第5章-交流電機的繞組和電動勢ppt課件

1、第5章 交流電機的繞組和電動勢,第一章,1,2,第二章,3,第三章,4,第四章,5,第五章,第5章 交流電機的繞組和電動勢,5.1 交流電機的基本工作原理， 對交流繞組的基本要求,交流電機的種類,繞線轉(zhuǎn)子異步電機,同步電機,異步電機,凸極同步電機,籠型異步電機,隱極同步電機,可以作為發(fā)電機，也可以作為電動機,交流電機,同步電機和異步電機運行原理不同。 但是兩者在定子結(jié)構(gòu)、定子繞組以及繞組感應(yīng)電動勢和繞組產(chǎn)生磁動勢等方面有很多共同的地方，將這些作為共同問題來一起進行研究,同步電機的基本工作原理,原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 勵磁繞組中通入直流電,導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,同步電機的基本工作原理,

2、導(dǎo)體感應(yīng)電動勢,與導(dǎo)體所在處的氣隙磁通密度、長度和相對運動速度有關(guān),同步電機的基本工作原理,感應(yīng)電動勢的方向,用右手定則判斷； 圖中所示時刻電動勢的方向為出紙面,同步電機的基本工作原理,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一周，定子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢正負交變一個周期。 帶上負載則可以輸出電能,同步電機的基本工作原理,轉(zhuǎn)速n1的單位為r/min,對于p對極的電機而言，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一周，定子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢正負交變p個周期,同步電機的基本工作原理,同步電動機的基 本原理,定子通電形成旋轉(zhuǎn)磁場，等效為旋轉(zhuǎn)的磁極,同步電機的基本工作原理,極對數(shù)p一定時，定子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的頻率f 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1有嚴格的關(guān)系，稱為同步關(guān)系。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1稱

3、為同步轉(zhuǎn)速。 這種電機稱為同步電機,異步電機的工作原理,籠型異步電機,異步電機的工作原理,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n是否會等于定子磁場的轉(zhuǎn)速n1 ,不會，否則無法感應(yīng)電動勢，不會有電流，不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子磁場轉(zhuǎn)速n1之間沒有嚴格的同步關(guān)系，所以稱為異步電機,交流繞組,由交流電機的工作原理可見，交流繞組是電機進行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢； 產(chǎn)生磁動勢,對交流繞組的要求,導(dǎo)體數(shù)一定情況下，能產(chǎn)生較大的基波電動勢和磁動勢； 三相繞組感應(yīng)電動勢對稱； 三相繞組阻抗相等； 電動勢和磁動勢的波形盡可能接近正弦； 較好的散熱，一定的絕緣強度； 工藝簡單、維護方便,交流繞組的電動勢和磁動勢,研究交

4、流繞組的感應(yīng)電動勢和產(chǎn)生磁動勢的問題。 同步電機、異步電機都存在這些共同問題。 先研究繞組和電動勢問題，以同步發(fā)電機為對象,交流繞組的電動勢,交流電機的繞組是由放置在鐵心槽中的導(dǎo)體通過一定的方式聯(lián)結(jié)而成的,導(dǎo)體,線匝,線圈,線圈組,相繞組,由簡單到復(fù)雜,交流繞組的構(gòu)成,交流繞組的電動勢,繞組聯(lián)結(jié)的原則 盡量充分利用導(dǎo)體（產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢盡可能大）。 電動勢質(zhì)量好。 波形接近正弦 三相對稱 節(jié)省材料,5.2 三相單層集中整距繞組及其電動勢,導(dǎo)體感應(yīng)電動勢,與導(dǎo)體所在處的氣隙磁通密度b 、導(dǎo)體長度 l 和相對運動速度 v 有關(guān),對于確定的電機而言，長度和轉(zhuǎn)速都是確定的，所以著重分析氣隙磁通密度,導(dǎo)

