第四章交流電機繞組的電動勢和磁動勢

1、第四章第四章 交流電機繞組的電動勢交流電機繞組的電動勢和磁動勢和磁動勢4.1交流電機的工作原理、對繞組的基本要求交流電機的工作原理、對繞組的基本要求4.2 交流電機繞組的繞制方法、電動勢交流電機繞組的繞制方法、電動勢4.3 交流電機繞組的磁動勢交流電機繞組的磁動勢主要內容：介紹交流同步電機和異步電機的工作原理；分析主要內容：介紹交流同步電機和異步電機的工作原理；分析電樞繞組的繞制方法以及電動勢的計算方法；分析電樞繞組電樞繞組的繞制方法以及電動勢的計算方法；分析電樞繞組產生磁動勢的大小、波形、性質。產生磁動勢的大小、波形、性質。4.1 4.1 交流電機的工作原理，對繞組的基本要求交流電機的工作原

2、理，對繞組的基本要求異步電機異步電機交流電機交流電機同步電動機同步電動機同步電機同步電機同步發(fā)電機同步發(fā)電機異步電動機異步電動機異步發(fā)電機異步發(fā)電機主要作為發(fā)電機，產生交流主要作為發(fā)電機，產生交流電能電能用于大型而又不要求調速用于大型而又不要求調速的生產機械的生產機械主要作為電動機，拖動各種主要作為電動機，拖動各種生產機械生產機械用的很少用的很少一、交流電機的基本工作原理一、交流電機的基本工作原理（1）同步電機的基本工作原理）同步電機的基本工作原理組成組成定子定子轉子轉子定子鐵心（電樞鐵心）定子鐵心（電樞鐵心）定子繞組（電樞繞組）定子繞組（電樞繞組）轉子鐵心轉子鐵心主磁極主磁極永久磁鐵永久磁鐵

3、勵磁繞組：通以直流電流勵磁繞組：通以直流電流以同步發(fā)電機為例說明其工作原理以同步發(fā)電機為例說明其工作原理原動機原動機水輪機水輪機汽輪機汽輪機汽油機、柴油機汽油機、柴油機lvbe方向由右手定則確定方向由右手定則確定導體感應電動勢的瞬時實際方向導體感應電動勢的瞬時實際方向導體感應電動勢的頻率：每秒電動勢變化的周期數導體感應電動勢的頻率：每秒電動勢變化的周期數Hzpnf601 當同步發(fā)電機由原動機拖著主磁極以恒轉速當同步發(fā)電機由原動機拖著主磁極以恒轉速 相對于定相對于定子逆時針旋轉時，根據電磁感應定律，則與磁感應線、導體子逆時針旋轉時，根據電磁感應定律，則與磁感應線、導體運動方向垂直的導體中感應電動

4、勢的大小用公式表示為運動方向垂直的導體中感應電動勢的大小用公式表示為1n 當電動機的定子三相繞組里通以頻率為當電動機的定子三相繞組里通以頻率為 的三相交流電，的三相交流電，則電機的轉速為則電機的轉速為fpfn601 當主磁極的極對數當主磁極的極對數 一定時，電機的轉速一定時，電機的轉速 和頻率和頻率 之之間有著嚴格的關系，這種關系稱為同步關系。間有著嚴格的關系，這種關系稱為同步關系。p1nf（2) 異步電機的基本工作原理異步電機的基本工作原理組成組成定子定子轉子轉子定子鐵心（電樞鐵心）定子鐵心（電樞鐵心）定子繞組（電樞繞組）定子繞組（電樞繞組）轉子鐵心轉子鐵心轉子繞組轉子繞組繞線式繞組繞線式繞

5、組: : 電線繞制而成電線繞制而成,Y,Y聯接聯接, ,滑環(huán)引出滑環(huán)引出, ,外接電阻外接電阻 鼠籠式鼠籠式注：轉子繞組是個自己閉合的短路繞組注：轉子繞組是個自己閉合的短路繞組鼠籠式轉子鼠籠式轉子繞線式繞組繞線式繞組以三相異步電動機為例說明其工作原理以三相異步電動機為例說明其工作原理 當三相繞組通以三相電流時，產生一個旋轉磁場，轉子上當三相繞組通以三相電流時，產生一個旋轉磁場，轉子上的導體切割磁力線，產生感應電動勢，這里認為導體中的電的導體切割磁力線，產生感應電動勢，這里認為導體中的電流與感應電動勢同方向，根據電磁力定律可知：與磁感應線、流與感應電動勢同方向，根據電磁力定律可知：與磁感應線、導

