總復(fù)習(xí)_2013_交流繞組及同步發(fā)電機(jī)基本電磁關(guān)系

1、同步電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)同步電機(jī)：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步電機(jī)：是一種旋轉(zhuǎn)的交流電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與與電動勢頻率電動勢頻率 f 之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。對同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電動勢頻率對同步發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電動勢頻率 f 滿足滿足對同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足對同步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速滿足 )(60Hzpnf min)/(60rpfn 同步電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)同步電機(jī)的基本知識及結(jié)構(gòu)NSAZBXCY1n.交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念電角度、每極每相槽數(shù)、槽間角、相帶、極距、節(jié)距；電角度、每極每相槽數(shù)

2、、槽間角、相帶、極距、節(jié)距；集中繞組、分布繞組集中繞組、分布繞組整距繞組、短距繞組整距繞組、短距繞組三相單層繞組三相單層繞組說明：說明：對于單層繞組，每對極對于單層繞組，每對極下每相有下每相有1 1個線圈組，每個線圈個線圈組，每個線圈組由組由 q q 個線圈串聯(lián)組成；個線圈串聯(lián)組成；p p 對極電機(jī)每相共有對極電機(jī)每相共有 p p 個個線圈組。最大可能并聯(lián)支路數(shù)線圈組。最大可能并聯(lián)支路數(shù)整距繞組整距繞組 感應(yīng)電動勢、磁動勢感應(yīng)電動勢、磁動勢三相雙層繞組三相雙層繞組說明：說明：對于雙層繞組，每對極對于雙層繞組，每對極下每相有下每相有2 2個線圈組，每個線圈個線圈組，每個線圈由由 q q 個線圈串

3、聯(lián)組成；個線圈串聯(lián)組成；p p 對極電機(jī)每相共有對極電機(jī)每相共有 2p 2p 個線個線圈組。最大可能并聯(lián)支路數(shù)圈組。最大可能并聯(lián)支路數(shù)交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢NSAZBXCY1n.交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢頻率頻率60pnf 6060npnpf交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢導(dǎo)體電動勢導(dǎo)體電動勢fvEa22. 2線圈電動勢線圈電動勢4.44ccyEf N k)90(sinyky交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢線圈組電動勢線圈組電動勢4.444.44qcyqcwEf qN k kf qN k2sin2sin11qqkqqywkkk交流繞組的感應(yīng)電動勢

4、交流繞組的感應(yīng)電動勢繞組電動勢繞組電動勢4.44wEf Nk2cpqNNacpqNNa交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢12252321EEEEEEYEEEEl272521322230eae1ae3aewt2.22aEvf22230ece1ce3cewt4.44ccEf N4.44ccyEfN k波形改善、向正弦波趨進(jìn)波形改善、向正弦波趨進(jìn)波形進(jìn)一步改善、向正弦波進(jìn)一步趨進(jìn)波形進(jìn)一步改善、向正弦波進(jìn)一步趨進(jìn)4.44qcwEfqN k例例 題題整距線圈的磁動勢整距線圈的磁動勢AXAX定子轉(zhuǎn)子fc202- 若線圈中電流按余弦規(guī)律變化，即若線圈中電流按余弦規(guī)律變化，即tIicccos21,3,

5、5,ccftfcoscoscos42 1(sin)coscos22cccmccfFFtI Nt整距線圈的磁動勢：整距線圈的磁動勢： 矩形波矩形波 脈振磁動勢脈振磁動勢 基波磁動勢的矢量表示法：基波磁動勢的矢量表示法： 基波磁動勢在空間按余弦規(guī)律分布，可用空間矢量基波磁動勢在空間按余弦規(guī)律分布，可用空間矢量 來表示來表示（ 上加一橫表示空間矢量，以區(qū)別于時間相量上加一橫表示空間矢量，以區(qū)別于時間相量)，矢量的長度代表基波磁動勢的幅值，它隨時間而變化，矢量的長度代表基波磁動勢的幅值，它隨時間而變化， 矢量的位置位于線圈的軸線矢量的位置位于線圈的軸線A上，矢量的指向與線圈上，矢量的指向與線圈中電流的

6、方向符合右手螺旋定則，如圖所示中電流的方向符合右手螺旋定則，如圖所示 。1cFAXA1cF整距線圈組的磁動勢整距線圈組的磁動勢fq01231 23整距線圈組的磁動勢表達(dá)式整距線圈組的磁動勢表達(dá)式 1,3,5,qqftfcoscoscos42 1()sincoscos22qqqmccqfFFtI qN kt2sin2sin11qqkq 采用分布繞組后，其合成磁動勢小于集中繞組，需采用分布繞組后，其合成磁動勢小于集中繞組，需要乘以一個小于要乘以一個小于 l 的分布因數(shù)。與交流繞組電動勢類似，的分布因數(shù)。與交流繞組電動勢類似，分布繞組可以削弱磁動勢中的高次諧波以改善磁動勢的分布繞組可以削弱磁動勢中的