5、體感應(yīng)電動勢,為方便進行數(shù)學(xué)描述，建立直角坐標(biāo)系 在轉(zhuǎn)子表面； 原點、橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo),規(guī)定物理量的參考方向 氣隙磁通由轉(zhuǎn)子進入定子方向為正，相應(yīng)的磁通密度也為正； 電動勢以出紙面方向為正,導(dǎo)體感應(yīng)電動勢,勵磁磁動勢FfNf If 產(chǎn)生氣隙磁場，用氣隙磁通密度 b 表示,導(dǎo)體感應(yīng)電動勢,氣隙磁通密度的空間分布為平頂波,諧波分析 應(yīng)用疊加定理； 由磁通密度波形的特點，可知傅里葉級數(shù)分解后，只含有奇數(shù)次的正弦項,導(dǎo)體感應(yīng)電動勢,氣隙磁通密度可以表示為,分別研究各次磁通密度的作用，再綜合,可以看成是導(dǎo)體以角速度 向著與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的方向運動,導(dǎo)體的基波感應(yīng)電動勢,t0時,t 時刻,為基波感應(yīng)電動勢的有

6、效值,為導(dǎo)體,A,基波感應(yīng)電動勢的最大值,導(dǎo)體的基波感應(yīng)電動勢,習(xí)慣上采用每極磁通量來計算電動勢,1 為氣隙基波每極磁通量； p 為極距,導(dǎo)體的基波感應(yīng)電動勢,電角度與機械角度,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一對極，定子感應(yīng)電動勢就交變一次，即經(jīng)過360,電角度與機械角度,在電機學(xué)中，將一對極在空間上占據(jù)的機械角度定義為360，稱為空間電角度，用 表示。 原來的空間一周對應(yīng)的360 ，稱為空間機械角度，用 表示,結(jié)論,空間上正弦分布的磁通密度波，通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了時間上正弦變化的電動勢。 轉(zhuǎn)子在一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的空間電角度和電動勢在時間上經(jīng)過的角度相等，即轉(zhuǎn)子在空間上轉(zhuǎn)過多少電角度，電動勢就在時間上經(jīng)過了多少電角度,

7、導(dǎo)體的基波感應(yīng)電動勢,與導(dǎo)體A相距一個角度的導(dǎo)體B的感應(yīng)電動勢,t 時刻,eB1與eA1的有效值相同，但相位不同,導(dǎo)體的基波感應(yīng)電動勢,結(jié)論,導(dǎo)體B 與導(dǎo)體A 在空間上相差 電角度，它們的感應(yīng)電動勢在時間上也相差 電角度,順著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向看，空間上超前，則感應(yīng)電動勢在時間上滯后,導(dǎo)體的諧波感應(yīng)電動勢,同理也可以得到5次、7次等各次諧波電動勢,整距線匝的感應(yīng)電動勢,線匝,整距線匝的感應(yīng)電動勢,要使線匝的感應(yīng)電動勢最大，應(yīng)選節(jié)距等于一個極距的兩根導(dǎo)體聯(lián)結(jié)成線匝。 節(jié)距等于一個極距，稱為整距,節(jié)距可以不等于一個極距，可以形成短距或者長距,整距線匝的感應(yīng)電動勢,整距線匝的基波感應(yīng)電動勢有效值為,整距

8、線圈的感應(yīng)電動勢,多個同樣的線匝構(gòu)成線圈。 整距線圈就是多匝的整距線匝，各線匝之間相互絕緣,線圈的匝數(shù)為Nk（即Nk個線匝串聯(lián),整距線圈的基波感應(yīng)電動勢有效值為,三相單層集中整距繞組,沿著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向看，空間上超前，則感應(yīng)電動勢在時間上滯后,三相對稱的交流電動勢 三相有效值相同； A相電動勢超前B相120電角度，B相超前C相120電角度,三相單層集中整距繞組,三相單層集中整距繞組,三相繞組可以聯(lián)結(jié)成星形或者三角形,三相單層集中整距繞組,星形聯(lián)結(jié)時，線電動勢中不含有3次或3的倍數(shù)次諧波電動勢,3次諧波電動勢,三相單層集中整距繞組,三角形聯(lián)結(jié)時，線電動勢中不含有3次或3的倍數(shù)次諧波電動勢，但有循