6、體運動方向垂直的導體受到的電磁力大小用公式表示為導體運動方向垂直的導體受到的電磁力大小用公式表示為Nlibf方向由左手定則確定方向由左手定則確定電機運行時，轉子的轉速電機運行時，轉子的轉速 不會等于旋轉磁場的轉速不會等于旋轉磁場的轉速 所以稱為異步電機所以稱為異步電機n1n按槽內層數分為：單層、雙層、單雙層按槽內層數分為：單層、雙層、單雙層二、交流繞組的分類二、交流繞組的分類按相數分為：單相、三相、多相按相數分為：單相、三相、多相每極每相槽數每極每相槽數q：整數槽、分數槽：整數槽、分數槽三、對交流繞組的要求三、對交流繞組的要求1.在導體數一定的情況下，能得到較大的在導體數一定的情況下，能得到較

7、大的基波基波電動勢和電動勢和基波基波磁動勢磁動勢2.三相繞組對稱（即保證各相三相繞組對稱（即保證各相電動勢、磁動勢電動勢、磁動勢對稱，對稱，電阻電電阻電抗抗相同）相同）3.合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近正弦形，諧波分量合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近正弦形，諧波分量要小。要小。 5.絕緣可靠、機械強度高、散熱條件好、制造方便絕緣可靠、機械強度高、散熱條件好、制造方便4.銅耗減小，用銅量減少銅耗減小，用銅量減少。 總之：對三相交流電機，要求三相繞組能感應出波形接總之：對三相交流電機，要求三相繞組能感應出波形接近正弦、有一定數值的三相對稱電動勢；當三相繞組中流近正弦、有一定數值的三相對稱電動

8、勢；當三相繞組中流過三相對稱的電流時，能產生接近圓形的旋轉磁動勢。過三相對稱的電流時，能產生接近圓形的旋轉磁動勢。四、繞組的基本概念四、繞組的基本概念pQpD22或1.極距極距：2.線圈節(jié)距線圈節(jié)距y1： 一個線圈的兩個有效邊之間的距離。一個線圈的兩個有效邊之間的距離。 y1=整距線圈；整距線圈； y11q1的且為的且為奇數的小型三相異奇數的小型三相異步電動機步電動機。 由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相同的線圈連接而成，整個外由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相同的線圈連接而成，整個外形如長鏈。形如長鏈。每個線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線每個線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于較短

9、并且省銅。主要用于q=2q=2的的4 4、6 6、8 8極小型三相異步電動極小型三相異步電動機機。 單層鏈式繞組單層鏈式繞組 單層同心式繞組單層同心式繞組 幾個幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈幾個幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構成。組構成。 同心式繞組端部連線較長，適用于同心式繞組端部連線較長，適用于q=4、6、8等偶數的等偶數的2極小型三相異步電動機。極小型三相異步電動機。五、五、 三相雙層繞組三相雙層繞組1、特點、特點：每個槽內放置上下兩個線圈邊每個槽內放置上下兩個線圈邊線圈個數等于槽數線圈個數等于槽數Q線圈組個數線圈組個數 = Q/q (4)雙層繞組的并聯支路數最

10、多是雙層繞組的并聯支路數最多是pa2（5）每相串聯匝數）每相串聯匝數apqNNk21 每個槽內放上下兩層線圈的有效邊，線圈的每一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相距一個節(jié)距y1 的另一槽的下層。構成原則、排列方法和聯接步驟與單層繞組基本相同。（1） 可采用短距，改善電動勢、磁動勢的波形可采用短距，改善電動勢、磁動勢的波形（2）端部排列整齊，利于散熱、機械強度高）端部排列整齊，利于散熱、機械強度高2、優(yōu)點：、優(yōu)點：3、三相雙層分布短距繞組的安排、三相雙層分布短距繞組的安排例：例：三相交流電機三相交流電機Z=24，2p=4，y1=5。試繪制。試繪制a=2的三相的三相雙層短距分布繞組展

