第二篇 交流電機的共同問題

1、第二篇 交流電機的共同問題（1 1）交流繞組基本概念和構成原理）交流繞組基本概念和構成原理 （2 2）交流繞組的感應電動勢的波形、頻率、大?。┙涣骼@組的感應電動勢的波形、頻率、大小 （3 3）交流繞組磁動勢的時空概念）交流繞組磁動勢的時空概念（1 1）電角度概念）電角度概念（2 2）交流繞組磁勢的時空概念）交流繞組磁勢的時空概念 難點內容：難點內容：重點內容：重點內容：第二篇 交流電機的共同問題2.1 2.1 交流繞組的構成原則和分類交流繞組的構成原則和分類2.2 2.2 三相雙層繞組三相雙層繞組2.4 2.4 交流繞組的感應電動勢交流繞組的感應電動勢2.6 2.6 單相繞組的磁動勢單相繞組的

2、磁動勢2.7 2.7 三相繞組的磁動勢三相繞組的磁動勢2.3 2.3 三相單層繞組三相單層繞組第二篇 交流電機的共同問題2.1 2.1 交流繞組的構成原則和分類交流繞組的構成原則和分類一、構成原則一、構成原則(1)(1)合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正弦形、幅值要大；弦形、幅值要大；(2)(2)對三相繞組，各相的電動勢和磁動勢要對稱，對三相繞組，各相的電動勢和磁動勢要對稱，電阻、電抗要平衡；電阻、電抗要平衡；(3)(3)繞組的銅耗要小，用銅量要小；繞組的銅耗要小，用銅量要?。?4)(4)絕緣要可靠，機械強度、散熱條件要好，絕緣要可靠，機械強度、散熱條

3、件要好，制造要方便。制造要方便。第二篇 交流電機的共同問題 二、分類二、分類按相數(shù)：按相數(shù)：單相和多相繞組；按槽內層數(shù)：按槽內層數(shù)：單層和雙層； 按每極下每相槽數(shù)：按每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分數(shù)槽； 按繞法：按繞法：疊繞組和波繞組。第二篇 交流電機的共同問題定子鐵心定子鐵心第二篇 交流電機的共同問題定子繞組定子繞組第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題定子鐵心和繞組定子鐵心和繞組第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題橫截面橫截面U1X1V1Y1Z1W1U1 V1 W1X1 Y1 Z1 流出為負流出為負 流入為正流入為正 第二篇 交流電機的共同問題U V WU1X1V

4、1Y1Z1W1i1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 時時i1 = 0，i2 0， i3 0NSIm tOi1第二篇 交流電機的共同問題 t = 0O 時時i1 = 0，i2 0， i30U1X1V1Y1Z1W1NS t = 120O 時時i10，i2 = 0，i3 0U1X1V1Y1Z1W1NS第二篇 交流電機的共同問題U1X1V1Y1Z1W1U1X1V1Y1Z1W1NS t = 240O 時時i1 0，i20，i3 = 0 t = 360O 時時i1= 0，i2 0，i30NS第二篇 交流電機的共同問

5、題i 變化一周變化一周i 每秒鐘變化每秒鐘變化 50 周周i 每分鐘變化每分鐘變化 (5060) 周周 旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉一圈旋轉磁場轉旋轉磁場轉 50 圈圈旋轉磁場轉旋轉磁場轉 3000 圈圈 (2) 旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速 n0 同步轉速同步轉速 n0 = 3000 = 60 f1 (r / min)第二篇 交流電機的共同問題U1U2V1V2W2W1每相繞組由每相繞組由一個線圈組成一個線圈組成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成線圈串聯(lián)組成第二篇 交流電機的共同問

6、題U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0O 時時 i1 = 0，i2 0， i3 0 NSNS 磁極對數(shù)磁極對數(shù) p p = 2 電流變化一周電流變化一周 旋轉磁場轉旋轉磁場轉半半圈圈 n0 = 1 500 當磁極對數(shù)當磁極對數(shù) p = 3 時時 n0 = 1 000 60 f1 2= 60 f1 3=60 f1pn0 =第二篇 交流電機的共同問題 f = 50 Hz 時：時： 1 2 3 4 5 6 3 000 1 500 1 000 750 600 500 pn0/(r/min) (3) 旋轉磁場的轉向旋轉磁場的轉向 ( n0 的的方向方向) U (i1) V(i2)

