第六章交流電機(jī)繞組

1、第六章 交流電機(jī)繞組、電動(dòng)勢(shì)及磁動(dòng)勢(shì)6-1 有一臺(tái)交流電機(jī)，Z=36，2P=4，y=7，2a=2，試會(huì)出：（1） （1） 槽電勢(shì)星形圖，并標(biāo)出600相帶分相情況；（2） （2） 三相雙層迭繞組展開(kāi)圖。答：（1）槽距角 每極每相槽數(shù) 由=200畫(huà)出槽電動(dòng)勢(shì)星形圖，然后由q=3標(biāo)出按600相帶的分相情況（見(jiàn)圖a），順序?yàn)椋篈-Z-B-X-C-Y.1912022132245 236 247 258 269 271028 11291230 133132 14331534 1635 1736 18AZBXCY1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

2、 ZCAXBY （a）(2)由y=7畫(huà)出三相雙層疊繞組展開(kāi)圖，并根據(jù)2a=2進(jìn)行端部連線（見(jiàn)圖b ）6-2凸極同步發(fā)電機(jī)和隱極同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)，氣隙磁場(chǎng)沿圓周分布波形與哪些因素有關(guān)？答：由磁路的歐姆定律知,電機(jī)氣隙磁通沿圓周的分布情況取決于勵(lì)磁磁勢(shì)F在氣隙空間的分布和磁路的磁阻Rm。由于凸極發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組是集中繞組，極弧的形狀（即磁路的磁阻阻Rm）影響氣隙磁場(chǎng)沿圓周分布波形。隱極發(fā)電機(jī)，由于氣隙均勻，沿氣隙圓周各點(diǎn)磁阻相同，每極范圍內(nèi)安放勵(lì)磁繞組部分，即勵(lì)磁磁勢(shì)F影響氣隙磁場(chǎng)沿圓周分布波形。6-3 試述短距系數(shù)和分布系數(shù)的物理意義，為什么這兩系數(shù)總是小于或等于1？答：短距系數(shù)物理意義是：短距

3、線匝電動(dòng)勢(shì)Et(y1)和對(duì)各線圈都集中在同一槽 時(shí)電動(dòng)勢(shì)代數(shù)和Eq(q=1)的比值，即：;由數(shù)學(xué)知：相量和總是小于（或等于）其代數(shù)和，即及, 故其比值 即Ky及Kq總是小于1. 6-4 在交流發(fā)電機(jī)定子槽的導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率、波形、大小與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答： (1) 頻率頻率f與磁極對(duì)數(shù)p和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n有關(guān)，p是由構(gòu)造決定，n是由運(yùn)行條件決定。（2） 波形與電機(jī)氣隙磁通密度沿氣隙圓周分布的波形有關(guān)，它由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定。（3）大小 Ec=2.22f導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)Ec大小與頻率f及每極磁通有關(guān)，f及由電機(jī)的運(yùn)行條件決定。6-5 總結(jié)交流發(fā)電機(jī)定子

4、電樞繞組相電動(dòng)勢(shì)的頻率、波形和大小與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答： (1)頻率 ：同上題（同槽導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率）(2)波形：與繞組結(jié)構(gòu)（是短距還是整距繞組，是分布還是集中繞組）有關(guān)，由構(gòu)造決定。(3)大小： 相繞組電動(dòng)勢(shì)E大小與頻率f、一條支路匝數(shù)N、繞組系數(shù)KW及每極磁通有關(guān)，其中N、Kw由構(gòu)造決定，f、由運(yùn)行條件決定。6-6 試從物理和數(shù)學(xué)意義上分析，為什么短距和分布繞組能削弱或消除高次諧波電動(dòng)勢(shì)？答： 因諧波電動(dòng)勢(shì)，欲要消除或削弱某次諧波電動(dòng)勢(shì)，只需使某次諧波的短距系數(shù)Ky或分布系數(shù)Kq為零（或很?。┘纯伞Ｈ缍叹嗬@組，欲消除次諧波，可令ky=