7、高次諧波以改善磁動勢的空間分布波形?？臻g分布波形。雙層短距線圈組的磁動勢雙層短距線圈組的磁動勢1,3,5,qqftfcoscoscos42 1(2)coscos2qqqmccyqfFFtIqN k kt)90(sinykyqywkkk短距繞組也可以削弱磁動勢中的高次諧波，改善磁動短距繞組也可以削弱磁動勢中的高次諧波，改善磁動勢的空間分布波形。勢的空間分布波形。一相繞組的磁動勢一相繞組的磁動勢1,3,5,ftfcoscoscos42 1coscos2mWfFFtINktp 11111coscoscos42coscos20.9coscosmwwfFFtINktpINktp交流繞組的磁動勢交流繞組的

8、磁動勢111111cos21cos21coscosfftFtFtFfmmm 交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢(1) (1) 一相繞組的磁動勢為一空間位置固定、幅值隨時一相繞組的磁動勢為一空間位置固定、幅值隨時間變化的脈振磁動勢，脈振的頻率等于電流的頻率，脈間變化的脈振磁動勢，脈振的頻率等于電流的頻率，脈振磁動勢的幅值位于相繞組的軸線上。振磁動勢的幅值位于相繞組的軸線上。 整距線圈、整距線圈組、雙層短距線圈組整距線圈、整距線圈組、雙層短距線圈組(2) (2) 一相繞組的基波一相繞組的基波(或諧波或諧波)脈振磁動勢可以分解成兩脈振磁動勢可以分解成兩個幅值相等，轉(zhuǎn)速相同個幅值相等，轉(zhuǎn)速相同 ，轉(zhuǎn)向相

9、反的旋轉(zhuǎn)磁動勢。，轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢。 交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢三相繞組的磁動勢三相繞組的磁動勢 為研究方便，把三相繞組的每一相用一個等效的為研究方便，把三相繞組的每一相用一個等效的單層整距集中繞組來代替，該等效繞組的匝數(shù)等于實際單層整距集中繞組來代替，該等效繞組的匝數(shù)等于實際一相串聯(lián)匝數(shù)一相串聯(lián)匝數(shù) N 乘以繞組因數(shù)乘以繞組因數(shù) kw1, , kw1 N 稱為一相稱為一相的有效匝數(shù)，三相繞組在空間互差的有效匝數(shù)，三相繞組在空間互差120120度電角度。這一度電角度。這一對極電機(jī)的三相等效繞組示意圖。對極電機(jī)的三相等效繞組示意圖。 +A+B+C=0YCXBZA電流正方向 如果三相等效

10、繞組里通過三相對稱電流，則每相如果三相等效繞組里通過三相對稱電流，則每相均產(chǎn)生一脈振磁動勢；把三個相繞組的均產(chǎn)生一脈振磁動勢；把三個相繞組的磁動勢進(jìn)行磁動勢進(jìn)行合成，即得三相繞組的合成磁動勢。合成，即得三相繞組的合成磁動勢。 合成的方法：數(shù)學(xué)分析法，矢量合成法。合成的方法：數(shù)學(xué)分析法，矢量合成法。 ABCXYZf0定子轉(zhuǎn)子+A+B+C=0YCXBZA電流正方向時間坐標(biāo)（時軸時間坐標(biāo)（時軸)以以t t軸作為時間軸，軸作為時間軸，A A相電流最大相電流最大作為時間的起點。以逆時針方向作為正方向，用作為時間的起點。以逆時針方向作為正方向，用tt量量度。度。 t 軸軸I II II IA AB BC

11、C)240cos(2)120cos(2cos2tIitIitIiCBA電流仍規(guī)定由繞組末端流向首端為正。電流仍規(guī)定由繞組末端流向首端為正。三相繞組的基波磁動勢三相繞組的基波磁動勢1.1.數(shù)學(xué)分析法數(shù)學(xué)分析法coscos11tFfmA)120cos()120cos(11tFfmB)240cos()240cos(11tFfmC 每相的基波磁動勢均為脈振磁動勢，可以分解成每相的基波磁動勢均為脈振磁動勢，可以分解成兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢。兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢。)120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(21111111111tFtFftFtFftFtFfmmCmmBm