9、環(huán)電流，產(chǎn)生損耗,三相單層集中整距繞組,三相單層集中整距繞組，非常簡單,繞組集中，發(fā)熱集中，散熱困難。 鐵心表面有很多空間沒有利用，不經(jīng)濟。 電動勢的波形不好,5.3 三相單層分布繞組及其電動勢,為充分利用空間，沿圓周均布多根導(dǎo)體,電動勢盡可能大 三相對稱,以p2，定子上均勻分布24槽為例進行說明。 （定子槽數(shù)Q24,三相單層分布繞組,電動勢星形相量圖,槽距角 相鄰兩個槽之間相距的空間電角度,三相單層分布繞組,分相,相帶每極下每相占有的區(qū)域,60相帶,每極每相槽數(shù)q,m為相數(shù),三相單層分布繞組,繞組展開圖,三相單層分布繞組,繞組展開圖,相繞組的聯(lián)結(jié)（并聯(lián)支路數(shù),最大并聯(lián)支路數(shù)ap,根據(jù)分相的結(jié)

10、果對線圈邊進行聯(lián)結(jié)，形成線圈組。 每一對極下形成一個線圈組，共p個線圈組,三相單層分布繞組,整距分布線圈組電動勢的計算,三相單層分布繞組,整距分布線圈組電動勢的計算,kd1稱為基波分布因數(shù),三相單層分布繞組,在線圈集中在一起時的電動勢基礎(chǔ)上乘上基波分布因數(shù)kd1 。 也可看成線圈仍集中在一起，但有效匝數(shù)減小為qNkkd1,對于 次諧波,三相單層分布繞組,整距分布相繞組電動勢的計算,每相每支路串聯(lián)匝數(shù),線圈組,相繞組,線圈,基波,三相單層分布繞組,諧波電動勢,線圈組,相繞組,三相單層分布繞組的特點,線圈數(shù)（槽數(shù) Q 的一半） 最大并聯(lián)支路數(shù)（極對數(shù)p） 每相每支路串聯(lián)匝數(shù),三相單層分布繞組,優(yōu)點

11、 有效利用鐵心表面空間； 可以削弱繞組的諧波電動勢； 每個槽內(nèi)只有一個線圈邊，嵌線方便； 便于散熱,10kW以下的三相異步電動機采用,缺點 單層分布繞組不能任意短距，無法利用短距進一步削弱諧波電動勢，改善電動勢的波形,5.4 三相雙層分布短距繞組及其電動勢,為了進一步削弱諧波電動勢，使電動勢波形接近正弦。 采用雙層分布短距繞組，利用短距來進一步改善電動勢波形,三相雙層分布短距繞組,雙層繞組是在每個槽中放置兩個線圈邊，線圈的一個邊在一個槽的上層，另一邊則在另外一個槽的下層。 各線圈的構(gòu)成相同,節(jié)距不受限制，可取為需要的值,三相雙層分布短距繞組,雙層疊繞組,短距線圈的感應(yīng)電動勢,線圈節(jié)距 y1y,

12、y為短距比，是線圈節(jié)距與極距之比,短距線圈的感應(yīng)電動勢,基波感應(yīng)電動勢,為基波節(jié)距因數(shù),短距線圈的感應(yīng)電動勢,短距時，基波短距因數(shù) kp1 總小于1，所以短距使線圈的基波電動勢減小，在整距線圈電動勢的基礎(chǔ)上乘上kp1 。 也可以理解為線圈仍為整距，但是其匝數(shù)不是Nk ，而是Nkkp1,諧波感應(yīng)電動勢,為 次諧波節(jié)距因數(shù),三相雙層分布短距繞組,如何來聯(lián)結(jié)導(dǎo)體，形成三相雙層分布短距繞組,以極對數(shù)為2、定子上均勻分布36槽為例進行說明,三相雙層分布短距繞組,電動勢星形相量圖,槽距角,p2，Q36,每極每相槽數(shù),三相雙層分布短距繞組,電動勢星形相量圖,每個相量表示的是每個線圈的電動勢相量。 線圈數(shù)等于槽數(shù),分相,將線圈劃分給三相。 60相帶法 120相帶法,三相雙層分布短距繞組,節(jié)距的選擇,短1/3節(jié)距，可以完全消除3次諧波,需要削弱的主要是5、7次諧波電動勢,短1/5節(jié)距，可以完全消除5次諧波,三相雙層分布短距繞組,繞組展開圖,每相在每極下有一個線圈組極相組。 極相組數(shù)2p。最大并聯(lián)支路數(shù)2p,三相雙層分布短距繞組,基波感應(yīng)電動勢,極相組的感應(yīng)電