第四章 交流繞組1

1、 第四章第四章 交流繞組交流繞組4.1 交流繞組交流繞組的構成原則和的構成原則和分類分類4.2 三相三相雙層繞組雙層繞組4.4 正弦磁正弦磁場下交流場下交流繞組的感繞組的感應電動勢應電動勢4.6 通有正弦通有正弦電流時單相繞組的電流時單相繞組的磁動勢磁動勢4.7 通有三相電流時三相繞組的磁動勢通有三相電流時三相繞組的磁動勢河南城建學院河南城建學院4.3 三相三相單層繞組單層繞組4.5 感應電感應電動勢的高次動勢的高次諧波諧波 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1.交流繞組的連接規(guī)律交流繞組的連接規(guī)律 2.正弦磁場下交流繞組的感應電動勢正弦磁場下交流繞組的感應電動勢 3.通有正弦電流時單相繞組的磁動勢通有

2、正弦電流時單相繞組的磁動勢 4.通有對稱三相電流時的磁動勢通有對稱三相電流時的磁動勢 4.1 4.1 交流繞組的構成原則和分類交流繞組的構成原則和分類一、構成原則一、構成原則 (1)、合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正 (2)、對三相繞組，各相的電動勢和磁動勢要對稱，弦形、幅值要大；電阻、電抗要平衡； 二、分類二、分類按相數(shù)按相數(shù) ：單相和多相繞組；按槽內(nèi)層數(shù)：按槽內(nèi)層數(shù)：單層和雙層； 按每極下每相槽數(shù)：按每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分數(shù)槽； 按繞法：按繞法：疊繞組和波繞組。 (4)、絕緣要可靠，機械強度、散熱條件要好，(3)、繞組的銅耗要小，用銅量要??；制造要方便。 的三相交流電機，其定子繞

3、組大多采用kwPN10（1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時采用分布繞組， （3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強機械（2）所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：特點：特點：繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)。 4.2 4.2 三相雙層繞組三相雙層繞組雙層繞組。（雙層繞組和單層繞組的比較、交流繞組的模型）以改善電動勢和磁動勢的波形；強度。一、槽電動勢星形圖和相帶劃分一、槽電動勢星形圖和相帶劃分3m42p36Q 體（槽號）是如何分配的。 現(xiàn)以一臺相數(shù) ，極數(shù) ，槽數(shù) 的定子來說明槽內(nèi)導體的感應電動勢和屬于各相的導1 1、概念、概念定子每極每相槽數(shù)：定子每極每相槽數(shù)： 3322362pmQq式中，

4、 Q 定子槽數(shù)； p 極對數(shù)； m 相數(shù)。相鄰兩槽間電角度： 20363602360Qp此角亦是相鄰槽中導體感應電動勢的相位差。2 2、槽電動勢的星形圖、槽電動勢的星形圖 如圖41表示36槽內(nèi)導體感應電動勢的相量圖，亦稱為槽電動勢星形圖。 以A相位例，由于 ，故A相共有12個槽 相帶：每極下每相所占的區(qū)域。1A2AA相帶： 1、2、3線圈組（ ） 與19、20、21（ ）X相帶： 10、11、12 （ ）1X 與28、29、30（ ） 2X 將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到A相繞組。3q120240 同理，B相距離A相 電角度處，C相距離A相 電角度處，可按 (圖41)所劃分的相帶連成

5、B、C6060相帶繞組：每個相帶各占 電角度。各個相帶的槽號分布。（表4-1）兩相繞組。由此可得到一個三相對稱繞組。二、疊繞組二、疊繞組 疊繞組：疊繞組：繞組嵌線時，相鄰得兩個串聯(lián)線圈中，串聯(lián)時應將極相組和極相組反向串聯(lián)，即首首相 為避免電動勢或電流所形成的磁場互相抵消， 極相組的電動勢、電流方向與極相組的電動勢（圖4-3）后一個線圈緊“疊”在前一個線圈上。（圖4-2）電流方向相反。連把尾端引出，或尾尾相連把首端引出。一、特點：一、特點：每個槽內(nèi)只有一個線圈邊線圈個數(shù)等于Q1/2線圈組個數(shù)= Q1/2q每相線圈組的個數(shù)= p （60相帶時）每個線圈匝數(shù)Nc=每槽導體數(shù)每個線圈組的匝數(shù)qNc每相

