北方交通大學(xué)電機(jī)學(xué)3交流繞組

1、第四章第四章 交流繞阻及其電動勢和磁動勢交流繞阻及其電動勢和磁動勢z第一節(jié) 交流電機(jī)的工作原理交流電機(jī)的工作原理z第二節(jié) 交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則和分類z第三節(jié) 三相雙層迭繞組三相雙層迭繞組z第四節(jié) 交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢z第五節(jié) 單相交流繞組的磁動勢單相交流繞組的磁動勢z第六節(jié) 三相交流繞組的磁動勢三相交流繞組的磁動勢交流電機(jī)交流電機(jī)：同步電機(jī)同步電機(jī)(凸極、隱極) 主要做發(fā)電機(jī)用； 也可做電動機(jī)和調(diào)相機(jī)用。異步電機(jī)異步電機(jī)(鼠籠、繞線) 主要做電動機(jī)用 也可做發(fā)電機(jī)用。 分為單相異步和三相異步。第一節(jié)第一節(jié) 交流電機(jī)的工作原理交流電機(jī)的工作原理z一、同步

2、發(fā)電機(jī)的工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的工作原理1 1、基本組成、基本組成2 2、工作原理、工作原理z二、三相異步電動機(jī)的工作原理二、三相異步電動機(jī)的工作原理1 1、基本組成、基本組成2 2、工作原理、工作原理一、同步發(fā)電機(jī)的工作原理同步發(fā)電機(jī)的工作原理：1、基本組成：1）定子：定子鐵心和定子繞組電樞繞組 （交流繞組） 2）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組勵磁繞組 （直流繞組）ACBSN逆時針旋轉(zhuǎn)2、工作原理：1）原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)2）轉(zhuǎn)子通入直流勵磁產(chǎn)生恒定磁場， 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場3）電樞繞組切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電動勢的相序：與繞組沿定子內(nèi)圓的空間 分布和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的方向有關(guān) 要求感

3、應(yīng)正序電勢，即ABC感應(yīng)電動勢的頻率：與轉(zhuǎn)子磁場的極對數(shù)p和 轉(zhuǎn)速n有恒定關(guān)系。若每分鐘轉(zhuǎn)速為n，則電勢頻率為f=Pn/60赫。當(dāng)f=50赫，汽輪機(jī)： n=3000轉(zhuǎn)/分P1； n=1500轉(zhuǎn)/分P2；水輪機(jī)： n=100轉(zhuǎn)/分P30。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率有嚴(yán)格不變關(guān)系。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率有嚴(yán)格不變關(guān)系。即當(dāng)電網(wǎng)頻率一定時，電機(jī)轉(zhuǎn)速就一定即當(dāng)電網(wǎng)頻率一定時，電機(jī)轉(zhuǎn)速就一定。當(dāng)P1，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，電勢交變一次當(dāng)P對極，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，電勢交變P次感應(yīng)電勢的大小和波形（交流繞組的電動勢）（1）波形：與磁場沿空間的分布的波形有關(guān)，若磁 場沿圓周按正弦分布正弦分布，則電勢隨時間按正弦變化 三相定子

4、繞組對稱，因此三相電勢大小相等，相位互差120度。設(shè)Em為電勢最大值，A相初相角為0，則：（2）大?。?240sin()120sin(sintEetEetEemCmBmAtEtlvBlvBemmacsinsin二、三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的工作原理1基本組成：基本組成： 定子：定子鐵心和定子繞組定子：定子鐵心和定子繞組交流繞組交流繞組 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（自成閉合回路）轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（自成閉合回路）2轉(zhuǎn)動原理：轉(zhuǎn)動原理：以鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子為例（轉(zhuǎn)子槽內(nèi)有導(dǎo) 條，導(dǎo)條兩端用短路環(huán)連接，形成閉合繞組）CAB（1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生： 定子三相電流瞬時表

