第四章交流繞組—構(gòu)成修改

1、4.1 交流繞組構(gòu)成交流繞組構(gòu)成 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求 三相雙層繞組三相雙層繞組 槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖 三相單層繞組三相單層繞組2一、交流繞組的基本要求一、交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求3ce1. 正弦分布的磁場在導(dǎo)體中感應(yīng)正弦波電動勢正弦分布的磁場在導(dǎo)體中感應(yīng)正弦波電動勢cmmm()coscoscos2eBlvB lvB lvtB lvft601pnf t合理設(shè)計磁極形狀，可使得氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布曲線合理設(shè)計磁極形狀，可使得氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度分布曲線呈正弦分布呈正弦分布磁密在空間為正弦分布，一對磁極便對應(yīng)于一個完整正弦波，相當(dāng)磁密在空間為正弦分布，

2、一對磁極便對應(yīng)于一個完整正弦波，相當(dāng)于于360。如果磁極極對數(shù)是如果磁極極對數(shù)是p，整個圓周有，整個圓周有p個完整正弦波，相當(dāng)于個完整正弦波，相當(dāng)于p 360。從幾何的觀點(diǎn)來看，整個圓周只有從幾何的觀點(diǎn)來看，整個圓周只有360。 圓周的空間幾何角度稱圓周的空間幾何角度稱為為機(jī)械角度機(jī)械角度，而圓周上對應(yīng)于磁場分布的角度稱為電工角度，簡稱，而圓周上對應(yīng)于磁場分布的角度稱為電工角度，簡稱為為電角度電角度。電角度電角度p機(jī)械角度機(jī)械角度1. 電角度電角度二二 用槽電動勢星形圖分相以保證三相感應(yīng)電動勢對稱用槽電動勢星形圖分相以保證三相感應(yīng)電動勢對稱5二、槽電動勢星形圖二、槽電動勢星形圖Z360pZp3

3、601Z為電機(jī)槽數(shù)為電機(jī)槽數(shù) 3. 槽距電角槽距電角1：相鄰兩：相鄰兩槽相距的電角度。槽相距的電角度。 2. 槽距角槽距角：相鄰兩槽之：相鄰兩槽之間的機(jī)械角度。間的機(jī)械角度。61036360360Z203636023601Zp例圖中：例圖中：Z=36各導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢相各導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢相等，在時間相位上各等，在時間相位上各差差20度電角度。度電角度。槽槽1導(dǎo)體電動勢相量如導(dǎo)體電動勢相量如果用相量果用相量1表示，槽表示，槽2導(dǎo)體電動勢相量導(dǎo)體電動勢相量2比相比相量量1滯后滯后20度的電角度的電角度。度。同理槽同理槽3導(dǎo)體電動勢相導(dǎo)體電動勢相量量3比相量比相量2滯后滯后20度度4. 槽電動勢星形

4、圖槽電動勢星形圖203636023601Zp84. 槽電動勢星形圖槽電動勢星形圖 各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動勢大小相等，相鄰槽導(dǎo)體電動勢相各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動勢大小相等，相鄰槽導(dǎo)體電動勢相位差相同。將各槽導(dǎo)體電動勢相量畫在一起，組成一個位差相同。將各槽導(dǎo)體電動勢相量畫在一起，組成一個星形，稱為槽電動勢星形圖。星形，稱為槽電動勢星形圖。5. 相帶相帶把圓周三等分，每等分把圓周三等分，每等分120度，稱為度，稱為120度相帶，將度相帶，將每個相帶內(nèi)所有的導(dǎo)體電動勢正向串聯(lián)等到相電每個相帶內(nèi)所有的導(dǎo)體電動勢正向串聯(lián)等到相電動勢動勢三相電動勢三相電動勢是對稱的是對稱的ABC三個相帶中心線依次相三個相帶中心線依次相距

5、距120度度A相帶中心線與相帶中心線與X相帶中心線相帶中心線差差180度。度。A相帶導(dǎo)體電動勢相量依次正相帶導(dǎo)體電動勢相量依次正向串聯(lián)。向串聯(lián)。X相帶導(dǎo)體電動勢相量依次正相帶導(dǎo)體電動勢相量依次正向串聯(lián)。向串聯(lián)。三采用三采用 60度相帶可獲得較大的基波電動勢度相帶可獲得較大的基波電動勢將將A相帶電動勢與相帶電動勢與X相帶電動勢相帶電動勢串聯(lián)。得到相電動勢串聯(lián)。得到相電動勢EA,EB,EC是對稱的，且每相導(dǎo)體相量分布較為集中，可以是對稱的，且每相導(dǎo)體相量分布較為集中，可以得到較大的電動勢得到較大的電動勢11120相帶相帶60相帶相帶兩個相帶兩個相帶4.2三相交流繞組4.2.1單層繞組單層繞組單層繞

6、組單層繞組 每槽只嵌放一個線圈邊，線圈數(shù)等于槽數(shù)的每槽只嵌放一個線圈邊，線圈數(shù)等于槽數(shù)的1/2.節(jié)距（節(jié)距（y1）一個線圈的兩邊在定子圓周所跨的距離，）一個線圈的兩邊在定子圓周所跨的距離，一般以槽數(shù)計。一般以槽數(shù)計。1y1y1y整距整距長距長距短距短距1.線圈：在電機(jī)制造過程中，構(gòu)成交流繞組的基本線圈：在電機(jī)制造過程中，構(gòu)成交流繞組的基本單元一般不是導(dǎo)體而是線圈。線圈是串聯(lián)好的兩根單元一般不是導(dǎo)體而是線圈。線圈是串聯(lián)好的兩根導(dǎo)體或多根導(dǎo)體，相應(yīng)地稱為單匝線圈或多匝線圈導(dǎo)體或多根導(dǎo)體，相應(yīng)地稱為單匝線圈或多匝線圈(a)單匝線圈單匝線圈 (b) 多匝線圈多匝線圈 (c) 多匝線圈簡易畫法多匝線圈簡

7、易畫法 2.節(jié)距：一個線圈的兩個有效邊在鐵心圓周表面上所節(jié)距：一個線圈的兩個有效邊在鐵心圓周表面上所跨的距離稱為節(jié)距，用符號跨的距離稱為節(jié)距，用符號y1表示，一般以槽數(shù)計。表示，一般以槽數(shù)計。y1 1415y1 )(2)(2米槽pDpZ) () ()(1長距短距整距y 各個線圈的感應(yīng)電動勢有效值相等各個線圈的感應(yīng)電動勢有效值相等 相鄰線圈的感應(yīng)電動勢相位差為槽相鄰線圈的感應(yīng)電動勢相位差為槽距電角距電角1 單層繞組的線圈節(jié)距均為整距單層繞組的線圈節(jié)距均為整距3.極距：一個磁極在鐵心圓周表極距：一個磁極在鐵心圓周表面上所占的范圍稱為極距，用面上所占的范圍稱為極距，用符號符號表示，通常以用槽數(shù)或長表

8、示，通常以用槽數(shù)或長度計。度計。16mpZq2m為交流繞組相數(shù)，為交流繞組相數(shù)，三相繞組，三相繞組，m3。4.每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù)q整個電機(jī)定子中每相在每個極下所占有的槽數(shù)，亦稱整個電機(jī)定子中每相在每個極下所占有的槽數(shù)，亦稱為極相組為極相組174.2.1三相單層繞組三相單層繞組 例例4.1：一臺交流電機(jī)定子槽數(shù)：一臺交流電機(jī)定子槽數(shù)Z=36，極數(shù)，極數(shù)2p=4，并聯(lián)支路數(shù)并聯(lián)支路數(shù)a=1，試?yán)L制三相單層繞組展開圖。，試?yán)L制三相單層繞組展開圖。步驟：步驟：畫槽電動勢星形圖；畫槽電動勢星形圖；分相；分相；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈組；構(gòu)成線圈組；畫繞組展開圖。畫繞組展開圖。解：解：1）繪制槽

9、電動勢星形圖）繪制槽電動勢星形圖36322 3 2Zqmp 2）分相）分相203636023601Zp每個極相組占每個極相組占60度相帶度相帶將將A相帶中導(dǎo)體相帶中導(dǎo)體1與與X相帶中的導(dǎo)體相帶中的導(dǎo)體10構(gòu)成一個線圈就構(gòu)成一個線圈就實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了E1和和 E10的反向串聯(lián)的反向串聯(lián)n1n2n12yEEEE線圈的感應(yīng)電動勢線圈的感應(yīng)電動勢如果導(dǎo)體如果導(dǎo)體1在在S極，導(dǎo)體極，導(dǎo)體10必然位于必然位于N極極導(dǎo)體導(dǎo)體1和導(dǎo)體和導(dǎo)體10構(gòu)成一個線圈就實(shí)現(xiàn)了構(gòu)成一個線圈就實(shí)現(xiàn)了E1和和 E10的反向串的反向串聯(lián)聯(lián)A相繞組的連接相繞組的連接E1和和 E10電動勢反向，電動勢反向，將將A相帶中導(dǎo)體相帶中導(dǎo)體1與

10、與X相帶中的導(dǎo)相帶中的導(dǎo)體體10構(gòu)成一個線圈構(gòu)成一個線圈2，11構(gòu)成線圈，構(gòu)成線圈，3,12構(gòu)成線圈，將這三個線圈串聯(lián)得構(gòu)成線圈，將這三個線圈串聯(lián)得到到A相帶第相帶第1個極相組個極相組19,28構(gòu)成線圈，構(gòu)成線圈，20,29構(gòu)成線圈，構(gòu)成線圈，21,30；這三個線圈串；這三個線圈串聯(lián)得到聯(lián)得到A相帶第相帶第2個極相組個極相組21根據(jù)槽電動勢星形圖，根據(jù)槽電動勢星形圖，A相第相第1、2兩個極相組電兩個極相組電動勢相量相等動勢相量相等3）.確定并聯(lián)支路數(shù)確定并聯(lián)支路數(shù)這兩個極相組可以作為兩條支路并聯(lián)，也可以串聯(lián)成一這兩個極相組可以作為兩條支路并聯(lián)，也可以串聯(lián)成一條支路條支路23并聯(lián)支路數(shù)并聯(lián)支路數(shù)

11、 每相的各個線圈每相的各個線圈組的感應(yīng)電動勢有組的感應(yīng)電動勢有效值相等，相位同效值相等，相位同相或反相。相或反相。采用串并聯(lián)方式形采用串并聯(lián)方式形成成a條并聯(lián)支路。條并聯(lián)支路。a = 1a = 2 單層繞組每相最單層繞組每相最大并聯(lián)支路數(shù)大并聯(lián)支路數(shù)amax = p (極對數(shù)極對數(shù)) 3）.確定并聯(lián)支路數(shù)確定并聯(lián)支路數(shù)單層疊繞組單層疊繞組A相展開圖，并聯(lián)支路數(shù)相展開圖，并聯(lián)支路數(shù)a=1。線圈組線圈組線圈組線圈組線圈組線圈組：每相繞組中，：每相繞組中， 相鄰的線圈串聯(lián)在一起，稱相鄰的線圈串聯(lián)在一起，稱為一個線圈組。一個線圈組中的線圈個數(shù)為每極每相為一個線圈組。一個線圈組中的線圈個數(shù)為每極每相槽數(shù)

12、槽數(shù)q。4）畫出三相繞組展開圖）畫出三相繞組展開圖A:1,10;2,11;3,12; 19,28;20,29;21,30 XB:7，16；8,17；9,18；25,34；26,35；27,36 YC:13,22；14,23；15,24；31,4；32,5；33,6 26A:1,10;2,11;3,12; 19,28;20,29;21,30 XB:7，16；8,17；9,18；25,34；26,35；27,36 YC:13,22；14,23；15,24；31,4；32,5；33,6 4.2.2雙層繞組v每個槽有上下兩層；每個槽有上下兩層；v線圈數(shù)等于槽數(shù)線圈數(shù)等于槽數(shù)v線圈的一個邊放在一個槽的上

13、層，另外一個線圈的一個邊放在一個槽的上層，另外一個邊則放在相隔節(jié)距為邊則放在相隔節(jié)距為y1槽的下層槽的下層v有疊繞和波繞兩種有疊繞和波繞兩種v這里討論疊繞這里討論疊繞28三相雙層繞組三相雙層繞組 例：一臺交流電機(jī)定子槽數(shù)例：一臺交流電機(jī)定子槽數(shù)Z=36，極數(shù)，極數(shù)2p=4，并聯(lián)支，并聯(lián)支路數(shù)路數(shù)a =2， y1=7，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。步驟：步驟：畫槽電動勢星形圖；畫槽電動勢星形圖；分相；分相；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈組；構(gòu)成線圈組；畫繞組展開圖。畫繞組展開圖。（1）繪制槽電動勢星形圖）繪制槽電動勢星形圖三相雙層繞組 （2）分相）分相36322 3 2