6、串聯(lián)匝數(shù)N=每相總的串聯(lián)匝數(shù)/a = pqNc / a = 定子總導體數(shù)/2ma（即每條支路的匝數(shù)）4.3三相單層繞組三相單層繞組二、優(yōu)點二、優(yōu)點： 嵌線方便槽的利用率高不能做成短距（電氣性能）波形差三、分類三、分類同心式繞組由不同節(jié)距的同心線圈組成鏈式繞組由相同節(jié)距的同心線圈組成采用不等距的線圈組成，節(jié)省銅線 4.4 4.4 正弦磁場下交流繞組的感應電動勢正弦磁場下交流繞組的感應電動勢一、導體的感應電動勢1 1、電動勢的波形、電動勢的波形tEtlvBblvesin2sin112 2、正弦電動勢的頻率、正弦電動勢的頻率感應電動勢的頻率： 60pnf 同步轉速： pfn603 3、導體電動勢的有

7、效值、導體電動勢的有效值 lBlBav12 將 代入上式得導體電動勢 為 1122. 2222flBfElfBflBE11222 二、整距線圈的電動勢二、整距線圈的電動勢11112EEEEc匝電勢11)1(144. 42fEEcNc單匝線圈電動勢的有效值cN1144. 4ccfNE 線圈有 匝，則線圈電動勢為三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距 ，用電角度表示時，節(jié)距為 1y1801y單匝線圈的電動勢為 111110EEEEEc據(jù)相量圖中的幾何關系，得單匝線圈電動勢的1111144. 490sin22180cos2pfkyEE 為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線

8、圈短距時感應電動勢比整距時應打的折扣， 1pk90sin1)(1)(1111yEEkycycp有效值 為) 1(1cNcE四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù) 個線圈的合成電動勢 為1qE2sin21qREq式中， 外接圓的半徑。2sin21cER R把 代入上式，得 111112sin2sin2sin2sindcccqkqEqqEqEEq（圖45） 式中， 個線圈電動勢的代數(shù)和； 1cqEq 繞組的基波分布因數(shù)， 2sin2sin111qqqEEkcqd1dk 的意義：由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得1dkq1qEq1cqE11dk個分布線圈的合成電

9、動勢 小于 個集中線圈的合成電動勢 ，由此所引起的折扣 。一個極相組的電動勢為111111)(44. 444. 4wcdpcqkqNfkkfNqE式中， 個線圈的總匝數(shù)； cqN 繞組的基波繞組因數(shù)。111dpwkkk 的意義：既考慮繞組短距、又考慮繞組分布時，1wkq整個繞組的合成電動勢所須的總折扣。五、相電動勢和線電動勢五、相電動勢和線電動勢 設一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)為 ，則一相的電動勢應 為 N1E11144. 4wfNkE例例4-1、有一臺三相同步發(fā)電機，有一臺三相同步發(fā)電機，2P2，轉速，轉速n3000r/min，定子槽數(shù)，定子槽數(shù)Q60，繞組為雙層、星形聯(lián)，繞組為雙層、星形聯(lián)結，節(jié)距

10、結，節(jié)距y10.8，每相總串聯(lián)匝數(shù)，每相總串聯(lián)匝數(shù)N20，主磁場，主磁場在氣隙中在氣隙中正弦分布正弦分布，基波磁通量，基波磁通量11.504Wb.試求主磁場在定子繞組內(nèi)感應的：試求主磁場在定子繞組內(nèi)感應的：(1)電動勢頻率；電動勢頻率；(2)基波電動勢的節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)，基波電動勢的節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)，(3)相電動勢和線電動勢。相電動勢和線電動勢。解：解：（1）電動勢的頻率）電動勢的頻率（2）基波節(jié)距因數(shù)和基波分布因數(shù)）基波節(jié)距因數(shù)和基波分布因數(shù)Hzpnf50603000160 6603601360 Qp 10132602 mpQq955. 026sin102610sin2sin2sin1

11、qqkd（3）相電動勢和線電動勢）相電動勢和線電動勢VfNKEw6063504. 1908. 0205044. 444. 4111 908. 0955. 0951. 0111 dpwkkkVEEL1050060633311 4.5感應電動勢中的高次諧波 因為磁場波形相對于磁極中心線左右對稱，所以諧波磁場中無偶次諧波，故=3，5，7，9，11一、高次諧波電動勢諧波電動勢諧波磁場的極對數(shù)：p =p p激波磁場的極對數(shù)諧波磁場的極距： =/ 激波磁場的極距諧波磁場的槽距角：d =d 諧波磁場的轉速：nr = ns主磁極的轉速（同步轉速）諧波感應電動勢的頻率：f= p* n/60 = p ns/60=

