電機(jī)學(xué)第4章交流電機(jī)理論的共同問題

1、第第4 4章章 交流繞組及其電動勢和磁動勢交流繞組及其電動勢和磁動勢4.1 4.1 交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則：交流繞組的構(gòu)成原則：(1)(1)合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正正弦形、幅值要大弦形、幅值要大；(2)(2)對三相繞組，各相的對三相繞組，各相的電動勢和磁動勢要對稱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??；繞組的銅耗要小，用銅量要??；(4)(4)絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造要方便。造要方便。交流繞組

2、的分類交流繞組的分類: : 由于交流電動機(jī)應(yīng)用范圍非常廣，不同類型的交流電由于交流電動機(jī)應(yīng)用范圍非常廣，不同類型的交流電機(jī)對繞組的要求也各不相同，因此交流繞組的種類也非常機(jī)對繞組的要求也各不相同，因此交流繞組的種類也非常多。其主要分類方法有：多。其主要分類方法有：（1 1）按槽內(nèi)層數(shù)分按槽內(nèi)層數(shù)分，可分為單層和雙層繞組。其中，單，可分為單層和雙層繞組。其中，單層繞組又可分為鏈?zhǔn)?、交叉式和同心式繞組；雙層繞組又層繞組又可分為鏈?zhǔn)健⒔徊媸胶屯氖嚼@組；雙層繞組又可分為疊繞組和波繞組。可分為疊繞組和波繞組。（2 2）按相數(shù)分按相數(shù)分，可分為單相、三相及多相繞組。，可分為單相、三相及多相繞組。（3 3

3、）按每極每相槽數(shù)按每極每相槽數(shù)，可分為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組。，可分為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組。 盡管交流繞組種類很多，但由于盡管交流繞組種類很多，但由于三相雙層繞組三相雙層繞組能較好能較好地滿足對交流繞組的基本要求，所以現(xiàn)代動力用交流電機(jī)地滿足對交流繞組的基本要求，所以現(xiàn)代動力用交流電機(jī)一般多采用三相雙層繞組。一般多采用三相雙層繞組。34.2 4.2 三相雙層繞組三相雙層繞組 雙層繞組指電機(jī)每一槽分為上下兩層，線圈的一個邊雙層繞組指電機(jī)每一槽分為上下兩層，線圈的一個邊嵌在某槽的上層，另一邊安放在相隔一定槽數(shù)的另一槽的嵌在某槽的上層，另一邊安放在相隔一定槽數(shù)的另一槽的下層。雙層繞組由于其一槽可安放兩個線

4、圈邊，所以雙層下層。雙層繞組由于其一槽可安放兩個線圈邊，所以雙層繞組的線圈數(shù)和槽數(shù)正好相等。繞組的線圈數(shù)和槽數(shù)正好相等。 根據(jù)雙層繞組根據(jù)雙層繞組線線圈形狀和連接規(guī)律圈形狀和連接規(guī)律，三相雙層繞組可分為三相雙層繞組可分為疊繞組疊繞組和和波繞組波繞組兩大兩大類。類。交流繞組的基本知識和基本量：交流繞組的基本知識和基本量： 電角度與機(jī)械角度：電角度與機(jī)械角度：（1 1）電角度：在電機(jī)理論中，我們把一對主磁極所占的）電角度：在電機(jī)理論中，我們把一對主磁極所占的空間距離，稱為空間距離，稱為360360的電角度。的電角度。 （2 2）機(jī)械角度：一個圓周的空間角度為機(jī)械角度）機(jī)械角度：一個圓周的空間角度為

5、機(jī)械角度360360。很明顯，很明顯，電角度電角度= =極對數(shù)極對數(shù)機(jī)械角度機(jī)械角度。 極對數(shù)：指電機(jī)主磁極的對數(shù)，通常用極對數(shù)：指電機(jī)主磁極的對數(shù)，通常用p表示。表示。 線圈：線圈： 組成交流繞組的單元叫線圈，在直流電機(jī)中叫元件。組成交流繞組的單元叫線圈，在直流電機(jī)中叫元件。 節(jié)距：節(jié)距： 一個線圈的兩個邊所跨定子圓周上的距離稱為節(jié)距，一個線圈的兩個邊所跨定子圓周上的距離稱為節(jié)距，用用y1 1 表示（以槽數(shù)計）。表示（以槽數(shù)計）。y1 1 = =p，稱為整距繞組；，稱為整距繞組；y1 1p為短距；為短距；y1 1p為長距。為長距。 槽距角：槽距角： 相鄰兩槽間的距離用電角度表示，叫做槽距角，

6、用相鄰兩槽間的距離用電角度表示，叫做槽距角，用表示。表示。 = p3600 / / Q Q 每極每相槽數(shù)：每極每相槽數(shù)： 在交流電機(jī)中，每極每相占有的平均槽數(shù)在交流電機(jī)中，每極每相占有的平均槽數(shù)q是一個重是一個重要的參數(shù)，要的參數(shù)，q 的大小對電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升以及的大小對電機(jī)的參數(shù)、附加損耗、溫升以及絕緣材料的消耗量等都有影響。絕緣材料的消耗量等都有影響。如定子槽數(shù)為如定子槽數(shù)為Q Q，極對數(shù)，極對數(shù)為為p p，相數(shù)為，相數(shù)為m。則得：。則得： q = Qq = Q/2/2pm q q =1=1的繞組稱為集中繞組，的繞組稱為集中繞組，q q1 1的繞組稱為分布繞組。的繞組稱為分布繞組