14、Zqmp 三相雙層繞組 上層線圈的電動勢星形圖與下層的相似，只是下層相對上層線圈的電動勢星形圖與下層的相似，只是下層相對上層位移上層位移y1a電角度電角度 假定所有線圈用上層邊來編號假定所有線圈用上層邊來編號 ，并與槽號一致，槽電，并與槽號一致，槽電動勢星形圖與線圈電動勢星形圖一致動勢星形圖與線圈電動勢星形圖一致s1s1N1N1A AZ ZB BX XC CY Y123123456 789789 10 11,12 13 14 1516 17 1816 17 18S2AZBXCY19,20,2122,23,2425,26,2725,26,2728 29 30 31 32 33 34 35 363

15、4 35 3632（3）雙層疊繞組展開圖）雙層疊繞組展開圖(y1=7, a=2)AXs1s1N1N1A AZ ZB BX XC CY Y123123456456 789789 10 11,1210 11,12 13 14 1513 14 1516 17 1816 17 18S2S2A AZ ZB BX XC CY Y19,20,2119,20,21 22,23,2422,23,24 25,26,2725,26,2728 29 3028 29 30 31 32 33 31 32 33 34 35 3634 35 3633雙層疊繞組雙層疊繞組A相展開圖相展開圖(y1=7, a=2)。雙層疊繞組每相

16、有2p（極數(shù)）個線圈組，每相最大并聯(lián)支路數(shù) amax = 2p4.3 交流繞組的電動勢4.3.1 正弦分布磁場下的繞組電動勢正弦分布磁場下的繞組電動勢cm()coseBlvB lv1.導(dǎo)體電動勢導(dǎo)體電動勢mc1cos2BElv1260p nv當(dāng)轉(zhuǎn)子只有一對磁極，旋轉(zhuǎn)一周，任一導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢正好交變當(dāng)轉(zhuǎn)子只有一對磁極，旋轉(zhuǎn)一周，任一導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢正好交變一次；當(dāng)轉(zhuǎn)子有一次；當(dāng)轉(zhuǎn)子有p對極，旋轉(zhuǎn)一周交變對極，旋轉(zhuǎn)一周交變p次，若轉(zhuǎn)子以次，若轉(zhuǎn)子以n1速度旋速度旋轉(zhuǎn)，則感應(yīng)電動勢交變轉(zhuǎn)，則感應(yīng)電動勢交變c1112.222Eff 2.匝電動勢、短距系數(shù)v將兩個導(dǎo)體連成一個線圈，節(jié)距為將兩個導(dǎo)體連成

17、一個線圈，節(jié)距為y1,兩個電動勢相差兩個電動勢相差y1a1或或 電角度。電角度。1y111211yjtccccEEEEE e1.1y112tcEE2.線圈的短距系數(shù)線圈的短距系數(shù)1111sin22tycEykE112sin2tcyEE1111122yctccycyEN ENE kN kf3.當(dāng)線圈有當(dāng)線圈有Nc時，該線圈的基波電動勢時，該線圈的基波電動勢c1112.222Eff 3.線圈組的電動勢、分布系數(shù)每個極相組都是由每個極相組都是由q個線圈串聯(lián)而成，故線圈組的電動勢等于個線圈串聯(lián)而成，故線圈組的電動勢等于q個線圈電動勢的個線圈電動勢的相量和。相量和。2sin21qREq，2sin21cE

18、R 111112sin2sin2sin2sindcccqkqEqqEqEE111sin2sin2qqkq稱為繞組的分布系數(shù)稱為繞組的分布系數(shù)3.線圈組的電動勢、分布系數(shù)線圈組的電動勢、分布系數(shù)1111122yctccycyEN ENE kN kf11111111124.44qyqcyqcyqEqE kqN kfkqN k k f1111qNyqEkk k稱為繞組系數(shù)稱為繞組系數(shù)1114.44qcNEqN kf4.相電動勢圖圖4.10中，電機(jī)每相繞組有中，電機(jī)每相繞組有a條支路，每條支路有條支路，每條支路有c個極個極相組，由于每個極相組的感應(yīng)電動勢相等。相組，由于每個極相組的感應(yīng)電動勢相等。11

19、112qcNEcEcqN kfcNcqN1111124.44cNNEcqN kfNkf 3Na整個電機(jī)繞組總匝數(shù)代表一相繞組中一條支路串聯(lián)的匝數(shù)，稱為代表一相繞組中一條支路串聯(lián)的匝數(shù)，稱為相繞組的串聯(lián)匝數(shù)相繞組的串聯(lián)匝數(shù)cZN對于雙層繞組，整個電機(jī)繞組的總匝數(shù)/ 2cZN單層繞組，整個電機(jī)繞組的總匝數(shù)4.4 交流繞組的磁動勢4.4.1 單相繞組的脈振磁動勢（1）槽內(nèi)導(dǎo)體集中于槽中心處（2）線圈中電流為正弦波（3）鐵心不飽和一 p=1,q=1短距繞組磁動勢圖4.14一 p=1,q=1短距繞組磁動勢取取A,A中心線為磁動勢的軸線中心線為磁動勢的軸線(1)ccfHdlN in(2)ccfHdlN i

20、2cosciIwt對于對于1點(diǎn)點(diǎn)對于對于2點(diǎn)點(diǎn)對于對于3點(diǎn)點(diǎn)(3)0cfHdl得到的波形是一個正負(fù)矩形波得到的波形是一個正負(fù)矩形波正負(fù)矩形波的高度隨時間按正弦變化，電流正負(fù)矩形波的高度隨時間按正弦變化，電流i=0,高度高度為為0；電流；電流i最大，高度最大。最大，高度最大。電流為負(fù)，矩形波也為負(fù)。電流為負(fù)，矩形波也為負(fù)。把這種位置固定不變，大小和正負(fù)隨時間變化的磁把這種位置固定不變，大小和正負(fù)隨時間變化的磁動勢稱為脈振磁動勢動勢稱為脈振磁動勢二、p=1分布短距繞組的磁動勢當(dāng)當(dāng)p=1,每極每相有每極每相有q個線圈，其相繞組磁動勢應(yīng)該是個線圈，其相繞組磁動勢應(yīng)該是q個個正負(fù)矩形波的疊加。這些矩形波

21、依次位移正負(fù)矩形波的疊加。這些矩形波依次位移a1電角度電角度。1112(1)11(1.)jaj aj qaAcFFeee每個矩形波對應(yīng)一個幾波，每個矩形波對應(yīng)一個幾波，q個矩形波疊加在一起就等于分布個矩形波疊加在一起就等于分布線圈組磁動勢的基波。線圈組磁動勢的基波。111111sin4 22sin2AccyqcqFFqN k k Iq111sin2sin2qqkq稱為繞組磁動勢的分布系數(shù)稱為繞組磁動勢的分布系數(shù)波形圖波形圖 圖圖4.15三、一般情況下的相繞組磁動勢三、一般情況下的相繞組磁動勢當(dāng)當(dāng)p為任意正整數(shù)時，磁動勢波形是圖為任意正整數(shù)時，磁動勢波形是圖4.15波形的波形的p次次重復(fù)。對于重

22、復(fù)。對于p=1，基波為，基波為1對極；對于對極；對于p1，基波為，基波為p對極。對極。111114 22 2(2)AcyqcccyqFqN k k IpqN I k kp1112 20.9ANNFNk INk Ipp(2)()ccIpqNIaNNIa4.4.2 三相繞組的基波合成磁動勢在三相交流電機(jī)中，定子繞組是對稱設(shè)置的，在三相交流電機(jī)中，定子繞組是對稱設(shè)置的，ABC在空間相差在空間相差120度電角度，三相繞組各自產(chǎn)生的基波磁動勢在空間互差度電角度，三相繞組各自產(chǎn)生的基波磁動勢在空間互差120度電度電角度。角度。在對稱運(yùn)行時，三相電流亦是對稱的，即幅值相等，在時在對稱運(yùn)行時，三相電流亦是對稱

23、的，即幅值相等，在時間上互差間上互差120度電角度。度電角度。取取A 相繞組的軸線作為空間電角度的坐標(biāo)原點(diǎn)，并選擇相繞組的軸線作為空間電角度的坐標(biāo)原點(diǎn)，并選擇A相電流達(dá)到最大值的瞬間作為時間的零點(diǎn)相電流達(dá)到最大值的瞬間作為時間的零點(diǎn)2 cos22 cos()342 cos()3ABCiIwtiIwtiIwt4.4.2 三相繞組的基波合成磁動勢2 cos22 cos()342 cos()3ABCiIwtiIwtiIwt111111coscos22cos()cos()3344cos()cos()33ABCfFwtfFwtfFwt11111111111( , )cos()cos()22114( , )cos()cos()223112( , )cos()cos()223ABCftFwtFwtftFwtFwtftFwtFwt11111( , )( , )( , )( , )cos()ABCf tftftftFwt111133 21.352NNFFNkINkIpp112NmFNkIp三相合成磁動勢基波的性質(zhì)性質(zhì)性質(zhì)1 幅值幅值 三相合成磁動勢的基