12、f1諧波感應電動勢的節(jié)距因數(shù)kp 諧波感應電動勢的分布因數(shù)kd諧波感應電動勢的繞組因數(shù)kw= kp kd諧波電動勢（相值） E = 4.44 fNkw2、齒諧波電動勢齒諧波諧波次數(shù)與一對極下的齒數(shù)Q/p具有特定關系的諧波 即 = Q/p1=2mq1的諧波齒諧波的特點 kW（=2mq1）= kW1 3、諧波的相電動勢和線電動勢 EL = EEL中三次及3的倍數(shù)次諧波。因為3次諧波電動勢同相位、幅值相同，所以星接時線電動勢為零。三角形連接時產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流產(chǎn)生的壓降恰好被抵消。4.諧波的弊害使電動勢波形變壞，發(fā)電機本身能耗增加，從而影響用電設備的運行性能干擾臨近的通訊線路二、消除諧波電動勢的方法因為

13、E=4.44fNkw所以通過減小KW或可降低E 1.采用短距繞組 2.采用分布繞組3.改善主磁場分布4.斜曹或斜極 4.6 4.6 通有正弦電流時單相繞組的磁動勢通有正弦電流時單相繞組的磁動勢一、整距集中繞組的磁動勢設氣隙均勻，通以正弦交流電流， Nc匝，則 每個氣隙上的磁動勢為： tIi sin2 iNiHdlctFtINiNfcccc sinsin2221 結論：波形：矩形波； 脈動磁動勢：空間位置固定、幅值大小和方向隨時間而變化的磁動勢。 分解：其中： 用電角度表示的空間距離。基波磁動勢的幅值： xtFxtFxtFtxfcccc cossin3cossincossin),(31ININF

14、ccc9 . 02241 次諧波磁勢的幅值： 基波磁動勢的性質(zhì)：按正弦規(guī)律變化的脈動磁動勢。二、分布繞組的磁勢1.整距分布繞組的磁勢（q個）2.雙層短矩分布繞組的基波磁動勢INFcc9 . 01 1111)(9 . 0qcqcqkIqNkqFF IkqNIkkqNkIkqNkFFcyqcyqcyqq11111111)2(9 . 0)2(9 . 0)9 . 0(22 三、單相繞組的磁動勢 相電流為I、每相串聯(lián)匝數(shù)N、繞組并聯(lián)支路數(shù)a、則單相磁動勢為： IpNkFw119 . 0 xtIpNkxtFtxfw cossin9 . 0cossin),(111 單相脈動磁動勢的分解xtFtxf coss

15、in),(11 )sin(21)sin(2111xtFxtF ),()(1),()(1txtxff 結論結論：兩個磁動勢的性質(zhì)：圓形旋轉磁動勢；幅值為單相磁動勢幅值的一半； 轉速： f2 min)/(60)/(221rpfsrpfpfn1、圓形旋轉磁動勢數(shù)學法分解后相加的三相合成磁動勢為： 4.7 4.7 通有三相電流時三相繞組的磁動勢通有三相電流時三相繞組的磁動勢xtFfA cossin11 )120cos()120sin(11 xtFfB )120cos()120sin(11 xtFfC )sin(2311xtFf 圖解法結論：三相對稱繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的合成基波磁動勢為圓形旋轉磁動

16、勢；性質(zhì)：幅值： 轉速： 轉向：從載有超前電流相轉到載有滯后電流相； 某相電流達最大值時，合成磁動勢的幅值恰好在該相繞組的軸線上 。 2、橢圓形旋轉磁動勢當其中一個不對稱時，便為橢圓形旋轉磁動勢。 IpNkIpNkFFww111135. 19 . 02323 min)/(601rpfn AZBXCY圖圖4 41 1 三相雙層繞組的槽電動勢星形圖三相雙層繞組的槽電動勢星形圖(36,24)Qp相帶相帶槽號槽號極極 對對ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,12 13,14,15 16,17,1819,20,2122,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36第一對極下第一對極下（1槽槽18槽）槽）第二對極下第二對極下（19槽槽36槽）槽）表4-1 各個相帶的槽號分布 1 35 7 9 11 13151719 21232527 29313335