5、達(dá)式：)240cos()120cos(costIitIitIimCmBmA選擇0度，120度，240度，360度四個旋轉(zhuǎn)瞬時分析，規(guī)定電流為正時：從首端ABC流出 ； 電流為負(fù)時，從首端ABC流入 。ABCABCABCABC(1)(2)(3)(4)0度120度240度360度紫色為流入藍(lán)色為流出（2）轉(zhuǎn)動原理：對稱定子繞組外加對稱三相交流電壓對稱三相交流電壓，定子繞組內(nèi)有對稱三相交流電流對稱三相交流電流，它們聯(lián)合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子旋轉(zhuǎn)磁場將感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢，從而在閉合的導(dǎo)條中有電流有電流，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將受到電磁力受到電磁力f，并且形成電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子順順旋轉(zhuǎn)磁場的方向

6、旋轉(zhuǎn)，若轉(zhuǎn)子軸上有負(fù)載，電動機(jī)將輸出機(jī)械功率。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n小于同步轉(zhuǎn)速。若二者相等，小于同步轉(zhuǎn)速。若二者相等，異步機(jī)就不能旋轉(zhuǎn)異步機(jī)就不能旋轉(zhuǎn)。第二節(jié)第二節(jié) 交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則和分類z一、構(gòu)成原則：一、構(gòu)成原則： 電勢最大電勢最大 三相對稱三相對稱 正弦波正弦波z1三相繞組對稱，即每相繞組結(jié)構(gòu)相同，阻抗三相繞組對稱，即每相繞組結(jié)構(gòu)相同，阻抗 相等，在空間相距相等，在空間相距120電角度，以獲得對稱電角度，以獲得對稱 的三相感應(yīng)電動的三相感應(yīng)電動z2在導(dǎo)體數(shù)一定的情況下，力求產(chǎn)生較大的基在導(dǎo)體數(shù)一定的情況下，力求產(chǎn)生較大的基 波電動勢和基波磁動勢。波電動

7、勢和基波磁動勢。z3繞組的電動勢和磁動勢盡可能接近正弦波繞組的電動勢和磁動勢盡可能接近正弦波二、定子繞組分類：1、按相數(shù)：單相和三相；2、按槽內(nèi)層數(shù)：單層 雙層3、按繞組端接部分的形狀 單層有同心式 交叉式 鏈?zhǔn)剑?雙層有迭繞組 波繞組第三節(jié) 三相雙層迭繞組三相雙層迭繞組一、交流繞組的一些基本術(shù)語交流繞組的一些基本術(shù)語： 1、機(jī)械角度與電角度： 機(jī)械角度一圓周360度； 電角度一對磁極占有的空間角度是360度電角度 關(guān)系： 電角度 = p * 機(jī)械角度 （ p為極對數(shù)） 2、極距： 沿定子內(nèi)圓每個磁極所占有的距離 = Z / 2p （定子槽數(shù)） 3、線圈與節(jié)距y1： 線圈線圈：由一匝或多匝導(dǎo)線

8、串聯(lián)而成，有兩個引出線，一個稱為首端，一個稱為末端。 節(jié)距y1：線圈兩個有效邊沿定子內(nèi)圓的距離 整距（y1 = ）、短距（y1 ）4槽距角： 相鄰兩槽之間的電角度 = p*360 / Z5每極每相槽數(shù)q： 每相繞組在每一磁極下所占有的槽數(shù) q = Z / 2pm （整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽）6相帶和極相組（線圈組）： 每一極下，每相繞組所占有的電角度（q） 60度分相法 極相組： 每一極下屬于同一相的q個線圈相串聯(lián)。 7、槽電勢星形圖槽電勢星形圖： 假設(shè)氣隙磁密在圓周上按正弦規(guī)律分布，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定子各槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢也將隨時間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電勢分別用矢量表示時，這些