7、。槽電動勢星形圖和相帶劃分槽電動勢星形圖和相帶劃分 三相繞組需要對稱分布，繞組的排列和連接。三相繞組需要對稱分布，繞組的排列和連接。給定給定2 2p p=4,=4, Q Q=36=36槽槽,m=3,m=3。計算每極每相槽數(shù)：計算每極每相槽數(shù)： q q = 36/(4= 36/(43) 3) = 3 ( = 3 (槽）槽）計算槽距角：計算槽距角： =2=23603600 0/36/36 =20 =200 0確定相帶：確定相帶：每個極下每相所占的區(qū)域每個極下每相所占的區(qū)域為相帶，通常三相電為相帶，通常三相電動機(jī)都采用動機(jī)都采用60600 0相帶。相帶。AZBXCY(36,24)Qp各相帶槽號分配：

8、各相帶槽號分配：相帶相帶槽號槽號極對極對ABCXYZ1,2,31,2,34,5,64,5,67,8,97,8,910,11,1210,11,1213,14,1513,14,15 16,17,1816,17,1819,20,2119,20,21 22,23,2422,23,24 25,26,2725,26,27 28,29,3028,29,30 31,32,3331,32,33 34,35,3634,35,36第一對極下第一對極下（1 1槽槽1818槽）槽）第二對極下第二對極下（1919槽槽3636槽）槽）2 2、疊繞組、疊繞組 任何兩個相鄰的線圈都是后一個任何兩個相鄰的線圈都是后一個“緊疊緊疊

9、”在另一個上在另一個上面，故稱為疊繞組。面，故稱為疊繞組。雙層疊繞組的主要雙層疊繞組的主要優(yōu)點優(yōu)點： 1 1）可以靈活選擇線圈節(jié)距來改善電動勢和磁動勢波形；）可以靈活選擇線圈節(jié)距來改善電動勢和磁動勢波形； 2 2）各線圈節(jié)距、形狀相同，便于制造；）各線圈節(jié)距、形狀相同，便于制造； 3 3）可以得到較多的并聯(lián)支路數(shù)；）可以得到較多的并聯(lián)支路數(shù)； 4 4）可采用短距線圈以節(jié)約端部用銅。）可采用短距線圈以節(jié)約端部用銅。雙層疊繞組的雙層疊繞組的主要主要缺點缺點： 1 1）嵌線較困難，特別是一臺電機(jī)的最后幾個線圈；）嵌線較困難，特別是一臺電機(jī)的最后幾個線圈； 2 2）極間連線較長，極數(shù)較多時比較費銅。）

10、極間連線較長，極數(shù)較多時比較費銅。 主要用于一般電壓、額定電流不大的中、小型同步電主要用于一般電壓、額定電流不大的中、小型同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的定子繞組。動機(jī)和異步電動機(jī)的定子繞組。 例：三相交流電機(jī)例：三相交流電機(jī)Q Q1 1=36=36，2 2p p=4=4，試?yán)L制三相雙層疊繞組展開圖。試?yán)L制三相雙層疊繞組展開圖。先計算：先計算： （1）= 2= 23603600 0/36 = 20/36 = 200 0 q q = 36/(4= 36/(43) = 3 3) = 3 （槽）（槽） = = Q Q1 1/2/2p p = 36/4 = 9= 36/4 = 9（槽）（槽） 取取y1=8個個

11、槽槽( (短距）短距） （2 2）畫出電動勢星形圖）畫出電動勢星形圖（3 3）分相）分相（4 4）畫）畫A相繞組展開圖相繞組展開圖下面我們通過具體例子來說明疊繞組的繞制方法：下面我們通過具體例子來說明疊繞組的繞制方法：111 35 7 9 11 13151719 21232527 293133351 2 310 11 1219 20 2128 29 30N NN NS SS S三相雙層疊繞組的A繞組的展開圖XA12 -1-2-3- -10-11-12-19-20-21- -28-29-30-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）12319202110111228

12、2930A相繞組線圈的連接圖（兩條并聯(lián)支路）1A1X2A2XXXAA1A1X2A2X2 2、波繞組、波繞組 用于用于多極、支路導(dǎo)線截面積較大的電機(jī)多極、支路導(dǎo)線截面積較大的電機(jī)，節(jié)約極間連，節(jié)約極間連線用銅。線用銅。 其特點是：兩個相鄰的線圈成波浪形前進(jìn)，波繞組的其特點是：兩個相鄰的線圈成波浪形前進(jìn)，波繞組的連接規(guī)律是把所有連接規(guī)律是把所有同一極性同一極性（如（如N1, N2）下屬）下屬于同一于同一相的相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來組成一組，在把另一極性線圈按波浪形依次串聯(lián)起來組成一組，在把另一極性（S1 1, ,S2 2）下的屬于同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)）下的屬于同一相的線圈按波浪形依次串

13、聯(lián)起來，組成另一組，起來，組成另一組，最后根據(jù)需要把這最后根據(jù)需要把這兩組接成串聯(lián)或并兩組接成串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成相繞組。聯(lián)，構(gòu)成相繞組。圖4-5 波繞線圈的節(jié)距y1yy1例：將前述三相四極例：將前述三相四極3636槽、槽、y1 1=8=8的繞組制成波繞組。的繞組制成波繞組。18236pQy 繪制波繞組展開圖的步驟與疊繞組完全相同，該例繪制波繞組展開圖的步驟與疊繞組完全相同，該例題槽電動勢星形圖和相帶劃分與前例完全相同。題槽電動勢星形圖和相帶劃分與前例完全相同。若若A相從相從3 3號線圈起，則號線圈起，則3 3號線圈一導(dǎo)體邊放在號線圈一導(dǎo)體邊放在3 3號槽上層號槽上層用用實線實線表示，另一導(dǎo)體邊放