11、開圖。雙層短距分布繞組展開圖。解：解：（1 1）先計算槽距角：）先計算槽距角：0030243602360Qp（2）畫出電動勢星形圖）畫出電動勢星形圖(3) 按按60度分相度分相2232242mpQq逆相量旋轉方向每隔逆相量旋轉方向每隔60度標上度標上A、Z、B、X、C、Y 將同一磁極下屬于同一相帶的線圈依次連成一個線圈組。將同一磁極下屬于同一相帶的線圈依次連成一個線圈組。則則A相可得四個線圈組，分別為相可得四個線圈組，分別為1-2，7-8，13-14，19-20。同。同理理B、C兩相也各有兩相也各有4個線圈組。四個線圈組的電動勢的大小個線圈組。四個線圈組的電動勢的大小相等，但同一相的兩個相帶中

12、的線圈組電動勢相位相反相等，但同一相的兩個相帶中的線圈組電動勢相位相反 .（4）繪制繞組展開圖）繪制繞組展開圖（5）確定繞組的并聯支路數）確定繞組的并聯支路數2a確定下列繞組的并聯支路數確定下列繞組的并聯支路數短距線圈的諧波節(jié)距因數短距線圈的諧波節(jié)距因數)2(sinykp4.三相雙層分布短距線圈的電動勢三相雙層分布短距線圈的電動勢短距線圈的基波電動勢有效值短距線圈的基波電動勢有效值1111144.4)2sin(44.4)2sin(2pKKAkkfNyfNyEE)2sin(1ykp基波節(jié)距因數基波節(jié)距因數可以理解為：短距線圈若是看成整距線圈，則它的有效匝可以理解為：短距線圈若是看成整距線圈，則它

13、的有效匝數為數為1pKkNq個短距線圈組成的分布線圈組：個短距線圈組成的分布線圈組：111144. 4dpKqkkfqNE相繞組基波電動勢有效值相繞組基波電動勢有效值：111144. 4dpkfNEapqNNk21每相串聯匝數每相串聯匝數111pddpkkk基波繞組因數基波繞組因數相繞組諧波電動勢有效值相繞組諧波電動勢有效值：dpkfNE144. 4六、齒諧波電動勢六、齒諧波電動勢齒諧波齒諧波諧波次數諧波次數與一對極下的齒數與一對極下的齒數Q/p具有特定具有特定關系的諧波，即關系的諧波，即 = Q/p1=2mq1的諧波。的諧波。1dpdpkk12mq七、消除諧波電動勢的方法七、消除諧波電動勢的

14、方法1.采用短距繞組采用短距繞組; 2.采用分布繞組；采用分布繞組；3.增大每極每相槽數增大每極每相槽數;4.斜槽或斜極斜槽或斜極 ；5.采用半閉口或磁性槽契；采用半閉口或磁性槽契；6.采用分數槽繞組。采用分數槽繞組。齒諧波的特點：齒諧波的特點：4.3 交流電機電樞繞組的磁動勢交流電機電樞繞組的磁動勢一、單層集中整距繞組的一相磁動勢一、單層集中整距繞組的一相磁動勢 設氣隙均勻，當線圈中通以電流設氣隙均勻，當線圈中通以電流 ，如果線圈匝數，如果線圈匝數為為 ，線圈產生的磁動勢，線圈產生的磁動勢ikNiNiHdlkiNfkk21則每個氣隙上的磁動勢為：則每個氣隙上的磁動勢為： 由此可見：在一個線圈

15、中通以電流，它所產生的氣隙磁動由此可見：在一個線圈中通以電流，它所產生的氣隙磁動勢沿圓周的分布是一個矩形波。勢沿圓周的分布是一個矩形波。iNffkk21)(22到iNffkk21)(232到按傅里葉級數分解，則按傅里葉級數分解，則321531cos5cos3coscos)(，ccccf其中其中2sin14kfc基波磁動勢基波磁動勢cos41kkff5cos5143cos314cos4)(kkkffff3諧波磁動勢諧波磁動勢3cos4313kkff5諧波磁動勢諧波磁動勢5cos4515kkff（1）基波磁動勢的幅值為）基波磁動勢的幅值為 ，諧波磁動勢的幅值為，諧波磁動勢的幅值為 kf4kf41（