9、矢量構(gòu)成一個輻射星形圖。各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電勢在時間相位上互差電角度。例如：2P4，Z24的槽電勢星形圖為： 一般說，當(dāng)P和Z有最大公約數(shù)t時，則有t個重合的槽電勢星形圖。1,132,143,154,1617,518,619,720,821,922,1011,2312,24ABC二、三相雙層迭繞組三相雙層迭繞組： 以2P4，Z36，三相雙層迭繞組為例：1、極距： = Z / 2p =36/4=9槽；2、節(jié)距： 采用短距y1 8槽；3、每極每相槽數(shù)： q = Z / 2pm36/（4*3）=3槽4、槽距角： = p*360 / Z=2*360/36=20度5、槽電勢星形圖和分相：1231920211

10、,2,3; 10,11,1219,20,21;28,29,307,8,9; 16,17,1825,26,27; 34,35,3613,14,15; 4,5,631,32,33; 22,23,24AXBYCZ1011122829306、繞組連接圖(A相)：AXNSNS第四節(jié)第四節(jié) 交流繞組的感應(yīng)電動勢交流繞組的感應(yīng)電動勢復(fù)習(xí)： 電樞繞組切割轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電動勢的相序：與繞組沿定子內(nèi)圓的空間 分布和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的方向有關(guān) 要求感應(yīng)正序電勢，即ABC感應(yīng)電動勢的頻率：與轉(zhuǎn)子磁場的極對數(shù)p和 轉(zhuǎn)速n有恒定關(guān)系。 f=Pn/60感應(yīng)電勢的大小和波形（交流繞組的電動勢）#*波形：與磁場沿空間

11、的分布的波形有關(guān)，若磁 場沿圓周按正弦分布正弦分布，則電勢隨時間按正弦變化 三相定子繞組對稱，因此三相電勢大小相等，相位互差120度。設(shè)Em為電勢最大值，A相初相角為0，則：)240sin()120sin(sintEetEetEemCmBmAtEtlvBlvBemmacsinsin轉(zhuǎn)子磁場的分布：一、正弦磁場下的感應(yīng)電勢：分析思路： 相繞組線圈組線圈導(dǎo)體1、導(dǎo)體電勢：（平均值） tEtlBlBemtmttcoscos111111111111122. 22212222ffflllBEEmmtt2、線圈電勢及短距系數(shù)：11111144. 42cytyccNfkEkNE90sin11yky3、線圈組

12、的電勢及分布系數(shù)：1111 2sin2sinqywqkkkqqk11111144. 4ccqqNfqkEqkE4、相電勢和線電勢：雙層繞組單層繞組 44. 421111capcapqNNqNNNfkE二、諧波電勢的特點及其削弱方法：1、諧波磁場的特點： 2、諧波電勢的特點： nnppffNfkE44. 43、諧波電勢的削弱方法：（1）磁場分布接近正弦波；（2）三相采用Y接，消除線電勢中3次及其倍數(shù)諧波；（3）采用短距；（4）采用分布；qykkk1kyyky2 090sin 2sin2sinqqkq第五節(jié)第五節(jié) 單相交流繞組的磁動勢單相交流繞組的磁動勢一、整距線圈的磁勢 : 假定正方向：磁力線由

13、轉(zhuǎn)子進(jìn)入定子，磁勢為正 線圈匝數(shù)為 ，通以電流則cNtIicccos2磁勢的振幅tINiNfcccccmcos2221結(jié)論：單個線圈所產(chǎn)生的磁勢在任何瞬時，其空間分布總是一個矩形波。而空間任意一點的大小是隨電流而變化的，即矩形波的高度是時間的函數(shù)。這種在空間位置不動，波幅的大小和正負(fù)隨時間而變化的磁勢稱為脈振磁勢。當(dāng)磁場極對數(shù)為P時，分布波的周期增加為P倍。ffpp 諧波磁勢的特點：利用付氏級數(shù)展開，坐標(biāo)原點在線圈的中心線上，單個線圈的磁勢分解為：115311 9 . 0224cos)5cos 3coscos(),(cccccccccccFFININFtFFFtf其中：二、整矩分布線圈組的磁動