14、在表示，另一導(dǎo)體邊放在1111號槽下層用號槽下層用虛線虛線表示（表示（y1 1=8=8）然根據(jù)）然根據(jù)y=18=18，3 3號線圈應(yīng)與號線圈應(yīng)與2121號線圈連接。號線圈連接。 為避免繞組閉合，每繞完一周后人為地前進(jìn)或后退一為避免繞組閉合，每繞完一周后人為地前進(jìn)或后退一個槽，才能使繞組繼續(xù)繞下去。本例后退一個槽。個槽，才能使繞組繼續(xù)繞下去。本例后退一個槽。 4.3 4.3 三相單層繞組三相單層繞組 定子或轉(zhuǎn)子每槽中只有一個線圈邊的三相交流繞組稱定子或轉(zhuǎn)子每槽中只有一個線圈邊的三相交流繞組稱為三相單層繞組。為三相單層繞組。 三相交流繞組由于每槽中只包含一個線圈邊，所以其三相交流繞組由于每槽中只包

15、含一個線圈邊，所以其線圈數(shù)為槽數(shù)的一半。三相單層繞組比較適合于線圈數(shù)為槽數(shù)的一半。三相單層繞組比較適合于10kW以以下的小型交流電機(jī)中，很少在大、中型電機(jī)中采用。下的小型交流電機(jī)中，很少在大、中型電機(jī)中采用。 分類：按照線圈的形狀和端部連接方法的不同，三相分類：按照線圈的形狀和端部連接方法的不同，三相單層繞組主要可分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸降刃褪?。單層繞組主要可分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸降刃褪健?單層繞組嵌線比較方便，因沒有槽絕緣，所以槽的利單層繞組嵌線比較方便，因沒有槽絕緣，所以槽的利用率較高。用率較高。4322421222423241PmQqPQmQP1 1、同心式繞組、同心式繞組 同心式繞組

16、由不同節(jié)距的同心線圈組成。同心式繞組由不同節(jié)距的同心線圈組成。 以兩極三相以兩極三相 2424槽電機(jī)為例說明。槽電機(jī)為例說明。 優(yōu)點優(yōu)點：嵌線方便，端部不重疊，散熱好，便于布置。：嵌線方便，端部不重疊，散熱好，便于布置。 缺點缺點：線圈節(jié)距不等，繞制不便，端部較長。：線圈節(jié)距不等，繞制不便，端部較長。同心式繞組同心式繞組*正弦繞組：正弦繞組： 基本原理：采用同心式繞組時，若每個線圈匝數(shù)不等基本原理：采用同心式繞組時，若每個線圈匝數(shù)不等，使其產(chǎn)生的磁動勢接近正弦分布。，使其產(chǎn)生的磁動勢接近正弦分布。 以以Q1=24，p=1為例：為例：1）計算每個線圈邊離磁極中心線的電角度正弦值：）計算每個線圈邊

17、離磁極中心線的電角度正弦值：2）計算每個線圈匝數(shù)占每極總匝數(shù)的百分比：）計算每個線圈匝數(shù)占每極總匝數(shù)的百分比：991. 0sin;924. 0sin;793. 0sin;609. 0sin383. 0)180125 . 1sin(sin54321同理同理%3 .10sinsinsinsinsinsin543211 可計算出其它線圈可計算出其它線圈匝數(shù)占總匝數(shù)的百分比分別為：匝數(shù)占總匝數(shù)的百分比分別為： 16.5%、21.4%、25%、26.8%2 2、鏈?zhǔn)嚼@組、鏈?zhǔn)嚼@組 鏈?zhǔn)嚼@組的線圈具有相同的節(jié)距。就整個繞組外形來鏈?zhǔn)嚼@組的線圈具有相同的節(jié)距。就整個繞組外形來看，一環(huán)套一環(huán)，形如長鏈。鏈?zhǔn)骄€

18、圈的節(jié)距恒為奇數(shù)?？?，一環(huán)套一環(huán)，形如長鏈。鏈?zhǔn)骄€圈的節(jié)距恒為奇數(shù)。 主要用于每極每相槽數(shù)為偶數(shù)的小型四、六極小型感主要用于每極每相槽數(shù)為偶數(shù)的小型四、六極小型感應(yīng)電動機(jī)。應(yīng)電動機(jī)。 特點特點：線圈大小相等，繞組方便，采用短距時端部用：線圈大小相等，繞組方便，采用短距時端部用銅較少。銅較少。例：三相六極例：三相六極3636槽繪制鏈?zhǔn)嚼@組展開圖。槽繪制鏈?zhǔn)嚼@組展開圖。 2332362PmQq 用極間連線（紅線）按相鄰極下電流方向相反的原則用極間連線（紅線）按相鄰極下電流方向相反的原則將六個線圈反向串聯(lián)，得將六個線圈反向串聯(lián)，得A A相繞組。相繞組。3322362PmQq3 3、交叉式繞組、交叉式

19、繞組 這種繞組主要用在這種繞組主要用在q= =奇數(shù)的小型四極、六極感應(yīng)電動奇數(shù)的小型四極、六極感應(yīng)電動機(jī)中。如機(jī)中。如q為奇數(shù)，則一個相帶內(nèi)的槽數(shù)無法均分為二，為奇數(shù)，則一個相帶內(nèi)的槽數(shù)無法均分為二，必須出現(xiàn)一邊多，一邊少的情況。因而線圈的節(jié)距不會一必須出現(xiàn)一邊多，一邊少的情況。因而線圈的節(jié)距不會一樣，此時采用交叉式繞組。樣，此時采用交叉式繞組。 特點：采用不等距繞組，比同心式繞組的端部短，便特點：采用不等距繞組，比同心式繞組的端部短，便于布置。于布置。例：三相四極例：三相四極3636槽定子，繪制交叉式繞組展開圖：槽定子，繪制交叉式繞組展開圖：111357913 15 17 19 21 232

20、5 27 29 31 33 351719AXSN26圖4-9 單層交叉式繞組的A相展開圖（2p=4,Q=36)27SN* *單雙層繞組：單雙層繞組： 單雙層繞組與單層繞組相比，具有雙層繞組的特點，單雙層繞組與單層繞組相比，具有雙層繞組的特點，即有較好的氣隙磁場波形、較好的啟動性能以及較低的附即有較好的氣隙磁場波形、較好的啟動性能以及較低的附加損耗等優(yōu)點；與雙層繞組相比，能提高短距繞組的基波加損耗等優(yōu)點；與雙層繞組相比，能提高短距繞組的基波繞組系數(shù)，可減少繞組的實際匝數(shù)，縮短繞組的實際節(jié)距繞組系數(shù)，可減少繞組的實際匝數(shù)，縮短繞組的實際節(jié)距，從而節(jié)約繞組用銅，降低鐵耗、提高效率。，從而節(jié)約繞組用銅

21、，降低鐵耗、提高效率。 單雙層繞組的缺點：線圈的節(jié)距不等，單雙層繞組的單雙層繞組的缺點：線圈的節(jié)距不等，單雙層繞組的匝數(shù)不同，制作復(fù)雜。匝數(shù)不同，制作復(fù)雜。 以以q1=3，p=1，y=8/9Z為例：為例：* * Y 混合繞組：混合繞組： Y 混合繞組是把混合繞組是把6060相帶的三相繞組分成兩套相帶的三相繞組分成兩套三相繞組，這兩套三相繞組空間位置相差三相繞組，這兩套三相繞組空間位置相差3030電角度，其電角度，其中一套為中一套為接法，一套為接法，一套為Y接法。接法。 Y 混合繞組的混合繞組的優(yōu)點優(yōu)點：提高電機(jī)的功率，改善功：提高電機(jī)的功率，改善功率因數(shù)，削弱諧波，改善轉(zhuǎn)矩特性等；率因數(shù)，削弱

22、諧波，改善轉(zhuǎn)矩特性等；缺點缺點：制作工藝的：制作工藝的分散性，容易造成繞組內(nèi)部環(huán)流，引起額外損耗。嵌線及分散性，容易造成繞組內(nèi)部環(huán)流，引起額外損耗。嵌線及接線比較復(fù)雜。接線比較復(fù)雜。294.4 正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢 導(dǎo)體導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢的感應(yīng)電動勢 電動勢的波形電動勢的波形 正弦電動勢的頻率正弦電動勢的頻率 導(dǎo)體電動勢的有效值導(dǎo)體電動勢的有效值 整距線圈整距線圈的電動勢的電動勢 短距線圈短距線圈的電動勢、節(jié)距因數(shù)的電動勢、節(jié)距因數(shù) 分布繞組分布繞組的電動勢、分布因數(shù)和繞組因數(shù)的電動勢、分布因數(shù)和繞組因數(shù) 相相電動勢和電動勢和線線電動勢電動勢30 在交流電

23、機(jī)中有一個以在交流電機(jī)中有一個以ns s轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，由于轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，由于旋轉(zhuǎn)的磁場切割定子繞組，所以在定子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的磁場切割定子繞組，所以在定子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電動勢。 首先求出首先求出一根導(dǎo)體一根導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢，然后導(dǎo)出中的感應(yīng)電動勢，然后導(dǎo)出一個線一個線圈圈的感應(yīng)電動勢，再討論一個的感應(yīng)電動勢，再討論一個線圈組線圈組（極相組）的感應(yīng)電（極相組）的感應(yīng)電動勢，最后推出動勢，最后推出一相繞組一相繞組的感應(yīng)電動勢計算公式。的感應(yīng)電動勢計算公式。311 1、導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢、導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢 下圖為一臺兩極同步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子是直流勵磁形成的下圖為一臺兩極同步發(fā)

24、電機(jī)，轉(zhuǎn)子是直流勵磁形成的主磁極（簡稱主極）定子上放有一根導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動主磁極（簡稱主極）定子上放有一根導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動以后，形成一旋轉(zhuǎn)磁場。定子導(dǎo)體切割該旋轉(zhuǎn)磁場機(jī)拖動以后，形成一旋轉(zhuǎn)磁場。定子導(dǎo)體切割該旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢。a)a)二極同步發(fā)電機(jī)二極同步發(fā)電機(jī)b)b)主極磁場在空間分布主極磁場在空間分布c)c)導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢波形導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢波形NSe1bB1tn0e e1 1N01800360bne e1 1定子定子32sin1BB 00時t111sin2sineBlvBlvtEt電動勢的波形電動勢的波形 設(shè)主極磁場在氣隙內(nèi)按正弦規(guī)律分布，則：設(shè)主極磁場在氣隙內(nèi)

