交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢

1、交流繞組 交流繞組的基本概念繞組：按一定規(guī)律排列和連接的線圈的總稱要求磁勢和電勢的波形為正弦波形磁勢和電勢的波形為正弦波形；要求磁勢和電勢三相對稱，三相電壓對稱三相電壓對稱；電力系統(tǒng)都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)頻率有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)頻率，我國規(guī)定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。 在一定的導(dǎo)體數(shù)下，獲得較大的基波電勢和基波磁勢。交流繞組交流繞組 電角度電角度 磁場每轉(zhuǎn)過一對磁極，電勢變化一個(gè)周期，稱為（一個(gè)周期）360電角度。在電機(jī)中一對磁極所對一對磁極所對應(yīng)的角度定義為應(yīng)的角度定義為360360電角度電角度。（幾何上，把一圓周所對應(yīng)的角度定義為360機(jī)械角度。） 磁極對數(shù)為p圓周機(jī)械角度為360 電角度為 p*360 交

2、流繞組相帶相帶為了三相繞組對稱，在每個(gè)極面下每相繞組應(yīng)占有相等的在每個(gè)極面下每相繞組應(yīng)占有相等的范圍范圍相帶相帶。每個(gè)極對應(yīng)于180電角度，如電機(jī)有m相，則每個(gè)相帶占有(180/m)電角度。三相電機(jī)m3，其相帶為60，按60相帶排列的繞組稱為60相帶繞組。 把每對極每對極所對應(yīng)的定子槽等分為六個(gè)等分。依次稱為a、c、b、a、c、b相帶，各相繞組放在各自的相帶范圍內(nèi)交流繞組每極每相槽數(shù)q每個(gè)極面下每相占有的槽數(shù)每個(gè)極面下每相占有的槽數(shù)。已知總槽數(shù)Z、極對數(shù)p和相數(shù)m為，則 q1分布繞組整數(shù)槽繞組q為整數(shù)分?jǐn)?shù)槽繞組q為分?jǐn)?shù)槽距角相鄰兩槽之間的相鄰兩槽之間的電角度電角度pmZq2Zp 360*交流繞

3、組pD2極距極距相鄰兩磁極對應(yīng)位置兩點(diǎn)之間的圓周距離相鄰兩磁極對應(yīng)位置兩點(diǎn)之間的圓周距離 幾何尺寸每極所對應(yīng)的定子內(nèi)圓弧長 D為定子內(nèi)圓直徑。槽數(shù)表示極距： 即基波磁場每極所對應(yīng)的槽數(shù)pZ2交流繞組交流繞組節(jié)距 y (跨距)表示元件的寬度。元件放在槽內(nèi)，其寬度可用元件兩用元件兩邊所跨越的槽數(shù)表示邊所跨越的槽數(shù)表示。交流繞組分析工具：槽導(dǎo)體電勢星形圖把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電勢分別用矢量表示，構(gòu)成一輻射星形圖相距360度電角度，導(dǎo)體電勢時(shí)間上同相位交流繞組三相單層繞組單層每槽中只放置一層元件邊，元件數(shù)等于槽數(shù)的一半，無需層間絕緣，結(jié)構(gòu)和嵌線較簡單單層繞組只適用于10kW以下的小型異步電

4、動(dòng)機(jī)，其極對數(shù)通常是pl,2,3,4單層繞組通常有鏈?zhǔn)?、交叉式和同心式等三種不同排列方式單層繞組的構(gòu)造方法和步驟分極分相分極分相: 將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N,S極相鄰分布）并標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電勢方向。 將每個(gè)極的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯(cuò)開120電角度。交流繞組連線圈和線圈組：連線圈和線圈組： 將一對極域內(nèi)屬于同一相的某兩個(gè)圈邊連成一個(gè)線圈（共有q個(gè)線圈，為什么？） 將一對極域內(nèi)屬于同一相的q個(gè)線圈連成一個(gè)線圈組（共有多少個(gè)線圈組？） 以上連接應(yīng)符合電勢相加原則連相繞組：連相繞組： 將屬于同一相的p個(gè)線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)，電勢相加原則。連三相繞組：連三相繞

5、組： 將三個(gè)構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組 接法或者Y接法。交流繞組例如：相數(shù)m3，極數(shù)2p4，槽數(shù)Z24每極每相槽數(shù)q2，槽距角=30，極距=Z/2p=24/4=6 相 帶極 對acbacb第一對極1,23,45,67,89,10 11,12第二對極13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24交流繞組交流繞組交流繞組一、鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組適用于q=2，p1的小型異步電機(jī)。例如m3，p2，Z=24，q2，a=3065y交流繞組 鏈?zhǔn)嚼@組的每個(gè)元件都是短距。從相電勢和磁勢角度看具有整距性質(zhì)交流繞組二、交叉式繞組交叉式繞組適用于q3的小型異步電機(jī)例如：m3，p=2，q3

6、。 定子槽數(shù)Z=2mpq=2*3*2*336 槽距角a=p*360/Z=20交流繞組交流繞組三、同心式繞組對于pl的小型三相異步電動(dòng)機(jī)和單相異步電動(dòng)機(jī)，每極每相槽數(shù)q較大，采用同心式繞組嵌線例如：m3，p=1，q4。則定子槽數(shù)Z=2mpq2*3*l*424，槽距角a15 相 帶 極 對acbacb 第一對極23,24,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,14 15,16,17,18 19,20,21,22交流繞組交流繞組交流繞組小結(jié)：三相小結(jié)：三相單層繞組單層繞組 在外形上有多種繞組型式：元件節(jié)距可以整距、短矩或長短，合理選用繞組型式，可以節(jié)省銅線，簡化工藝。 分析相電勢分析

7、相電勢：采用槽電勢星形圖。繞組型式不同只不過是元件構(gòu)成方式不同、導(dǎo)體連接先后次序不同，而構(gòu)成繞組的導(dǎo)體所占的槽號是相同的，都在屬兩個(gè)相差180電角度的相帶內(nèi)，三相單層繞組的節(jié)距因數(shù)均為三相單層繞組的節(jié)距因數(shù)均為1 1，具有整距，具有整距繞組性質(zhì)繞組性質(zhì) 優(yōu)點(diǎn)：繞組因數(shù)中只有分布因數(shù)，基波繞組因數(shù)較高，無層間絕緣，槽利用率高 缺點(diǎn)：對削弱高次諧波不利，無法改善電勢波形和磁勢波形，漏電抗較大 使用：一般用于10kW以下小功率電機(jī)。（功率較大或?qū)Σㄐ我筝^高的電機(jī)，通常采用雙層繞組。）交流繞組三相雙層繞組雙層每槽中有兩個(gè)元件邊，分為上下兩層放置?？拷劭诘臑樯蠈樱拷鄣撞繛橄聦?。每個(gè)元件均有一個(gè)邊

8、放每個(gè)元件均有一個(gè)邊放在上層，一個(gè)邊放在另一槽的下層在上層，一個(gè)邊放在另一槽的下層，相隔距離取決于節(jié)距。元件的總數(shù)等于槽數(shù)，每相元件數(shù)即為槽數(shù)的三分之一。構(gòu)造方法和步驟（舉例：構(gòu)造方法和步驟（舉例：Z1=24,2p=4,Z1=24,2p=4,整距整距,m=3),m=3)分極分相分極分相: 將總槽數(shù)按給定的極數(shù)均勻分開（N,S極相鄰分布）并標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電勢方向； 將每個(gè)極域的槽數(shù)按三相均勻分開。三相在空間錯(cuò)開120電角度。 交流繞組連線圈和線圈組連線圈和線圈組：根據(jù)給定的線圈節(jié)距連線圈（上層邊與下層邊合一個(gè)線圈） 以上層邊所在槽號標(biāo)記線圈編號。 將同一極域內(nèi)屬于同一相的某兩個(gè)圈邊連成一個(gè)線圈（

9、共有q個(gè)線圈，為什么？） 將同一極域內(nèi)屬于同一相的q個(gè)線圈連成一個(gè)線圈組（共有多少個(gè)線圈組？） 以上連接應(yīng)符合電勢相加原則 連相繞組：連相繞組： 將屬于同一相的2p個(gè)線圈組連成一相繞組，并標(biāo)記首尾端。 串聯(lián)與并聯(lián)，電勢相加原則。 按照同樣的方法構(gòu)造其他兩相。 連三相繞組連三相繞組 將三個(gè)構(gòu)造好的單相繞組連成完整的三相繞組 接法或者Y接法 交流繞組例：設(shè)相數(shù)m3，極數(shù)2p4，槽數(shù)Z24，則每極每相槽數(shù)q2，槽距角a30步驟步驟：繪槽電勢星形圖分相使各相電勢最大，且三相電勢對稱繪繞組元件平面展開圖 首先畫出等距離的24根平行線段以表示槽號槽號表表示各元件的上層邊示各元件的上層邊。在實(shí)線近旁畫出虛線

10、以表示下層元件邊。把各槽按順序編號，取槽號作為上層邊的代號，取槽號加注上標(biāo)作為下層邊代號。交流繞組交流繞組 當(dāng)磁場切割繞組時(shí)，該四個(gè)元件組的電勢大小相等，I、組電勢時(shí)間上同相，、IV組電勢與I、組電勢反相。 各元件組可以串聯(lián)、并聯(lián)、或一半串聯(lián)后再并聯(lián)。相繞組可以有不同連接方式，當(dāng)通以電流形成當(dāng)通以電流形成4 4極磁場極磁場。交流繞組短距繞組取y5，每個(gè)元件跨5個(gè)槽，a相的4個(gè)元件組，分別是l-6-2-7，7-12-8-13，13-18-14-19，19-24-20-l交流繞組 短距時(shí)，在某些槽中，其上層元件邊與下層元件邊可能不屬一相，在這些槽中，上層與下層之間有較大電位差，應(yīng)加強(qiáng)層間絕緣。 短

11、距時(shí)，同一相的上、下層導(dǎo)體錯(cuò)開了一個(gè)距離，用短距角表示，表示一個(gè)元件的上層導(dǎo)體電勢和下層導(dǎo)體電勢的相位差是180-電角度，合成電勢時(shí)應(yīng)計(jì)及節(jié)距因數(shù)kp。繞組感應(yīng)電動(dòng)勢元件的電勢電勢決定于磁場的大小與分布以及磁場與元件間的電勢決定于磁場的大小與分布以及磁場與元件間的相對運(yùn)動(dòng)相對運(yùn)動(dòng) 設(shè)氣隙磁場按正弦規(guī)律分布，則每極磁通 氣隙磁場每轉(zhuǎn)過一對磁極，線圈中的電勢便經(jīng)歷一個(gè)周期。電勢的頻率用每秒轉(zhuǎn)過的磁極對數(shù)表示。頻率 極對數(shù)p，轉(zhuǎn)速n (r/min)，lBmm260pnf 繞組感應(yīng)電動(dòng)勢繞組感應(yīng)電動(dòng)勢元件中的感應(yīng)電勢 e=-Nd/dt 元件匝數(shù)為Nc，感應(yīng)電勢的瞬時(shí)值 有效值tNdtdNemcccsi

12、nmcmccfNNE44. 42繞組感應(yīng)電動(dòng)勢元件中的感應(yīng)電勢 e=Blv 設(shè)原點(diǎn)在轉(zhuǎn)子上B=0處，即t=0時(shí)，B=0 分析導(dǎo)體a t=0時(shí)，Ba=0，ea=Balv 經(jīng)過時(shí)間t，轉(zhuǎn)動(dòng)了t，Ba=Bmsint， ea=Balv= Bmlvsint有效值mmmafpnlBlvBE22. 26022602602pnflBnpvmm繞組感應(yīng)電動(dòng)勢整距線圈 導(dǎo)體a與導(dǎo)體a相距一個(gè)極距，即180電角度， 元件電勢為)180sin(tlvBema044. 418022. 2022. 2)( mmmaayaafffEEE繞組感應(yīng)電動(dòng)勢短距線圈 導(dǎo)體a與導(dǎo)體a相距非一個(gè)極距（差一短距角） 元件電勢為22cos

13、44. 4)180(22. 2022. 2)( mmmaayaafffEEEEaEa-EaEaa繞組感應(yīng)電動(dòng)勢短距元件的電勢小于整距元件的電勢設(shè)短距角為電角度節(jié)距因數(shù)節(jié)距因數(shù)2cos44. 4cos44. 42mmyaayaapffEEkmpcyaacckfNENE44. 4繞組感應(yīng)電動(dòng)勢元件組電勢元件組電勢 電機(jī)采用分布繞組，每元件組有q個(gè)元件，元件組電勢即為q個(gè)元件的電勢之和。 通常各元件匝數(shù)相等，所以各元件電勢的幅值相等，由于各元件空間位置依次相位差a電角度，各元件電勢的時(shí)間相位差也為a角度。2sin22sin2REqREcq繞組感應(yīng)電動(dòng)勢分布因數(shù)分布因數(shù) k kd d元件組各電勢的相量