14、勢和分布系數(shù)：119 .0qccqqkINF三、兩個短矩分布線圈組磁動勢及短距系數(shù)：111129 .029 .0kqNIkqkINFccdqccy四、單相磁動勢： 1、磁場的分布特點： 2、單相磁動勢 9 . 0 11為相電流為每相串聯(lián)匝數(shù)其中：caIINIkpNFIkpNFtFtf11119.0coscos),(其中：tIkpNtfcoscos9.0),(113、單相磁動勢的性質(zhì)和特點：*性質(zhì)：單相脈動磁勢*特點：（1）單相繞組中流過交流電流建立脈動磁勢；它既是時間函數(shù)，又是空間函數(shù)；它在空間上按余弦規(guī)律分布，各點大小又按余弦規(guī)律變化。（2）單相脈動基波磁勢最大幅值： 幅值位置在相繞組的軸線

15、上，其脈動頻率為電流的頻率。（3）分布和短距對磁勢幅值起削弱作用。由于各對極下磁勢只作用在各自的磁路上，故每對極下某相線圈組的磁勢也就是相磁勢。 IkpNF119 . 0五、單相脈動磁動勢的分解：)cos(21)cos(21 coscos),(1111 tFtFtFtf變化特點：幅值大小隨時間 11)cos(21 ),(tFtfmin)/(60)/(2)/(rpfsrpnsraddtd特點：幅值大小不變，但不同的時刻在不同的位置 同步速結(jié)論： 單相脈動磁勢可以分解為兩個轉(zhuǎn)速相同、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢，每個旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值為脈動磁勢為脈動磁勢最大幅值的一半。第六節(jié)第六節(jié) 三相交流繞組的磁動勢三相

16、交流繞組的磁動勢一、解析法： )cos(21)cos(21 coscos),(1111tFtFtFtfA)240cos(21)cos(21 )120cos()120cos(),(1111tFtFtFtfB)120cos(21)cos(21 )240cos()240cos(),(1111tFtFtFtfC)cos(23 ),(),(),(),(11111tFtftftftfCBA結(jié)論： 三相合成磁勢是一個幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁勢，幅值為單相脈動磁勢基波最大幅值的3/2倍。旋轉(zhuǎn)速度為同步速。二、圖解法：結(jié)論： 三相合成磁勢的性質(zhì)和特點 三相對稱的電流流過三相對稱的繞組所建立的合成磁勢的基波是一個幅值不變

17、的旋轉(zhuǎn)磁勢：特點： 1三相基波合成磁動勢的幅值等于單相基波磁動勢最大幅值的3/2倍。 2三相基波合成磁動勢的幅值位置總是與電流達(dá)最大值的那一相繞組的軸線重合。 3三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序，即總是從超前電流相轉(zhuǎn)向滯后電流相。 4三相基波合成磁動勢的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速pfn60三、諧波磁動勢的分析：1、三次諧波及其奇次倍數(shù)： )3cos(cos),(33tFtfA)3cos()120cos( )120(3cos)120cos(),(333tFtFtfB)3cos()240cos( )240(3cos)240cos(),(333tFtFtfC0 ),(),(),(),(3333tftft

18、ftfCBA結(jié)論：合成磁勢為零 2、五次諧波及其（6k-1）次奇數(shù)波： )5cos(21)5cos(21 )5cos(cos),(5555tFtFtFtfA)5cos(21)2405cos(21 )120(5cos)120cos(),(5555tFtFtFtfB)5cos(21)1205cos(21 )240(5cos)240cos(),(5555tFtFtFtfC)5cos(23 ),(),(),(),(55555tFtftftftfCBA結(jié)論： 五次諧波及其（6k-1）次奇數(shù)波的三相合成磁勢是一個幅值不變的反向旋轉(zhuǎn)磁勢，幅值為其單相脈動磁勢基波最大幅值的3/2倍。旋轉(zhuǎn)速度為npfpfn60603、七次諧波及其（6k+1）次奇數(shù)波： )7cos(21)7cos(21 )7cos(cos),(7777tFtFtFtfA)2407cos