25、按正弦規(guī)律分布，則：B1：磁場幅值：磁場幅值 ：離開原點的電角度：離開原點的電角度 因定子旋轉(zhuǎn)的角頻率為因定子旋轉(zhuǎn)的角頻率為，當(dāng)時間為，當(dāng)時間為t 時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過，且，且= =tt，則導(dǎo)體感應(yīng)電動勢為：則導(dǎo)體感應(yīng)電動勢為： 由上式可見導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢是隨時間正弦變化的交由上式可見導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢是隨時間正弦變化的交流電動勢。流電動勢。設(shè)：設(shè)：112BlvE 3360nf 60pnf 13000/minspnr時同步轉(zhuǎn)速21500/minspnr時同步轉(zhuǎn)速正弦電動勢的頻率正弦電動勢的頻率 若若p=1=1，電角度，電角度= =機(jī)械角度，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周感應(yīng)電動勢交機(jī)械角度，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周感應(yīng)電動勢

26、交變一次，變一次，于是導(dǎo)體中電動勢交變的頻率應(yīng)為：于是導(dǎo)體中電動勢交變的頻率應(yīng)為：若電機(jī)為若電機(jī)為p對極，則轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體中感應(yīng)電對極，則轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢將交變動勢將交變p次，此時電動勢頻率為：次，此時電動勢頻率為：在我國工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)頻率為在我國工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)頻率為50H50HZ Z，所以當(dāng)：，所以當(dāng)：34112BlvE 2p26060iinnvDfD為定子內(nèi)徑12avavBBB1111122. 2222222fflBflBffBlEav1avB l一根導(dǎo)體電動勢的有效值一根導(dǎo)體電動勢的有效值: :一個極下的平均磁密一個極下的平均磁密：一極下磁通量：一極下磁通量112.22Ef

27、352 2、整距線圈的感應(yīng)電動勢、整距線圈的感應(yīng)電動勢 y1=時，則線圈的一根導(dǎo)體位于時，則線圈的一根導(dǎo)體位于N極下最大磁密處時，另一根導(dǎo)體極下最大磁密處時，另一根導(dǎo)體恰好處于恰好處于S極下的最大磁密處。所以兩導(dǎo)體感應(yīng)電動勢瞬時值總是極下的最大磁密處。所以兩導(dǎo)體感應(yīng)電動勢瞬時值總是大小相等，方向相反，設(shè)大小相等，方向相反，設(shè)線圈匝數(shù)線圈匝數(shù)NC=1=1，則整距線圈的電動勢為：，則整距線圈的電動勢為：1111124.44cEEEEf 若線圈有若線圈有NC C匝，則匝，則： 114.44ccEfN3601180y1111011112sin22sin904.44CpEEEEyEfk3 3、短距線圈的

28、電動勢，節(jié)距因數(shù)、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù) y1時，線圈時，線圈的兩個邊中感應(yīng)電動勢不再是差的兩個邊中感應(yīng)電動勢不再是差1801800 0，而是相差而是相差011sin90pyk基波繞組基波繞組 節(jié)距因數(shù)節(jié)距因數(shù)1114.44cPEfK370156sin900.966 1pk1114.44ccpEfN k 若為若為NC匝，則：匝，則：1pk表示線圈采用短距后感應(yīng)電動勢對比于整距時表示線圈采用短距后感應(yīng)電動勢對比于整距時應(yīng)打的折扣。應(yīng)打的折扣。1y11;pk時，時， 651y 可見采用短距線圈后對基波電動勢的大小稍有影響，可見采用短距線圈后對基波電動勢的大小稍有影響，但當(dāng)主磁場中含有諧波時，它

29、能有效地抑制諧波電動勢，但當(dāng)主磁場中含有諧波時，它能有效地抑制諧波電動勢，所以所以一般交流繞組大多采用短距繞組一般交流繞組大多采用短距繞組。1y時，例如：時，例如： 取取 ，則，則 651y384 4、分布繞組的電動勢、分布因數(shù)和繞組因數(shù)、分布繞組的電動勢、分布因數(shù)和繞組因數(shù) 每極下每相有一個線圈組，線圈組由每極下每相有一個線圈組，線圈組由q個線圈組成，個線圈組成，且每個線圈互差且每個線圈互差電角度。電角度。 如如q=3=339kd1 -基波分布因數(shù)基波分布因數(shù) q個線圈分布在不同槽內(nèi)，使其合成電動勢小于個線圈分布在不同槽內(nèi)，使其合成電動勢小于q個集個集中線圈的合成電動勢，所以中線圈的合成電動

30、勢，所以kd1d116 6時，分布因數(shù)的下降已不明顯，所以一般選時，分布因數(shù)的下降已不明顯，所以一般選66q22。如：如：q q=3=3時時 k kq1q1=0.960=0.960、 k kq5q5=0.217=0.217、 k kq5q5=-0.177=-0.177改善主極磁場分布：改善主極磁場分布： 在凸極同步發(fā)電機(jī)中，可采用不均勻氣隙使磁極磁在凸極同步發(fā)電機(jī)中，可采用不均勻氣隙使磁極磁場沿電樞表面分布接近于正弦波（場沿電樞表面分布接近于正弦波（max/ /min=1.5),=1.5), 另外，另外，使極靴寬度與極距的比值在使極靴寬度與極距的比值在0.70.75之間。之間。a ) 二 極