7、 W(i3) 由超前相轉向滯后相。由超前相轉向滯后相。 由通入繞組中的電流的相序決定的。由通入繞組中的電流的相序決定的。 怎樣改變怎樣改變 n0 的方向的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3)第二篇 交流電機的共同問題2.2 2.2 三相雙層繞組三相雙層繞組（1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時采用分布繞組，以 改善電動勢和磁動勢的波形；（3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強機械強度。（2）所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；*10kW以上電機，一般采用雙層繞組*雙層繞組中，線圈數(shù)正好等于槽數(shù)*雙層繞組的優(yōu)點：第二篇 交流電機的共同問題一、基本概念1 1、極距、極距相鄰兩個磁極軸線間沿著定子

8、鐵心表面所跨過的距離，一般用槽數(shù)表示。 =Q/2p第二篇 交流電機的共同問題2 2、繞組元件、有效邊、端接線、繞組元件、有效邊、端接線繞組元件：用繞線模具制成一定形狀的單匝或多匝線圈。有效邊：放在電機定子槽內的繞組直線部分，能量轉換。端接線：兩個有效邊之間的聯(lián)線。3 3、線圈節(jié)距、線圈節(jié)距y1繞組兩個有效邊之間的距離，用槽數(shù)表示。為了得到盡可能大的電勢、磁勢，y1應接近于y1=，整距繞組y1，長距繞組第二篇 交流電機的共同問題4 4、電角度、電角度機械角度：電機圓周的幾何角度電角度：定子導體中感生電勢變化所對應的角度。定子導體中電勢變化一個周期，為360o電角度。對于p對極，機械上旋轉一周，導

9、體電勢變化p個周期則：電角度=p*機械角度5 5、每極每相槽數(shù)、每極每相槽數(shù)q qq=1，集中繞組q1，分布繞組2Qqpm通常q個繞組元件聯(lián)成一組，稱為一個極相組極相組。第二篇 交流電機的共同問題6 6、槽距角、槽距角7 7、相帶、相帶每極下每相所占有的區(qū)域，用電角度表示。相鄰兩槽間電角度： 360pQ此角亦是相鄰槽中導體感應電動勢的相位差。8 8、槽電勢星形圖、槽電勢星形圖每槽導體電勢用一矢量表示，由此做出全部槽的電勢，構成的星形圖形。第二篇 交流電機的共同問題定子每極每相槽數(shù)： 3322362pmQq式中， Q 定子槽數(shù)； p 極對數(shù)； m 相數(shù)。相鄰兩槽間電角度： 20363602360

10、Qp二、槽電動勢星形圖和相帶劃分3m42p36Q 現(xiàn)以一臺相數(shù) ，極數(shù) ，槽數(shù) 的定子來說明槽內導體的感應電動勢和屬于各相的導體（槽號）是如何分配的。第二篇 交流電機的共同問題槽電動勢的星形圖槽電動勢的星形圖 AZBXCY三相雙層繞組槽電勢星形圖三相雙層繞組槽電勢星形圖(36,24)Qp第二篇 交流電機的共同問題 同理，B 相距離A 相1200 電角度處,C 相距離A 相2400電角度處，可按圖所劃分的相帶連成B、C兩相繞組。由此可得到一個三相對稱繞組。 將四個線圈組按一定規(guī)律連接，即可得A相繞組。第二篇 交流電機的共同問題相帶相帶槽號槽號極對極對ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910

11、,11,12 13,14,15 16,17,1819,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36第一對極下第一對極下（1 1槽槽-18-18槽）槽）第二對極下第二對極下（1919槽槽-36-36槽）槽）表4-1 各個相帶的槽號分布 第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題槽數(shù)槽數(shù)=36=36極距極距=9=9節(jié)距節(jié)距=9=9第二篇 交流電機的共同問題槽數(shù)槽數(shù)=36=36極距極距=9=9節(jié)距節(jié)距=9=9第二篇 交流電機的共同問題槽數(shù)槽數(shù)=36=36極距極距=9=9節(jié)距節(jié)距=9=9極相組極相組A A1 1極相組極相組A A2 2極

12、相組極相組X X1 1極相組極相組X X2 2第二篇 交流電機的共同問題槽數(shù)槽數(shù)=36=36極距極距=9=9節(jié)距節(jié)距=9=9第二篇 交流電機的共同問題槽數(shù)槽數(shù)=36=36極距極距=9=9節(jié)距節(jié)距=8=8第二篇 交流電機的共同問題三、繪制繞組展開圖繪制繞組展開圖的步驟是：繪制繞組展開圖的步驟是： a a、繪制槽電動勢星型圖、繪制槽電動勢星型圖 b b、劃分相帶、劃分相帶 c c、將各相線圈按一定規(guī)律連接成對稱三相繞組。、將各相線圈按一定規(guī)律連接成對稱三相繞組。根據(jù)線圈的形狀和連接規(guī)律，根據(jù)線圈的形狀和連接規(guī)律，雙層繞組可分為疊繞組和波雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩類。繞組兩類。第二篇 交流電機的

13、共同問題1 1、雙層疊繞組、雙層疊繞組任何兩個相鄰線圈的都是后一個疊在前一個上面的，任何兩個相鄰線圈的都是后一個疊在前一個上面的，稱為稱為疊繞組疊繞組。例如，繪制例如，繪制4 4極三相極三相3636槽的雙層疊繞組展開圖。槽的雙層疊繞組展開圖。第二篇 交流電機的共同問題三相雙層疊繞組的A繞組的展開圖第二篇 交流電機的共同問題 -1-2-3- -10-11-12-19-20-21- -28-29-30-A A相繞組線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）相繞組線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）123192021101112282930兩條并聯(lián)支路兩條并聯(lián)支路1A1X2A2XXXAA1A1X2A2X第二篇 交流電機的

14、共同問題2、波繞組第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題 2.3 2.3 三相單層繞組三相單層繞組第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題二、單層鏈式繞組第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題 2.4 2.4 正弦磁場下交流繞組的感應電動勢正弦磁場下交流繞組的感應電動勢一、導體的感應電動勢1、電動勢的波形tEtlvBblvesin2sin112、正弦電動勢的頻率感應電動勢的頻率： 60pnf 同步轉速： pfn60第二篇 交流電機的共同問題3、導體電動勢的有效值 lBlBav12 將將 代入上式得導體電動勢代入上式得導體電動勢

15、為為 1122. 2222flBfElfBflBE11222222pvRRfpp 第二篇 交流電機的共同問題 二、整距線圈的電動勢11112EEEEc匝電勢匝電勢11)1(144. 42fEEcNc單匝線圈電動勢的有效值單匝線圈電動勢的有效值cN1144. 4ccfNE 線圈有線圈有 匝，則線圈電動勢為匝，則線圈電動勢為第二篇 交流電機的共同問題三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距短距線圈的節(jié)距 ，用電角度表示時，用電角度表示時，節(jié)距為節(jié)距為 1y1801y單匝線圈的電動勢為單匝線圈的電動勢為 111110EEEEEc據(jù)相量圖中的幾何關系，得單匝線圈電動勢

16、。據(jù)相量圖中的幾何關系，得單匝線圈電動勢。第二篇 交流電機的共同問題1111144. 490sin22180cos2pfkyEE 為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線圈短距時感應為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線圈短距時感應電動勢比整距時應打的折扣：電動勢比整距時應打的折扣：1pk90sin1)(1)(1111yEEkycycp其有效值其有效值 為為) 1(1cNcE第二篇 交流電機的共同問題四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)考察一個極相組內考察一個極相組內q q個線圈的合成電動勢個線圈的合成電動勢E Eq1q1E Ec2c2E Ec1c1E Ec3c3極相組的

17、合成電動勢第二篇 交流電機的共同問題 q個線圈的合成電動勢個線圈的合成電動勢E Eq1q1為為2sin21qREq式中式中， 外接圓半徑。外接圓半徑。2sin21cER 把把R R代入上式，得代入上式，得 11111sinsin22sinsin22qcccdqqEEqEqE kq第二篇 交流電機的共同問題 式中式中， q個線圈電動勢的代數(shù)和；個線圈電動勢的代數(shù)和； 1cqE 繞組的基波分布因數(shù)，繞組的基波分布因數(shù)， 2sin2sin111qqqEEkcqd1dkk kd1d1的意義的意義：由于繞組分布在不同的槽內，使得：由于繞組分布在不同的槽內，使得q q個個分布線圈的合成電動勢分布線圈的合成

18、電動勢qEqEc1c1小于小于q q個集中線圈的合個集中線圈的合成電動勢成電動勢E Eq1q1，由此所引起的折扣，由此所引起的折扣k kd1d111。第二篇 交流電機的共同問題一個極相組的電動勢為一個極相組的電動勢為111111)(44. 444. 4wcdpcqkqNfkkfNqE式中，式中， q q個線圈的總匝數(shù)；個線圈的總匝數(shù)； cqN繞組的基波繞組因數(shù)。繞組的基波繞組因數(shù)。111dpwkkk k kw1w1的意義：既考慮繞組短距、又考慮繞組分布時，的意義：既考慮繞組短距、又考慮繞組分布時，整個繞組的合成電動勢所須的總折扣。整個繞組的合成電動勢所須的總折扣。第二篇 交流電機的共同問題 交

19、流電機模型圖（交流電機模型圖（A A相相集中繞組）集中繞組）第二篇 交流電機的共同問題1. 1. 磁動勢表示方法磁動勢表示方法線圈中通入電流線圈中通入電流( (i i00）所產(chǎn)生的磁場分布圖所產(chǎn)生的磁場分布圖鏈接單個線圈產(chǎn)生磁動勢圖鏈接單個線圈產(chǎn)生磁動勢圖第二篇 交流電機的共同問題線圈磁動勢的空間分布線圈磁動勢的空間分布在定子內圓表面建立空間坐標，以在定子內圓表面建立空間坐標，以A A相繞組軸線與定子相繞組軸線與定子內表面的交點作為空間坐標的原點，用空間電角度內表面的交點作為空間坐標的原點，用空間電角度表示。把氣隙圓周展成直線，讓橫坐標表示沿氣隙圓表示。把氣隙圓周展成直線，讓橫坐標表示沿氣隙圓

20、周方向的空間距離。周方向的空間距離。第二篇 交流電機的共同問題n正磁勢規(guī)定：磁感應線方向是出定子進轉子為正值。正磁勢規(guī)定：磁感應線方向是出定子進轉子為正值。第二篇 交流電機的共同問題結論：結論： 通入電流的線圈，它所產(chǎn)生的氣隙磁動勢沿圓周通入電流的線圈，它所產(chǎn)生的氣隙磁動勢沿圓周分布是一個矩形波，在通電流的線圈處，氣隙磁動分布是一個矩形波，在通電流的線圈處，氣隙磁動勢發(fā)生突跳。勢發(fā)生突跳。 不計鐵心磁壓降，每個空氣隙所消耗的磁動勢等于不計鐵心磁壓降，每個空氣隙所消耗的磁動勢等于整個磁路磁動勢的一半，為整個磁路磁動勢的一半，為 N Nc ci/2i/2，即：即：1212( )223( )22kc

21、kcffN iffN i 到：到：第二篇 交流電機的共同問題第二篇 交流電機的共同問題02232AAX轉子定子Af12ciN02232f12kiN4 12ciN3次諧波5次諧波44 14 1( )cos( )cos(3 )cos(5 )35kkkffff 第二篇 交流電機的共同問題結論結論: : 1 1. .基波磁動勢的幅值為基波磁動勢的幅值為4/f4/fk k，是矩形波磁動勢的是矩形波磁動勢的4/4/倍倍44 14 1( )cos( )cos(3 )cos(5 )35kkkffff第二篇 交流電機的共同問題 當線圈電流交變時，線圈磁勢在空間上沿氣隙分布仍是矩當線圈電流交變時，線圈磁勢在空間上