12、mA)cos()cos(23111111tFtFffffmCBA三相繞組的基波磁動勢三相繞組的基波磁動勢三相基波合成磁動勢幅值三相基波合成磁動勢幅值111133 421.35(/)222mwwININFFkkpp安 極2. 2. 矢量合成法矢量合成法 以以+A、+B、+C表示三相繞組的軸線，各相繞組表示三相繞組的軸線，各相繞組基波磁動勢矢量分別位于這三條軸線上，其長度代表基波磁動勢矢量分別位于這三條軸線上，其長度代表基波磁動勢的幅值，與該相電流的瞬時值成正比。按基波磁動勢的幅值，與該相電流的瞬時值成正比。按照電流的規(guī)定正方向由末端指向首端、磁動勢方向與照電流的規(guī)定正方向由末端指向首端、磁動勢方

13、向與電流方向符合右手螺旋定則，即可作出各相基波磁動電流方向符合右手螺旋定則，即可作出各相基波磁動勢矢量圖。勢矢量圖。 將三相基波磁動勢矢量進(jìn)行合成，即得三相基波將三相基波磁動勢矢量進(jìn)行合成，即得三相基波合成磁動勢矢量。合成磁動勢矢量。 A相基波磁動勢的分解相基波磁動勢的分解例如取例如取 瞬間，瞬間，A A相電流為正的最大，此時相電流為正的最大，此時A A相相繞組的基波磁動勢矢量位于繞組的基波磁動勢矢量位于+A+A軸，其幅值為最大軸，其幅值為最大值值 ，如把它分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢，如把它分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢， 朝朝+方向旋轉(zhuǎn)，為正轉(zhuǎn)磁動勢；方向旋轉(zhuǎn)，為正轉(zhuǎn)磁動勢； 朝朝方方向旋轉(zhuǎn)，為向旋轉(zhuǎn)，為反

14、轉(zhuǎn)磁動勢。由于反轉(zhuǎn)磁動勢。由于A A相電流為正的最大值，故相電流為正的最大值，故 都位于都位于 的地方，即的地方，即+A+A軸處，其大小等軸處，其大小等于于 ，如圖所示。如圖所示。0t1mF1AF1AF 11,AAFF 02/1mFABC1F1AF1AF 1BF1CF1BF 1CF B、C相基波磁動勢的分解相基波磁動勢的分解 分別為分別為B B相的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動勢。為確定相的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動勢。為確定 時這兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置，可設(shè)想，如果時這兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢的位置，可設(shè)想，如果 電角度，電角度，B B相電流達(dá)正的最大值，相電流達(dá)正的最大值，B B相脈振磁動勢幅值相脈振磁動勢幅值也為正的最大值也為

15、正的最大值，且位于且位于+B軸線上軸線上( 電角度電角度)，此時分解出的此時分解出的 位于位于+B軸上，其大小等于軸上，其大小等于 。顯然，在顯然，在 這一瞬間，這一瞬間， 應(yīng)按各自的轉(zhuǎn)向退應(yīng)按各自的轉(zhuǎn)向退回回120 120 度度電角度，如圖所示。電角度，如圖所示。類似地，可以做出類似地，可以做出C C相的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動勢相的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁動勢11,BBFF 0t120t1202/1mF11,BBFF 0t11,BBFF 1C1C,FF ABC1F1AF1AF 1BF1CF1BF 1CF 1）三相對稱繞組通入三相對稱電流產(chǎn)生的基波合成磁三相對稱繞組通入三相對稱電流產(chǎn)生的基波合成磁動勢為一幅值不變

16、的旋轉(zhuǎn)磁動勢動勢為一幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁動勢。由于基波磁動勢矢量由于基波磁動勢矢量的端點軌跡是一個圓形，故又稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。的端點軌跡是一個圓形，故又稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。)/(35. 123111極安wmkpIwFF2）三相基波合成磁動勢的幅值為一相基波脈振磁動勢三相基波合成磁動勢的幅值為一相基波脈振磁動勢最大幅值的最大幅值的 3/2 倍，即倍，即 交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢三相繞組的基波磁動勢三相繞組的基波磁動勢)cos(11tFf3）三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序和三三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序和三相繞組在空間上的排列次序?；ê铣纱艅觿菘偸菑碾娤嗬@組在空間上的

17、排列次序。基波合成磁動勢總是從電流超前的相繞組向電流滯后的相繞組方向轉(zhuǎn)動，例如電流超前的相繞組向電流滯后的相繞組方向轉(zhuǎn)動，例如電流相序為流相序為A AB BC C，則基波合成磁動勢按，則基波合成磁動勢按A A軸軸B B軸軸C C軸方向旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)嗬@組中電流相序可以改變旋轉(zhuǎn)磁軸方向旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)嗬@組中電流相序可以改變旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向。動勢的轉(zhuǎn)向。pfn604）三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速與電流頻率保持嚴(yán)格不）三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速與電流頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)系，即變的關(guān)系，即該轉(zhuǎn)速即為同步速。該轉(zhuǎn)速即為同步速。5）當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時，基波合成磁動勢的波幅）當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時，基波合成磁動勢

