電機(jī)學(xué)-交流繞組

1、第四章 交流繞組理論（1 1）交流繞組基本概念和構(gòu)成原理）交流繞組基本概念和構(gòu)成原理 （2 2）交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形、頻率、大?。┙涣骼@組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形、頻率、大小 （3 3）交流繞組磁動(dòng)勢(shì)的時(shí)空概念）交流繞組磁動(dòng)勢(shì)的時(shí)空概念（1 1）電角度概念）電角度概念（2 2）交流繞組磁勢(shì)的時(shí)空概念）交流繞組磁勢(shì)的時(shí)空概念 難點(diǎn)內(nèi)容：難點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：第四章 交流繞組理論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4.2 4.2 三相雙層繞組三相雙層繞組4.4 4.4 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4.6 4.6 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)4.7

2、 4.7 三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)4.3 4.3 三相單層繞組三相單層繞組第四章 交流繞組理論3第四章第四章 交流繞組及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)交流繞組及其電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)主要內(nèi)容：交流繞組的構(gòu)成，主要內(nèi)容：交流繞組的構(gòu)成，繞組連接繞組連接規(guī)律及規(guī)律及電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)和和磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)。交流電機(jī) 同步電機(jī)：主要作為發(fā)電機(jī)，也可作為電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)。 感應(yīng)電機(jī)：主要作為電動(dòng)機(jī)，有時(shí)也作發(fā)電機(jī)。同步電機(jī)和異步電機(jī)雖然激磁方式和運(yùn)行特性有很大差別，但電機(jī)定子中發(fā)生的電磁現(xiàn)象和機(jī)電能轉(zhuǎn)換的原理卻基本上是相同的，因此存在許多共性問題，可統(tǒng)一進(jìn)行研究。本章就是研究交流電機(jī)的繞組繞組、電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)問題。

3、這些問題對(duì)于分別研究異步電機(jī)和同步電機(jī)的運(yùn)行性能有著重要意義。第四章 交流繞組理論4.1 4.1 交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、構(gòu)成原則一、構(gòu)成原則(1)(1)合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)的波形要接近于正合成電動(dòng)勢(shì)和合成磁動(dòng)勢(shì)的波形要接近于正弦形、幅值要大；弦形、幅值要大；(2)(2)對(duì)三相繞組，各相的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)稱，對(duì)三相繞組，各相的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)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，絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造要方便。制造要方便。第四章

4、 交流繞組理論5本章主要介紹三相整數(shù)槽繞組。二、交流繞組的分類二、交流繞組的分類按相數(shù)分單相三相按每極每相槽數(shù)分整數(shù)槽 分?jǐn)?shù)槽按槽內(nèi)層數(shù)分單層 雙層同心式 交叉式 鏈?zhǔn)?疊繞 波繞第四章 交流繞組理論定子鐵心定子鐵心第四章 交流繞組理論定子繞組定子繞組第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論定子鐵心和繞組定子鐵心和繞組第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論 交流電機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理 導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小波形頻率三相對(duì)稱性 第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論4.2 4.2 交流三相繞組交流三相繞組一、基本術(shù)語(yǔ)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四

5、章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論二、三相單層繞組二、三相單層繞組第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論（6）單層繞組的不同端接方式例：三相四極36槽定子，繪制交叉式繞組展開圖 3322362PmQq2325272931333513579111315171921AXSNSN圖 4-9 單 層 交 叉 式 繞 組 A相 展 開 圖 （ 2p=4,Q=36) 36-(8)-1-(9)-35-(28)-19-(27)-18-(26)-17

6、-(10)第四章 交流繞組理論三、三相雙層繞組三、三相雙層繞組第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論 波繞組第四章 交流繞組理論 4.4 4.4 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一、空間坐標(biāo)的建立及氣隙磁密的分布一、空間坐標(biāo)的建立及氣隙磁密的分布第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論二、導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)二、導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論三、線圈的電動(dòng)勢(shì)及節(jié)距因數(shù)三、線圈的電動(dòng)勢(shì)及節(jié)距因數(shù)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論四、線圈組的電動(dòng)

7、勢(shì)及分布因數(shù)四、線圈組的電動(dòng)勢(shì)及分布因數(shù)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論五、相電動(dòng)勢(shì)及線電動(dòng)勢(shì)五、相電動(dòng)勢(shì)及線電動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論六、基波電動(dòng)勢(shì)與磁通鏈間的相位關(guān)系六、基波電動(dòng)勢(shì)與磁通鏈間的相位關(guān)系第四章 交流繞組理論54 本節(jié)討論主極磁場(chǎng)非正弦分布時(shí)所引起的諧波電動(dòng)勢(shì)。本節(jié)討論主極磁場(chǎng)非正弦分布時(shí)所引起的諧波電動(dòng)勢(shì)。 以上我們假定主極磁場(chǎng)在氣隙內(nèi)為正弦分布，實(shí)際上，主極磁場(chǎng)并非完全按正弦規(guī)律分布，此時(shí)將磁場(chǎng)波進(jìn)行諧波分析，可得基波和一系列高次諧波，相應(yīng)的交流繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)除基波

8、外還有一系列高次諧波電動(dòng)勢(shì)。本節(jié)討論非正弦磁場(chǎng)分布所引起的諧波電動(dòng)勢(shì)及其削弱的方法。 4.5 4.5 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波 第四章 交流繞組理論55圖4-14 凸極同步電圖4-14 凸極同步電 機(jī)的主極磁場(chǎng) 機(jī)的主極磁場(chǎng)一、一、高次諧波電動(dòng)勢(shì)高次諧波電動(dòng)勢(shì)交流電機(jī)中氣隙磁場(chǎng)分布一般呈平頂波如右圖所示，應(yīng)用富氏級(jí)數(shù)可將其分解為基波和一系列諧波的合成。因主極磁場(chǎng)分布與磁極中心線相對(duì)稱，故偶次諧波為零，所以磁場(chