華中科技大學(xué)電機學(xué)課程設(shè)計

1、電機學(xué)課程設(shè)計單繞組變極雙速異步電機學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化班級學(xué)號一U201111954姓名日期2014年2月20日成績.指導(dǎo)教師-周理兵電機學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書201107 班-周理兵組 19 位同學(xué)用） 2014.1.10課題：單繞組變極雙速三相交流繞組設(shè)計 說明：一臺三相鼠籠型交流異步電動機，定子一套繞組，若采用繞組（引出線） 改接變極調(diào)速實現(xiàn)雙速運行，則稱為單繞組變極雙速交流繞組。任務(wù)要求：（1）定子 48槽， 4/8 極，采用雙層疊繞組，支路數(shù)、相帶和節(jié)距自選；（2）繞組引出線 6 根；（3）畫出兩種極數(shù)下對應(yīng)的槽電勢星型圖和三相繞組聯(lián)接圖；（4）根據(jù)所選節(jié)距和繞組

2、方案，分析兩種極對數(shù)下氣隙基波磁密關(guān)系；（5）計算兩種情況下相應(yīng)的繞組系數(shù)，并分析諧波情況。* 每位同學(xué)必須獨立完成設(shè)計和提交報告；設(shè)計報告必須在下學(xué)期開學(xué)第一周五下午 5 點鐘之前交到電機樓 202；若設(shè)計報告出現(xiàn)雷同（含部分雷同） ，則相互雷同的同學(xué)均取消成績17目錄題目分析】 1變級原理】 1接線方式】 2繪制槽電動勢星型圖】 3分相】 4節(jié)距的分析與確定】 4繪制繞組展開圖】 5分析氣隙基波磁密】 8繞組系數(shù)與諧波分析】 9小結(jié)】 9【題目分析】三相鼠籠型交流異步電動機，轉(zhuǎn)子是鼠籠型，其相數(shù)、極對數(shù)自動與定子 保持一致，異步電動機的轉(zhuǎn)差率s= 3，又因為s很小，這樣n -比二竺。由P

3、此可見，當(dāng)極對數(shù)改變后，異步電動機的轉(zhuǎn)速會發(fā)生改變?！咀兗壴怼繀⒁娬n本電機學(xué)（第三版）中P262-P263有如下的變極原理。如圖1.1有一個四級電機的A像繞組示意圖，在如圖的電流方向 a1x1 f a2x2下，它產(chǎn)生了磁動勢基波級數(shù) 2p=4。如圖1.2改接，即al與x2連接作為首端A，x1與a2相連接，作為末端 X,則它產(chǎn)生的磁動勢基波極數(shù)2p=2，這樣就實現(xiàn)了單繞組變極。圖1.1變極原理2p=4圖1.2變極原理2p=2注：（a） （b）兩個圖 只是說明變極的原理，本題目中單繞組變極雙速要 求引出線是6根，所以其接線不能按照以上的簡單方式。應(yīng)該讓 X，丫，Z三個末 端連接起來，當(dāng)處于8極時

4、選取a=1,使其在A-X的中間引出一根導(dǎo)線作為 A1, 當(dāng)A、B、C接三相電，此時電動機處于8極，慢速運行。當(dāng)將 A、B、C短接， A1、B1、C1接三相電，這樣電機就處于 4極，高速運行。具體如下：【接線方式】常用的單相變極方式有反向法變極和換相法變極，其中反向法變極的接線 方式更為簡單，更為常用以丫/YY變極接線方式為例簡單說明：A相黃色A1B相綠色C相紅色藍色為圖1.4 Y/YY變極法見課本P263圖圖1.3 三相繞阻變極接線方式實例（丫/YY變極）說明1圖中虛線表示可能有多個元件相串聯(lián)，此圖僅畫出兩個表示原理; 2圖中藍色線表示將三相的末端 XYZ連接起來的線。3圖中的箭頭表示在ABC

5、接三相電時電流的方向4.具體的繞組展開接線見后面的圖1.10.參見課本電機學(xué)（第三版）中P262-P263有如下的變極接線方式圖1.4左側(cè)Y接， 2p對極，A、B、C接 電源。圖1.4右側(cè)YY接, p對極，A、B C短接， A1、B1、C1接電源。圖1.5左側(cè)接， 2p對極，A、B、C接 電源。圖1.4右側(cè)YY接, p 對極，A1、B1、C1 短接，A、B、C接電源。圖1.5 /YY變極法參見實用電機設(shè)計計算手冊中，P47頁說明了對于雙速倍極比4/8， 般采用的是單繞組，反向法變極，繞組的接線方式有丫丫佇，YY/Y等?！纠L制槽電動勢星型圖】虛槽數(shù)Zi = uZ = 2 X48 = 96每一個元

6、件有兩個元件邊，每一個換向片同 時接有一個上元件邊和一個下元件邊， 元件數(shù)S與換向片數(shù)K相等；又由于每 個虛槽亦包含上、下兩個元件邊，即虛槽數(shù)也與元件數(shù)相等： S= K= Zi = 96表1.1極數(shù)分別為4和8時各參數(shù)槽數(shù)并聯(lián) 支路a極數(shù)2p極距T相數(shù)mqaa 15 a 17a 1482412347.5157510548186327.530150210圖1.6 4極槽電動勢星型圖（30°相帶）圖1.7 8極槽電動勢星型圖（60°相帶）【分相】表1.2 電機在4極各相帶線圈分布表(30°相帶)S1N1AZBXCY1,2,25,263,4,27,285,6,29,30

7、7,8,31,329,10,33,3411,12,35,36S2N2AZBXCY13,14,37,3815,16,39,4017,18,41,4219,20,43,4421,22,45,4623,24,47,48表1.2 電機在8極各相帶線圈分布表(60°相帶)S1N1S2N2AZBXCYAZBXCY1,23,45,67,89,1011,1213,1415,1617,1819,2021,2223,24S3N3S4N4AZBXCYAZBXCY25,2627,2829,3031,3233,3435,3637,3839,4041,4243,4445,4647,48【節(jié)距的分析與確定】若接入

8、的三相電不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，可以將其傅里葉分解為：基波+3次諧波+5次諧波+7次諧波+9次諧波+，由于三相對稱繞組，所以在其繞組中不 能通過3次諧波以及3的倍數(shù)次諧波，那么這個電機的設(shè)計時在第一節(jié)距的選擇 的過程中主要考慮減小5次諧波和7次諧波。以下公式同樣的適用于基波。諧波相電動勢的有效值為：?= ?>?第v次諧波的繞組系數(shù)為：?= ?亠亠 ? ?、第v次諧波的短距系數(shù)為：?= ?-)?2? ?第v次諧波的分布系數(shù)為：.?= ?-第v次諧波的槽距電角：v ?為了消除5,7次諧波，可以使得？?= ?) = ?這樣得出屮=(1 - 1? t在4極t = 12時，要消除5次諧波可以使用yi =

9、 (1 - ? t = 81要消除7次諧波可以使用y1 = (1 - 1? t 105為了同時削弱5次和7次諧波可以使用y1 = ?= 10在8極T = 6時，要消除5次諧波可以使用yi = (1 - ? T - 51要消除7次諧波可以使用yi = (1 - ? t -5為了同時削弱5次和7次諧波可以使用yi = ?= 5以上說明了不能同時在4極和8極采用同一種節(jié)距來消除諧波，這就要綜合 考慮，取整節(jié)距是不能減小諧波的，長距和短距相比一般選擇短距，因為長距比 較浪費導(dǎo)線，選取對于極距為6時，可以考慮節(jié)距為4, 5,對于極距為12的可 以考慮節(jié)距為7, 8, 9, 10, 11。同時考慮到基波的

10、幅值。使用上面的公式計算 各參數(shù)如表：極數(shù)2p極距?第一節(jié)距短距系數(shù)？?？分布系數(shù)？?？繞組系數(shù)？?？表1.2極數(shù)、節(jié)距不同時對應(yīng)基波和諧波繞組系數(shù)表諧波次數(shù)基波(15° ,30° )5 次諧波(75 ° ,150 ° )7次諧波(105° ,210 ° )系數(shù) 參數(shù)節(jié)距y1短距 系數(shù)?分布 系數(shù)?繞組系數(shù)?短距 系數(shù)?分布 系數(shù)?繞組系數(shù)?短距 系數(shù)?分布 系數(shù)?繞組系數(shù)?極數(shù)50.6090.9580.583-0.1310.205-0.027-0.991-0.1580.156p=470.7930.9580.760-0.9910.20

11、5-0.2040.131-0.158-0.021極距80.8660.9580.829-0.8660.205-0.1780.866-0.158-0.136t=1290.9240.9580.885-0.3830.205-0.0790.924-0.158-0.146每極100.9660.9580.9250.2590.2050.0530.259-0.158-0.041每相4110.9910.9580.9490.7930.2050.163-0.609-0.1580.096極數(shù)50.9660.9660.9330.2590.2590.0670.259-0.259-0.067p=870.9660.9660.9

12、330.2590.2590.0670.259-0.259-0.067極距80.8660.9660.837-0.8660.259-0.2240.866-0.259-0.224T =690.7070.9660.683-0.7070.259-0.183-0.707-0.2590.183每極100.5000.9660.4830.5000.2590.129-0.500-0.2590.129每相2110.2590.9660.2500.9660.2590.2500.966-0.259-0.250根據(jù)上表格的計算結(jié)果。首先要考慮到基波的繞組系數(shù)要較大，其次再考慮5次諧波和7次諧波的繞組系數(shù)要較小。綜合4極和8

13、極使得其基波的繞組系數(shù)都 在0.8以上，與此同時，其5次諧波和7次諧波的繞組系數(shù)在0.2左右。所以將 節(jié)距定在8是最合適的?！纠L制繞組展開圖】在本次設(shè)計中，在8極時，我選取的并聯(lián)支路數(shù)是 a=1，在4極時，我選取 的并聯(lián)支路數(shù)是a=2,參見上面的圖1.4和圖1.5兩種變極接線方式，這里我選 取Y/YY變極接線方式來說明，根據(jù)上面分析的節(jié)距為 8和選擇可以畫出其繞組 展開圖。線圈連接表可以根據(jù)槽電動勢星型圖和選取的節(jié)距來確定單繞組變極雙速異步電動機繞組展開圖可以根據(jù)線圈連接表來確定表1.3 8 極時線圈連接表（a=1）跟據(jù)上面的接線可以順利地得到在三角形狀態(tài)下的Y/YY接線如下圖1.8 丫 接，

14、8極，A、B、C接電源a=15,612,11 1Z1824.2329.303&P3S 41.4248P47B一W一74一亠、門、W八一¥幾一勺'八” Y甲C19f1016r1521f2228f2733r34 如旳 45,463,4C h 扎VW_VVV-WvW_VAVW*圖 1.9 YY 接，4 極，A、B、C短接，A1，B1，C1 接電源 a=2注：凡是數(shù)字左大右小是從首端連接，反之亦然。在丫/YY接法中，三相的末端 XYZ直是連接在一起的，只不同的是在 丫連 接中從ABC接入三相電，在丫丫連接中將ABC短路，從A1、B1、C1接入三相電。 下面將畫出其三相雙層疊繞