5、0，得,即其節(jié)距只需縮短次諧波的一個(gè)節(jié)距。欲消除5次諧波電動(dòng)勢(shì)，取節(jié)距.由圖(a)知，此時(shí)線圈的兩個(gè)有效邊在5 次諧波磁場(chǎng)中，正處于同一極性的相同磁場(chǎng)位置下，因此，兩有效邊的5 次諧波電動(dòng)勢(shì)恰好抵消。通過(guò)計(jì)算可得：ky1=0.951, ky3=-0.588, ky5=0, ky7=0.588等，可知采用短距繞組后基波電動(dòng)勢(shì)也有所削弱，但諧波電動(dòng)勢(shì)削弱程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基波電動(dòng)勢(shì)。又如分布繞組，可取q=2,算出kq1=0.966, kq3=0.707, kq5=0.259, kq7=0.259等，可知：采用分布繞組，基波電動(dòng)勢(shì)也有所削弱，但諧波電動(dòng)勢(shì)削弱程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基波電動(dòng)勢(shì)。ee1e2y=N N N

6、 S S S從波形圖(b)可看出，本來(lái)相鄰兩線圈電動(dòng)勢(shì)波形為不同相的梯形波，其合成后的波形比原梯形波更接近于正弦波。 (a) (b)6-7 同步發(fā)電機(jī)電樞繞組為什么一般不接成形，而變壓器卻希望有一側(cè)接成接線呢？答：同步發(fā)電機(jī)無(wú)論采用Y接線還是接線，都能改善線電動(dòng)勢(shì)波形，而問(wèn)題是接接線后，接的三相線圈中，會(huì)產(chǎn)生3次及3 的奇次倍諧波環(huán)流，引起附加損耗，使電機(jī)效率降低，溫升升高，所以同步發(fā)電機(jī)一般不采用接來(lái)改善電動(dòng)勢(shì)波形。而變壓器無(wú)論在哪一側(cè)接成接，都可提供 3次諧波勵(lì)磁電流通路，使主磁通波形為正弦波，感應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)為正弦波，改善變壓器相電動(dòng)勢(shì)的波形。6-8額定轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)，

7、若將轉(zhuǎn)速調(diào)整到3060轉(zhuǎn)/分運(yùn)行，其它情況不變，問(wèn)定子繞組三相電動(dòng)勢(shì)大小、波形、頻率及各相電動(dòng)勢(shì)相位差有何改變？答：本題題意為轉(zhuǎn)速升高(升高倍)（1） （1） 頻率 fn (p=c), 故頻率增加1.02倍。（2）大小 Ef(N、kw、0=C),電動(dòng)勢(shì)增加1.02倍。（3） （3） 波形和各相電動(dòng)勢(shì)相位差不變，因它們與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。6-9 一臺(tái)4 極，Z=36的三相交流電機(jī)，采用雙層迭繞組，并聯(lián)支路數(shù)2a=1， ，每個(gè)線圈匝數(shù)NC=20，每極氣隙磁通=7.510-3韋，試求每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？解： 極距 節(jié)距 每極每相槽數(shù) 槽距角 用空間電角度表示節(jié)距 基波短距系數(shù) 基波分布系數(shù) 每條支路匝數(shù)

8、基波相電動(dòng)勢(shì) 6-10 有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，2P=2，n=3000轉(zhuǎn)/分，Z=60，每相串聯(lián)總匝數(shù)N=20，fN=50赫，每極氣隙基波磁通=1.505韋，求：（1） （1） 基波電動(dòng)勢(shì)頻率、整距時(shí)基波的繞組系數(shù)和相電動(dòng)勢(shì)；（2） （2） 如要消除5次諧波，節(jié)距y應(yīng)選多大，此時(shí)的基波電動(dòng)勢(shì)為多大？解：(1) 基波電動(dòng)勢(shì)頻率 極距 每極每相槽數(shù) 槽距角 整距繞組基波短距系數(shù) 基波分布系數(shù) 基波繞組系數(shù) 基波相電動(dòng)勢(shì) (2) 取 用空間電角度表示節(jié)距 基波短距系數(shù) 基波相電動(dòng)勢(shì) 6-11 總結(jié)交流電機(jī)單相磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)、它的幅值大小、幅值位置、脈動(dòng)頻率各與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，

9、哪些是由運(yùn)行條件決定的？答： 幅值 單相繞組基波磁動(dòng)勢(shì)幅值大?。?與一條支路匝數(shù)N、繞組系數(shù)Kw1、磁極對(duì)數(shù)p及相電流I有關(guān)，其中N、Kw1及p 由構(gòu)造決定，I由運(yùn)行條件決定。幅值位置： 恒于繞組軸線上，由繞組構(gòu)造決定。頻率： 即為電流頻率，由運(yùn)行條件決定。6-12總結(jié)交流電機(jī)三相合成基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)、它的幅值大小、幅值空間位置、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速各與哪些因素有關(guān)？這些因素中哪些是由構(gòu)造決定的，哪些是由運(yùn)行條件決定的？答：幅值 三相合成基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值大小，其決定因素與單相基波磁動(dòng)勢(shì)同。空間位置：沿氣隙圓周旋轉(zhuǎn)。當(dāng)哪相電流最大，三相合成基波圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)就轉(zhuǎn)至哪相繞組軸線上，繞組由構(gòu)造決

