Ny匝線圈2pqNy匝線圈2p個(gè)線圈組可串聯(lián)、并聯(lián)（視需要）并聯(lián)支路數(shù)：a每相串聯(lián)匝數(shù)：?jiǎn)螌永@組：44(2)相電勢(shì)雙層繞組P95例451.諧波系數(shù)電機(jī)的磁場(chǎng)并不完全為正弦分布（空間）付氏分解：基波與各次諧波相電動(dòng)勢(shì)中次諧波電動(dòng)勢(shì)有效值：對(duì)應(yīng)的諧波繞組系數(shù)為：

3.3.4諧波電動(dòng)勢(shì)*2sinsinaavqqvkqv=462024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院472.線電勢(shì)由三角形、星形接法決定（基波）注意：線電勢(shì)中不含3k次諧波電勢(shì)（因同相位）2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院483.諧波電勢(shì)的減小1.波形畸變率：2.諧波電勢(shì)的減小氣隙磁場(chǎng)接近正弦波短距繞組分布繞組Y連接（線電勢(shì)中不含有3K次諧波）2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院494.采用短距、分布繞組的目的交流繞組采用短距和分布的結(jié)構(gòu)，可削弱每相電動(dòng)勢(shì)中的諧波分量，使電動(dòng)勢(shì)波得到改善。雖短距系數(shù)、分布系數(shù)均不大于1，使基波電勢(shì)減小因?yàn)閷?duì)諧波來(lái)說(shuō)：對(duì)應(yīng)的更小，所以具有明顯的抑制作用。2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院50例：E1＝100,E3=30,E5=20,E7=10則諧波系數(shù)為若各諧波電動(dòng)勢(shì)的繞組系數(shù)分別為：kw1＝0.96,kw3=0.3,kw5=0.2,kw7=0.1則對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)分別為：E1＝96,E3=9,E5=4,E7=1則諧波系數(shù)為2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院51思考題：6－4，6－5，6－6習(xí)題：6－2，6－3，6－72024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院523.3磁動(dòng)勢(shì)、磁場(chǎng)

2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院53一、單相繞組的磁勢(shì)-脈振磁勢(shì)1、整距繞組磁勢(shì)不計(jì)鐵芯磁阻、氣隙均勻磁勢(shì)為方波，當(dāng)線圈中電流為正弦交流電則：2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院54一、單相繞組的磁勢(shì)-脈振磁勢(shì)傅立葉分解：2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院55一、單相繞組的磁勢(shì)-脈振磁勢(shì)傅立葉分解：得式（3-11）其中基波分量幅值2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院562、線圈組的磁勢(shì)集中繞組與分布繞組q個(gè)線圈，相位不同：其中：分布系數(shù)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院573、短距繞組雙層繞組常采用短距繞組等效成兩個(gè)單層整距繞組，但相距一個(gè)角：短距角兩磁勢(shì)相位不同，則其中：短距系數(shù)短距角2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院584、相繞組磁勢(shì)最后得：相繞組磁勢(shì)：對(duì)一相繞組，線圈組的磁勢(shì)就是相磁勢(shì)，不同空間位置的F不能相互迭加。

其中：每相串連匝數(shù)：繞組系數(shù)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院59諧波磁勢(shì)（了解）類似得諧波磁勢(shì)其中2sinsinaavqqvkqv=2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院60空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化且以繞組中電流變化的頻率脈振。所以稱脈振磁場(chǎng)幅值的位置與繞組的軸線相重合基波磁通勢(shì)的幅值：

ν次諧波磁通勢(shì)的幅值：

諧波次數(shù)越高，幅值越小。單相繞組的磁通勢(shì)的性質(zhì)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院61脈振磁勢(shì)可分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)因?yàn)椋核裕好}振磁勢(shì)可分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)每個(gè)的幅值為均為原來(lái)的1／2轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院62二、三相繞組的磁勢(shì)單相繞組通入單相電流＝＞脈振磁場(chǎng)三相繞組中流過(guò)三相電流＝＞三個(gè)脈振磁場(chǎng)三相共六個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)：2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院63六個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)合成三個(gè)正向磁勢(shì)相加為原來(lái)的三倍；三個(gè)反向磁勢(shì)彼此相差120度，相加（合成）為零?；ǎ悍担海ǚe化和差增加一個(gè)系數(shù)：1/2）2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院64旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的性質(zhì)由知：是旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)既是空間函數(shù)、又是時(shí)間函數(shù)轉(zhuǎn)速：幅值大小不變某相電流達(dá)最大，旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)幅值將轉(zhuǎn)到該相繞組軸線處。改變電流序，轉(zhuǎn)向相反。2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院65如B、C相對(duì)調(diào)：即：所以：

關(guān)于：改變電流相序，轉(zhuǎn)向相反2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院66幅值：但2k次諧波磁勢(shì)幅值為零（空間互差120度）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)向：關(guān)于諧波磁勢(shì)（一般了解）2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院67第四節(jié)不對(duì)稱三相電流流過(guò)對(duì)稱三相繞組的基波磁勢(shì)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院68不對(duì)稱電流分析：＋、－、0正序電流＝＞正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì):f+序序電流＝＞反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì):f－星形繞組：相電流中無(wú)I0，所以無(wú)f0f+與f-：大小不一定相等；轉(zhuǎn)速相同；轉(zhuǎn)速相等橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院69當(dāng)F＋＝F_時(shí)，脈振磁勢(shì)當(dāng)F＋、F_之一為零時(shí)，園形旋轉(zhuǎn)一般情況：F＋≠F_，但均不為零，橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院70習(xí)題教程中的重點(diǎn)習(xí)題2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院71本篇要點(diǎn)：1.磁動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)一個(gè)整距線圈的磁勢(shì)分解：基波磁動(dòng)勢(shì)、諧波磁動(dòng)勢(shì)（了解）短距、分布的影響：空間矢量相加＝＞乘相短距系數(shù)、分布系數(shù)短距、分布的作用：削弱諧波基波分量雖略有減少，但諧波磁通勢(shì)可大大削弱。脈振磁通勢(shì)：?jiǎn)蜗嗬@組磁通勢(shì)為脈振磁通勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)：三相繞組磁通勢(shì)為旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)2024/3/26河海大學(xué)電氣學(xué)院722.旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)三相繞組磁通勢(shì)為旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)脈振磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)大小相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)。對(duì)稱