14、和與代數(shù)和的比值繞組因數(shù)繞組因數(shù)kN=kdkp，反映分布和短距對電勢的影響22sinsinaqacqdqqEEk2cos2sin2sinpdkqqkmNcmdpccNqqkfNkqkfNqEkE44. 444. 4繞組感應(yīng)電動(dòng)勢繞組的相電勢繞組的相電勢1單層繞組 每對極每相有一個(gè)元件組 p對極電機(jī)，每相有p個(gè)元件組，可以串聯(lián)、并連或混合連接。如有a條并聯(lián)支路，則每相電勢為mNmNcqfNkkapqNfEapE44. 444. 4apqNNc單層繞組每相串聯(lián)匝數(shù)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢2雙層繞組 每對極每相有2個(gè)元件組 p對極電機(jī)，每相有2p個(gè)元件組，可以串聯(lián)、并連或混合連接。有a條并聯(lián)支路mNmNcqf

15、NkkapqNfapEE44. 4244. 42apqNNc2雙層繞組每相串聯(lián)匝數(shù)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢每相串聯(lián)匝數(shù) 設(shè)每槽導(dǎo)體數(shù)為S，對單層繞組Nc=S，雙層Nc=S/2 N為每相實(shí)有串聯(lián)匝數(shù)NkN為有效串聯(lián)匝數(shù)，kN反映繞組因采用短距和分布而使每相電勢減小的程度apqSN 諧波電動(dòng)勢及其消弱方法非正弦磁場下繞組的感應(yīng)電勢 在實(shí)際電機(jī)中，由于磁極的勵(lì)磁磁動(dòng)勢勵(lì)磁磁動(dòng)勢在氣隙中產(chǎn)生的磁場并非是正弦波非是正弦波，因此在定子繞組內(nèi)感應(yīng)的電動(dòng)勢也并非正弦波電動(dòng)勢也并非正弦波，除了基波外還存在一系列諧波。 以三相凸極同步電機(jī)為例，磁場是由轉(zhuǎn)子電流激勵(lì)產(chǎn)生的，氣隙磁通密度實(shí)際是一個(gè)平頂波，可分解出基波和各奇次諧

16、波(由于對稱性)，基波磁場和各次諧波磁場均隨轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn) 在定子繞組中不僅感應(yīng)基波電勢，還感應(yīng)有各次諧波電勢。諧波電動(dòng)勢及其消弱方法諧波電動(dòng)勢及其消弱方法諧波電勢mNNkfE44. 4pp1116060fpnnpflBmm22cos2sin2sinqqkkkpdN諧波電動(dòng)勢及其消弱方法諧波電勢的影響高次諧波電勢對電勢大小影響較小主要影響電勢的波形在基波電勢上疊加有高次諧波電勢使波形變壞,引起發(fā)電機(jī)損耗增加，溫升增高、效率降低。 在輸電線路上，諧波電勢產(chǎn)生高頻干擾，使輸電線路時(shí)近的通信設(shè)備不能正常工作。 輸電線路自身有電感和電容，在某一高頻條件下，將產(chǎn)生自激振蕩而產(chǎn)生過電壓。異步電機(jī)中產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩和損耗。諧波電動(dòng)勢及其消弱方法消除和減小高次諧波電勢的方法從諧波性質(zhì)：當(dāng)接成星形連接時(shí)，在線電勢中不可能出現(xiàn)3次及其3的倍數(shù)次諧波電勢。從磁場角度：使氣隙磁場接近正弦分布，如采用適當(dāng)?shù)臉O靴寬度和不均勻的氣隙長度(磁極中心氣隙較小，磁極邊緣的氣隙較大)、勵(lì)磁繞組的分布范圍從繞組方面：采用短距、分布繞組 小結(jié) 交流繞組的組成原則 獲得較大的基波電勢，盡量減少諧波電勢，且保持三獲得較大的基波