31、交 流 發(fā) 電 機(jī) b ) 主 極 磁 場 在 空 間 的 分 布 c ) 導(dǎo) 體 中 感 應(yīng) 電 動 勢 的 波 形圖 4 - 1 0 氣 隙 磁 場 正 弦 分 布 時 導(dǎo) 體 內(nèi) 的 感 應(yīng) 電 動 勢NSe1bB1tn0e1N01 8 003 6 0bne1定 子采用斜槽：采用斜槽： 采用斜槽后，同一根導(dǎo)體內(nèi)的各個小段在磁場中的位置互不相采用斜槽后，同一根導(dǎo)體內(nèi)的各個小段在磁場中的位置互不相同，所以同，所以同一導(dǎo)體各點感應(yīng)電動勢不同同一導(dǎo)體各點感應(yīng)電動勢不同，與直槽相比，導(dǎo)體中的感，與直槽相比，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢有所變化，理論證明采用斜槽后對應(yīng)電動勢有所變化，理論證明采用斜槽后對齒諧波

32、大為削弱齒諧波大為削弱，對基，對基波和其他諧波也起削弱作用。波和其他諧波也起削弱作用。 分析表明，要分析表明，要削弱齒諧波只要削弱齒諧波只要使使定子槽斜過一個齒定子槽斜過一個齒距即可距即可。 斜槽主要用于斜槽主要用于中、小型電機(jī)中。中、小型電機(jī)中。(21)1wmqwkkn n 其他措施：其他措施： 采用分?jǐn)?shù)槽采用分?jǐn)?shù)槽 在多極同步發(fā)電機(jī)（例如水輪發(fā)電機(jī)）中，常常采用在多極同步發(fā)電機(jī)（例如水輪發(fā)電機(jī)）中，常常采用分?jǐn)?shù)槽繞組分?jǐn)?shù)槽繞組來削弱齒諧波。由于每極每相槽數(shù)來削弱齒諧波。由于每極每相槽數(shù)q=分?jǐn)?shù)，所分?jǐn)?shù)，所以齒諧波次數(shù)以齒諧波次數(shù) 一般為分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極一般為分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極磁極中僅含有

33、奇次諧波，即不存在齒諧波磁場，也就不存磁極中僅含有奇次諧波，即不存在齒諧波磁場，也就不存在齒諧波電動勢。在齒諧波電動勢。 12 mqZn 采用半閉口槽和磁性槽楔采用半閉口槽和磁性槽楔 在小型電機(jī)中采用半閉口槽，中型電機(jī)中采用在小型電機(jī)中采用半閉口槽，中型電機(jī)中采用磁性槽磁性槽楔楔來減小由于槽開口而引起的氣隙磁導(dǎo)變化和齒諧波，但來減小由于槽開口而引起的氣隙磁導(dǎo)變化和齒諧波，但采用半閉口下線工藝復(fù)雜。采用半閉口下線工藝復(fù)雜。 另外，在同步發(fā)電機(jī)中，還可在轉(zhuǎn)子上采用另外，在同步發(fā)電機(jī)中，還可在轉(zhuǎn)子上采用阻尼繞組阻尼繞組來削弱齒諧波。來削弱齒諧波。4.6 4.6 正弦電流下單相繞組的磁動勢正弦電流下單

34、相繞組的磁動勢 因組成一相繞組的基本單元是線圈，所以在分析單相因組成一相繞組的基本單元是線圈，所以在分析單相磁勢時，我們先從分析一個線圈的磁勢入手，進(jìn)而分析一磁勢時，我們先從分析一個線圈的磁勢入手，進(jìn)而分析一個線圈組的磁勢，最后推出繞組產(chǎn)生的磁勢。個線圈組的磁勢，最后推出繞組產(chǎn)生的磁勢。1 1、整距線圈的磁動勢、整距線圈的磁動勢 下圖表示一臺兩極電機(jī)，設(shè)定子上有一整距線圈下圖表示一臺兩極電機(jī)，設(shè)定子上有一整距線圈AXAX，匝數(shù)匝數(shù)Nc 當(dāng)通入交流電當(dāng)通入交流電ic c時，電流方向如圖所示，時，電流方向如圖所示，( (瞬時方瞬時方向向) )由右手定則決定磁場方向。因磁力線通過兩個氣隙，由右手定則

35、決定磁場方向。因磁力線通過兩個氣隙，如不計鐵磁材料中的磁壓降，則磁勢如不計鐵磁材料中的磁壓降，則磁勢Ncic全部消耗在氣隙全部消耗在氣隙中，經(jīng)過一次氣隙，消耗磁勢為中，經(jīng)過一次氣隙，消耗磁勢為1/21/2Ncic。2322222-2scCcscCciNfiNf當(dāng)當(dāng) 右圖可見，整距線圈在氣隙內(nèi)形成一個矩形分布的磁右圖可見，整距線圈在氣隙內(nèi)形成一個矩形分布的磁勢波，其勢波，其矩形的高度是時間的函數(shù)矩形的高度是時間的函數(shù)。sccciNfcos241 基波磁動勢可寫成：基波磁動勢可寫成： s：電角度。：電角度?；ǖ姆滴挥诰€圈軸線處?；ǖ姆滴挥诰€圈軸線處。 當(dāng)電流變?yōu)樨?fù)值時，兩個矩形波的高度跟著