16、2）基波磁動勢的與原矩形波的波長相同，諧波磁動勢的波）基波磁動勢的與原矩形波的波長相同，諧波磁動勢的波長為長為 1（3）橫坐標的原點）橫坐標的原點 處是各次諧波的幅值所在處。處是各次諧波的幅值所在處。0 5coscos3coscoscoscos)(531531tFtFtFfffFkkkkkktINiNfkkkcos2221tIicos2當線圈中通以交流電流當線圈中通以交流電流基波磁動勢基波磁動勢coscoscoscos224cos411tFtINffkkkk3諧波磁動勢諧波磁動勢3coscos3cos43133tFffkkk5諧波磁動勢諧波磁動勢5coscos5cos45155tFffkkk則

17、每個氣隙上的磁動勢為：則每個氣隙上的磁動勢為： ININFkkk9.02241結論：結論：（1）磁動勢波形：矩形波；）磁動勢波形：矩形波；（2）磁動勢的幅值：隨時間脈動；）磁動勢的幅值：隨時間脈動；（3）既是時間函數又是空間的函數；）既是時間函數又是空間的函數；（4）橫坐標的原點）橫坐標的原點 處是各次諧波的幅值所在處。處是各次諧波的幅值所在處。0（5）空間位置固定、幅值大小和方向隨時間而變化的磁動）空間位置固定、幅值大小和方向隨時間而變化的磁動 勢勢脈振磁動勢脈振磁動勢(駐波駐波)。脈振磁動勢可以分解為兩個旋轉磁動勢脈振磁動勢可以分解為兩個旋轉磁動勢根據三角公式根據三角公式)cos()cos

18、(coscos2BABABA則則111111)cos(21)cos(21coscoskkkkkkfftFtFtFf 1kf 稱為正轉磁動勢波稱為正轉磁動勢波1kf 稱為反轉磁動勢波稱為反轉磁動勢波11kkff 和分別為隨著時間的推移以角速度分別為隨著時間的推移以角速度向向正、負方正、負方向移動的行波，幅值為向移動的行波，幅值為121kF結論：結論：（1）一個脈振磁動勢波分解為兩個旋轉磁動勢，角速度）一個脈振磁動勢波分解為兩個旋轉磁動勢，角速度 ，幅值為幅值為 ；121kF（2）當通電電流為正的最大值時）當通電電流為正的最大值時 ，脈振波的振幅為最，脈振波的振幅為最大值，兩個旋轉波的正幅值正好都

19、轉到大值，兩個旋轉波的正幅值正好都轉到 的地方，即的地方，即在通電線圈的軸線處，這是兩個旋轉波重疊在一起。在通電線圈的軸線處，這是兩個旋轉波重疊在一起。)0(t)0(二、單層集中整距繞組的三相磁動勢二、單層集中整距繞組的三相磁動勢1.三相基波磁動勢三相基波磁動勢選選A相電流為最大值時作為時間的起點，三相電流分別表示為相電流為最大值時作為時間的起點，三相電流分別表示為tIiAcos2)120cos(20tIiB)240cos(20tIiCA相繞組產生的基波磁動勢為相繞組產生的基波磁動勢為coscos11tFfkAB相繞組產生的基波磁動勢為相繞組產生的基波磁動勢為)120cos()120cos(0011tFfkBC相繞組產生的基波磁動勢為相繞組產生的基波磁動勢為)240cos()240cos(0011tFfkC三相繞組合成的基波磁動勢三相繞組合成的基波磁動勢)cos()cos(23111111tFtFffffkCBApINFFk11135.123結論：結論：三相對稱繞組流過三相對稱電流產生的合成基波磁動勢三相對稱繞組流過三相對稱電流產生的合成基波磁動勢為圓形旋轉磁動勢；為圓形旋轉磁動勢；（2）三相合成基波磁動勢的波長和單相的一樣；）三相合成基波磁動勢的