18、的波幅剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，磁動勢的方向與繞組中電剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，磁動勢的方向與繞組中電流的方向符合右手螺旋定則。流的方向符合右手螺旋定則。 三相繞組的三的倍數(shù)次諧波合成磁動勢等于零，三相繞組的三的倍數(shù)次諧波合成磁動勢等于零，即三相對稱繞組通入三相對稱電流時，不存在即三相對稱繞組通入三相對稱電流時，不存在3、9、1515次諧波合成磁動勢。次諧波合成磁動勢。 三相繞組的諧波磁動勢三相繞組的諧波磁動勢交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢 三相繞組的三次諧波合成磁動勢等于零。三相繞組的三次諧波合成磁動勢等于零。 三相五次諧波合成磁動勢是一幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動勢。三相五次諧波合成磁動勢是一幅值

19、恒定的旋轉(zhuǎn)磁動勢。 旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值等于一相脈振磁動勢五次諧波最大旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值等于一相脈振磁動勢五次諧波最大幅值的幅值的 3/2 3/2 倍，如用基波磁動勢表示，則倍，如用基波磁動勢表示，則 15155wwkkFF 交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢五次諧波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速為基波的五次諧波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速為基波的 1/5 ，轉(zhuǎn)向與基轉(zhuǎn)向與基波的相反。波的相反。 ( (k為正整數(shù)為正整數(shù)) )次諧波合成磁動勢都為旋次諧波合成磁動勢都為旋轉(zhuǎn)磁動勢，旋轉(zhuǎn)方轉(zhuǎn)磁動勢，旋轉(zhuǎn)方向與基波的相反，轉(zhuǎn)速為基波向與基波的相反，轉(zhuǎn)速為基波的的 。 16 k) 16/(1k交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢三相七次諧

20、波合成磁動勢是一幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動勢。三相七次諧波合成磁動勢是一幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動勢。 旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值等于一相脈振磁動勢七次諧波最大旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值等于一相脈振磁動勢七次諧波最大幅值的幅值的 3/2 3/2 倍，如用基波磁動勢表示，則倍，如用基波磁動勢表示，則 交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢七次諧波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速為基波的七次諧波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速為基波的 1/7 ，轉(zhuǎn)向與基轉(zhuǎn)向與基波的相同。波的相同。17177wwkkFF ( (k為正整數(shù)為正整數(shù)) )次諧波合成磁動勢都為旋次諧波合成磁動勢都為旋轉(zhuǎn)磁動勢，旋轉(zhuǎn)方轉(zhuǎn)磁動勢，旋轉(zhuǎn)方向與基波的相同，轉(zhuǎn)速為基波向與基波的相同，轉(zhuǎn)速為基波的的 。

21、16 k) 16/(1k交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢交流繞組的磁動勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢矢量合成法矢量合成法實際上，只要兩相以上繞組在空間上有相位差，通入時實際上，只要兩相以上繞組在空間上有相位差，通入時間上有相位差的電流，就可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。間上有相位差的電流，就可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。一般而言，一般而言， 中有一個為零，即為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢；中有一個為零，即為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢； 都不為零，且彼此不相等，即為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁都不為零，且彼此不相等，即為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢；只有當(dāng)動勢；只有當(dāng) 不為零，但二者相等時，才為脈不為零，但二者相等時，才為脈振磁動勢。振磁動勢。 11

22、FF 、11FF 、11FF 、例例 題題 繪制時空相矢圖的基本步驟：繪制時空相矢圖的基本步驟： 1. 1. 轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)子位置 2. 2. 轉(zhuǎn)子位置、感應(yīng)電動勢規(guī)定正方向轉(zhuǎn)子位置、感應(yīng)電動勢規(guī)定正方向 +t +t 軸軸 按余弦規(guī)律變化按余弦規(guī)律變化 3. 3. 內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角 4. 4. 電流規(guī)定正方向、電流規(guī)定正方向、+A +A 軸軸 按余弦規(guī)律變化按余弦規(guī)律變化同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系同步發(fā)電機(jī)的基本電磁關(guān)系1fF0EIaF圖10-3 勵磁磁動勢空間矢量NSA1fF0BAZBXCY1n0E0E1fFAN圖10-5 空載電動勢相位的確定t0EII1fFAN圖10-5 空載電動勢相位的確定t0EI1fFANt0EIaF0BF 0E1fFaF90I0EIaF1fF1fFANt0EIaF0BFadFaqFdIqIcossinaaqaadaqadaFFFFFFF式中adFaqFIdIqIcossinIIIIIIIqdqd式中：例例 題題)()(0saaaaajxrIUxxjrIUx I jx I jr IUExxxasaEIaxIExaaaxx I jr IUEEEaa00EEUIar Ix I jax I jqqddaaqqaddaaqqadd