36、變號，正當(dāng)電流變?yōu)樨?fù)值時，兩個矩形波的高度跟著變號，正變負(fù)，負(fù)變正。這種空間位置固定不動，但波幅的大小隨變負(fù)，負(fù)變正。這種空間位置固定不動，但波幅的大小隨時間而變化的磁動勢為時間而變化的磁動勢為脈振磁動勢脈振磁動勢。 下圖表示節(jié)距等于下圖表示節(jié)距等于1/4周長的兩組整距線圈形成四極磁周長的兩組整距線圈形成四極磁場時的情況，其磁勢波形仍為矩形波。場時的情況，其磁勢波形仍為矩形波。2 2、分布繞組的磁動勢、分布繞組的磁動勢 每個線圈組是由若干個節(jié)距相等，匝數(shù)相同，依次沿每個線圈組是由若干個節(jié)距相等，匝數(shù)相同，依次沿定子圓周錯開同一角度（通常為一槽距角）的線圈串聯(lián)而定子圓周錯開同一角度（通常為一槽距

37、角）的線圈串聯(lián)而成，下面按整距線圈組和短距線圈組兩種情況分別分析線成，下面按整距線圈組和短距線圈組兩種情況分別分析線圈組的磁勢。圈組的磁勢。整距線圈的線圈組磁勢：整距線圈的線圈組磁勢： 每極下屬與同一相的線圈串聯(lián)起來，就成為一個線每極下屬與同一相的線圈串聯(lián)起來，就成為一個線圈組。圈組。 以以q=3=3的整距線圈組為例：的整距線圈組為例： 每個線圈磁勢大小相等，所以不同的僅是個線圈在空每個線圈磁勢大小相等，所以不同的僅是個線圈在空間相隔的間相隔的電角度。所以電角度。所以q個線圈組成線圈組時，合成磁勢個線圈組成線圈組時，合成磁勢并不等于每個線圈磁動勢的并不等于每個線圈磁動勢的q倍，而是等于個線圈磁

38、動勢倍，而是等于個線圈磁動勢的矢量和。的矢量和。 求合成磁勢的方法與求線圈組電動勢方法相同。求合成磁勢的方法與求線圈組電動勢方法相同。1111cos24)(dsccdcqKiqNKqff短距分布繞組的磁動勢：短距分布繞組的磁動勢： 如線圈為整距時，上層與下層的磁勢可直接相加，即如線圈為整距時，上層與下層的磁勢可直接相加，即 而短距時，不能用代數(shù)和，而是矢量和。由于各線圈而短距時，不能用代數(shù)和，而是矢量和。由于各線圈在空間互差在空間互差電角度，因此不能直接相加。電角度，因此不能直接相加。 1( 1( 112qqqqFFFF下）上）1111111101(11cos24cos2490sin2cos2

39、cos2pdwswspdqpqqkkKipNkiKpNkfKyFF上）基波磁動勢的繞組因數(shù)基波磁動勢的繞組因數(shù)結(jié)論：結(jié)論：分布系數(shù)可理解為繞組分布排列后所形成的磁動勢較集分布系數(shù)可理解為繞組分布排列后所形成的磁動勢較集中排列時應(yīng)打的折扣。中排列時應(yīng)打的折扣。節(jié)距因數(shù)表示線圈采用短距后所形成的磁動勢較整距時節(jié)距因數(shù)表示線圈采用短距后所形成的磁動勢較整距時應(yīng)打的折扣。應(yīng)打的折扣。采用分布和短距后，可大大削弱諧波的影響，從而改善采用分布和短距后，可大大削弱諧波的影響，從而改善磁動勢波形。磁動勢波形。3 3、單相繞組的磁動勢、單相繞組的磁動勢脈振動磁勢脈振動磁勢 一相繞組的磁動勢是指每對極下一相繞組的

40、磁動勢。一相繞組的磁動勢是指每對極下一相繞組的磁動勢。即一個線圈組的磁動勢。即一個線圈組的磁動勢。對于雙層繞組，為對于雙層繞組，為2 2qNC所產(chǎn)生的磁勢。所以上述推出的所產(chǎn)生的磁勢。所以上述推出的線圈組的磁動勢即為一相的磁動勢。線圈組的磁動勢即為一相的磁動勢。 tFtKPNIftIissWcoscoscoscos224cos211IPNKFW19 . 01,sft1t1t2t2t3t3ts不同瞬間時單相繞組的基波脈振磁動勢不同瞬間時單相繞組的基波脈振磁動勢IPNKFW19 . 0nnnIPNKFW19 . 0綜合以上分析對單相繞組的磁勢的性質(zhì)歸納如下：綜合以上分析對單相繞組的磁勢的性質(zhì)歸納如

41、下：單相繞組的磁勢是一種空間位置固定，幅值隨時間變化單相繞組的磁勢是一種空間位置固定，幅值隨時間變化的脈振磁勢，其脈振頻率取決于電流的頻率。的脈振磁勢，其脈振頻率取決于電流的頻率。注：磁勢即是空間位置的函數(shù)，也是時間的函數(shù)?？臻g分注：磁勢即是空間位置的函數(shù)，也是時間的函數(shù)。空間分布用以電角度布用以電角度s 的空間位置角來表達(dá)，隨時間變化規(guī)律用的空間位置角來表達(dá)，隨時間變化規(guī)律用時間時間t來表達(dá)。來表達(dá)?；ù艅觿莸姆禐椋夯ù艅觿莸姆禐椋捍沃C波磁動勢的幅值為：次諧波磁動勢的幅值為： 諧波磁動勢從空間上看，是一個按諧波磁動勢從空間上看，是一個按次諧波分布，從次諧波分布，從時間上看仍按時間上看