10、定，電流由運(yùn)行條件決定。轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)速與電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p 有關(guān)，p由構(gòu)造決定，f由運(yùn)行條件決定。轉(zhuǎn)向： 與電流相序有關(guān)（與電流相序一致），由運(yùn)行條件決定。6-13 一臺(tái)50Hz的交流電機(jī)，今通入60Hz的三相對(duì)稱交流電流，設(shè)電流大小不變，問(wèn)此時(shí)基波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值大小、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)⑷绾巫兓?？答?本題題意為頻率增加（增加）由上題知，基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值大小及轉(zhuǎn)向與頻率無(wú)關(guān) 。而轉(zhuǎn)速n1與頻率成正比，故轉(zhuǎn)速增加1.2倍。6-14 一交流電機(jī)如圖6-17，當(dāng)在不動(dòng)的轉(zhuǎn)子上的單相繞組中通入50Hz交流電流后，將在定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果將定子三相繞組短接，問(wèn)此時(shí)繞組中通過(guò)的電流產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是

11、脈動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)的，為什么？答： 在不轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子單相繞組中通以正弦交流電流產(chǎn)生脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)，它可以分解為大小相等（原脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)最大幅值的一半）、轉(zhuǎn)速相同（）而轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它們分別切割定子三相繞組，在三相繞組中感應(yīng)出大小相等（因兩旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值相等）、頻率相同（因切割速度相等）而相序相反（因轉(zhuǎn)向相反）的三相對(duì)稱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，分別稱為正序電動(dòng)勢(shì)和負(fù)序電動(dòng)勢(shì)。由于定子三相繞組首端短接，則正序電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生正序電流，流過(guò)定子繞組產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，負(fù)序電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生負(fù)序電流，流過(guò)定子繞組產(chǎn)生反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，這兩磁動(dòng)勢(shì) 大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反，疊加結(jié)果，其空間合成磁動(dòng)勢(shì)為一脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)。6-15試分析

12、圖6-18情況下是否會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)向是順時(shí)針還是逆時(shí)針？答： 圖（a） 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)， 轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針?lè)较?圖（b） 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)， 轉(zhuǎn)向：順時(shí)針?lè)较驁D（c） 脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)圖（d） 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)， 轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針?lè)较驁D（e）旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)， 轉(zhuǎn)向：順時(shí)針?lè)较驁D（f） 旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)， 轉(zhuǎn)向：順時(shí)針?lè)较?-16 若在對(duì)稱的兩相繞組中通入對(duì)稱的兩相交流電流，試用數(shù)學(xué)分析法和物理圖解法分析其合成磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)？答：由數(shù)學(xué)分析：（以基波合成磁動(dòng)勢(shì)為例）由單相繞組磁動(dòng)勢(shì)幅值知：由于兩相繞組匝數(shù)相同，兩相電流大小相等，故兩相繞組磁動(dòng)勢(shì)幅值相等，其表達(dá)式分別為：所以： 故為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 IAIB t1 t2 t3 t4 t

13、5由圖分析：假設(shè)電流由首端流入為正 YAXB.t1.YAXBt2YAXBYAXBYAXBt3.t4t5可見(jiàn)，合成磁動(dòng)勢(shì)為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)（轉(zhuǎn)向由電流超前相iA轉(zhuǎn)到滯后相iB）。6-17一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，2P=6，Z=36，定子雙層迭繞組， ，每相串聯(lián)匝數(shù)N=72，當(dāng)通入三相對(duì)稱電流，每相電流有效值為20A時(shí)，試求基波三相合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值和轉(zhuǎn)速？解：每極每相槽數(shù) 槽距角 用空間電角度表示節(jié)距 基波短距系數(shù) 基波分布系數(shù) 基波繞組系數(shù) 三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 6-18 有一三相對(duì)稱 交流繞組，通入下列三相交流電流：（1）（2）（3）定性分析其合成磁動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)（包括轉(zhuǎn)向）。答： （1）iA、iB、iC為三相對(duì)稱電流，則三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流產(chǎn)生