22、沿氣隙分布仍是矩形，而且軸線固定不動，但其幅值在時間上按余弦規(guī)律變化，形，而且軸線固定不動，但其幅值在時間上按余弦規(guī)律變化，也就是說整個磁勢波不能移動而只能脈振。也就是說整個磁勢波不能移動而只能脈振。第二篇 交流電機的共同問題結論：結論：1)1)單個線圈當通入交流電流時所產(chǎn)生的磁動勢波是一個在空間按單個線圈當通入交流電流時所產(chǎn)生的磁動勢波是一個在空間按矩形波分布、波的位置在空間不動、但波幅的大小和正負隨時間在變化的矩形波分布、波的位置在空間不動、但波幅的大小和正負隨時間在變化的磁動勢波，稱該種磁動勢為脈振磁勢。磁動勢波，稱該種磁動勢為脈振磁勢。2)2)線圈磁勢除包含基波磁勢外，還包含有線圈磁勢

23、除包含基波磁勢外，還包含有 3 3、5 5、7 7 等諧波磁勢分量等諧波磁勢分量。2cosciItA相電流表達式相電流表達式11(2cos)4( , )coscoscos2ccANItftFtA相脈振磁勢表達式相脈振磁勢表達式1420 .92ccccFNINIA相脈振磁勢幅值相脈振磁勢幅值第二篇 交流電機的共同問題11( , )cos(120 )cos(120 )BftFt1( , )cos(240 )cos(240 )CftFtB相電流建立的磁場的磁極與對稱軸iB iB 相磁勢空間分布波形第二篇 交流電機的共同問題4. 4. 脈振磁動勢分解為兩個旋轉磁動勢脈振磁動勢分解為兩個旋轉磁動勢 結論

24、：結論：1) 1) 一個脈振磁動勢波，可分解為兩個波長與原脈振波完全一個脈振磁動勢波，可分解為兩個波長與原脈振波完全相同相同，分別朝相反方向旋轉的旋轉波，旋轉角速度（分別朝相反方向旋轉的旋轉波，旋轉角速度（）與與脈振波的脈振頻率（脈振波的脈振頻率（f f）有關，每個旋轉波的幅值是原脈振有關，每個旋轉波的幅值是原脈振波的一半。波的一半。 2) 2) 當線圈中電流為正的最大值時，脈振波的波幅為正的當線圈中電流為正的最大值時，脈振波的波幅為正的最大值，此時兩個旋轉波的正波幅正好轉到最大值，此時兩個旋轉波的正波幅正好轉到=0=0的位置，的位置，即在通電線圈的軸線處，兩個旋轉波重疊在一起。即在通電線圈的

25、軸線處，兩個旋轉波重疊在一起。鏈接脈振磁場動畫鏈接脈振磁場動畫第二篇 交流電機的共同問題5. 5. 線圈的分布和短距對磁勢的影響線圈的分布和短距對磁勢的影響 一. 線圈分布的影響在交流繞組中，每相繞組都是由若干個線圈串聯(lián)或在交流繞組中，每相繞組都是由若干個線圈串聯(lián)或并聯(lián)組成。各線圈依次沿圓周錯開一個槽（槽距角并聯(lián)組成。各線圈依次沿圓周錯開一個槽（槽距角 1 1）。）。對基波錯開一個槽（槽距角對基波錯開一個槽（槽距角 1 1）對對v v次諧次諧波錯開電角度波錯開電角度v v 1 1用矢量相加可以求得該線圈組磁勢的用矢量相加可以求得該線圈組磁勢的v v次諧波幅值次諧波幅值360pQ分布繞組排布圖分

26、布繞組排布圖第二篇 交流電機的共同問題1 2321多線圈的空間位置Fcv1Fcv2Fcv3v1v1V次諧波矢量v1v1Fcv1Fcv2Fcv3FqvV次諧波矢量合成顯然，F(xiàn)qvqFcv, 這一效應可用分布系數(shù)Kqv表示：1122sinsinqvqvqvvcvFKqFq第二篇 交流電機的共同問題11212sinsinqqKq基波分布系數(shù)：Kqv隨v的次數(shù)增加而明顯衰減，可見，分布繞組可以有效削弱諧波磁勢。第二篇 交流電機的共同問題二. 線圈短距的影響在交流繞組中，在交流繞組中，相對節(jié)距：相對節(jié)距：1y短距線圈比整距線圈縮短的距離為：短距線圈比整距線圈縮短的距離為：1y11y yyvyFKF122cosvycFF短距系數(shù)：短距系數(shù)：其中：其中：第二篇 交流電