42、仍按wt的余弦規(guī)律脈振的脈振磁動勢。的余弦規(guī)律脈振的脈振磁動勢。)cos(21)cos(21coscos1111ssstFtFtFf 右邊第一項為正向旋轉(zhuǎn)磁勢，第二項為負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢，右邊第一項為正向旋轉(zhuǎn)磁勢，第二項為負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢，所以所以脈振磁勢可分解為兩個轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁脈振磁勢可分解為兩個轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢，每個旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值為脈振磁勢幅值的一半。勢，每個旋轉(zhuǎn)磁勢的幅值為脈振磁勢幅值的一半。 由于定子繞組大多采用短距和分布繞組，因而合由于定子繞組大多采用短距和分布繞組，因而合成磁動勢中諧波含量大大消弱。一般情況下只考成磁動勢中諧波含量大大消弱。一般情況下只考慮基波磁勢的

43、作用。慮基波磁勢的作用。 利用三角公式：利用三角公式：4.7 4.7 正弦電流下三相繞組的磁動勢正弦電流下三相繞組的磁動勢 前面分析了單相繞組的磁勢為一脈振磁勢。將三個單前面分析了單相繞組的磁勢為一脈振磁勢。將三個單相磁勢相加，即得三相繞組的合成磁勢。為了清楚的理解相磁勢相加，即得三相繞組的合成磁勢。為了清楚的理解由單相到三相合成時，脈振磁勢如何變?yōu)樾D(zhuǎn)磁勢，用解由單相到三相合成時，脈振磁勢如何變?yōu)樾D(zhuǎn)磁勢，用解析法和圖解法兩種方法進(jìn)行分析。析法和圖解法兩種方法進(jìn)行分析。1 1、三相繞組的基波合成磁勢、三相繞組的基波合成磁勢解析法：解析法： 單相基波磁動勢為：單相基波磁動勢為：tFfscosc

44、os11 當(dāng)對稱三相繞組中，通入對稱三相電流時，由于三相當(dāng)對稱三相繞組中，通入對稱三相電流時，由于三相繞組在空間互差繞組在空間互差1201200 0，三相電流在空間上互差，三相電流在空間上互差1201200 0，因此，因此若把空間坐標(biāo)原點取在若把空間坐標(biāo)原點取在A A相繞組軸線上，相繞組軸線上，A A相電流達(dá)到最大相電流達(dá)到最大值的瞬間為時間起始點，則值的瞬間為時間起始點，則A A、B B、C C三相繞組各自產(chǎn)生的三相繞組各自產(chǎn)生的脈振磁勢基波的表達(dá)式為：脈振磁勢基波的表達(dá)式為：)240cos()240cos()120cos()120cos(coscos0011001111tFftFftFfs

45、CsBsA)cos()cos(23),()120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(2111111101110111111sscbcsssCssBssAtFtFffftftFtFftFtFftFtFf利用三角公式將上式分解：利用三角公式將上式分解：IPNKFFW1119 . 023237374旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場二極旋轉(zhuǎn)磁場二極旋轉(zhuǎn)磁場2V2W 將這兩個瞬時磁動勢波進(jìn)行比較，可見磁動勢幅的值將這兩個瞬時磁動勢波進(jìn)行比較，可見磁動勢幅的值不變，隨時間的推移整個正弦波沿橫軸正方向移動，是一不變，隨時間的推移整個正弦波沿橫軸正方向移動，是一個行波，即由個行

46、波，即由A相到相到B相，再由相，再由B相到相到C相，由于定子為圓相，由于定子為圓柱形，所以合成磁動勢是一個沿氣隙圓周旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動柱形，所以合成磁動勢是一個沿氣隙圓周旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢波。勢波。min)(r/60s)(r/222pfpfpfpns 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速： 這個轉(zhuǎn)速也稱為同步轉(zhuǎn)速。這個轉(zhuǎn)速也稱為同步轉(zhuǎn)速。 7677電流變化一周電流變化一周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈電流每秒鐘變化電流每秒鐘變化 50 周周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 50 圈圈旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 3000 圈圈電流每分鐘變化電流每分鐘變化 (5060) 周周p = 1 時：時：電流變化一周電流變化一周 旋轉(zhuǎn)

47、磁場轉(zhuǎn)半圈旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈電流每秒鐘變化電流每秒鐘變化 50 周周 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 25 圈圈旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn) 1500 圈圈電流每分鐘變化電流每分鐘變化 (2560) 周周p = 2 時：時：78同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速60spfn min）r/( p12 3456ns/(r/min)300015001000750600500 f = 50 Hz 時時,不同不同極對數(shù)極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下時的同步轉(zhuǎn)速如下:p 為任意值時：為任意值時： 三相對稱繞組通以三相對稱電流時，由于三相對稱繞組通以三相對稱電流時，由于三相繞組三相繞組在在空間空間互差互差120120電角度，三相電流在電角度，三相電流在時

48、間時間上也互差上也互差120120電角度，其合成磁動勢的基波將是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢電角度，其合成磁動勢的基波將是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。 三相繞組合成磁動勢的特點：三相繞組合成磁動勢的特點： 1 1）三相對稱繞組通入三相對稱電流時，基波合成磁動勢）三相對稱繞組通入三相對稱電流時，基波合成磁動勢為為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速 ns=60f1/p。 2 2）合成磁動勢波的）合成磁動勢波的轉(zhuǎn)向與電流的相序轉(zhuǎn)向與電流的相序有關(guān)，即從超前電有關(guān)，即從超前電流的相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流的相繞組軸線。流的相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流的相繞組軸線。 3) 3) 當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時，合成磁動勢波的幅值正好當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時，合成磁動勢波的幅值正好處在該相繞組軸線上。處在該相繞組軸線上。橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢：橢圓形