15、組展開圖：【分析氣隙基波磁密】參數(shù)選擇如下：節(jié)距 ?=8槽數(shù) Z=484 極并聯(lián)支路 a=2整個電機繞組總匝數(shù)8 極并聯(lián)支路 a=1?相繞組串聯(lián)匝數(shù)？?=每個線圈的匝數(shù) ？?=1 元件的個數(shù)S=48整個電機繞組總匝數(shù)=S*?=48第v次諧波相繞組磁動勢的幅值為：？禺?= -?第V次諧波的繞組系數(shù)為:?= ?第V次諧波的短距系數(shù)為:第V次諧波的分布系數(shù)為:?=?、?-)? ?-?這個磁場是脈振磁場，多個導(dǎo)體產(chǎn)生的該波形類似于正弦波，但是可以繞組中通入電流，電流產(chǎn)生了磁場，磁場相互疊加，繼而可以產(chǎn)生合成磁動勢波形， 使用傅里葉分解。相繞組磁動勢波的傅里葉極數(shù)展開式可以表示為:? V ? ? = ?

16、V?' 1?=?,?,?三相繞組流過的電流分別為：?= V?= v?(?)?= v?-?(-?)A、B、C各相繞組脈振磁動勢基波為?= ?2 ?= ?- ? ? ?)?= ?- ? ? ?)三相基波磁合成磁動勢： 忍?？ ?)=預(yù)?+?+? ? ?F1 為三相基波合成磁動勢的幅值：？?二需?？?？= ?= ?V；?在4極，氣隙基波磁動勢幅值:?(?+?)?整個電機繞組總匝數(shù)?在8極，氣隙基波磁動勢幅值:?=?/? ? ?整個電機繞組總匝數(shù)? ?+? ? ?由此可見，兩種狀態(tài)下的氣隙基波磁動勢幅值只與相繞組分布系數(shù)？?有關(guān)，根據(jù)上面的公式，表格中列出參數(shù)，可以看出在4極時，基波磁動勢的繞

17、組 系數(shù)為0.829，在8極時，基波磁動勢的繞組系數(shù)為0.837 ?？梢缘贸鲈?極時 基波磁密稍大于在4極時的基波磁密。相差不大。表1.2極數(shù)、節(jié)距不同時對應(yīng)基波和諧波繞組系數(shù)表諧波次數(shù)基波(15° ,30 ° )5 次諧波(75 ° ,150 ° )7次諧波(105° ,210 ° )系數(shù)參數(shù)節(jié)距yi短距 系數(shù)?分布 系數(shù)?繞組 系數(shù)?短距 系數(shù)?分布 系數(shù)?繞組 系數(shù)?短距 系數(shù)?分布 系數(shù)?繞組 系數(shù)?極數(shù)50.6090.9580.583-0.1310.205-0.027-0.991-0.1580.156p=470.7930.9

18、580.760-0.9910.205-0.2040.131-0.158-0.021極距80.8660.9580.829-0.8660.205-0.1780.866-0.158-0.136t=1290.9240.9580.885-0.3830.205-0.0790.924-0.158-0.146每極100.9660.9580.9250.2590.2050.0530.259-0.158-0.041每相4110.9910.9580.9490.7930.2050.163-0.609-0.1580.096極數(shù)50.9660.9660.9330.2590.2590.0670.259-0.259-0.067

19、p=870.9660.9660.9330.2590.2590.0670.259-0.259-0.067極距80.8660.9660.837-0.8660.259-0.2240.866-0.259-0.224T =690.7070.9660.683-0.7070.259-0.183-0.707-0.2590.183每極100.5000.9660.4830.5000.2590.129-0.500-0.2590.129每相2110.2590.9660.2500.9660.2590.2500.966-0.259-0.250【繞組系數(shù)與諧波分析】同樣的根據(jù)上面的表格可以得出諧波的繞組系數(shù)如下表: 表1.3 基波和諧波的繞組系數(shù)表繞組系數(shù)？?？極數(shù)基波5次諧波7次諧波40.829-0.178-0.13680.837-0.224-0.224第v次諧波相繞組磁動勢的幅值為：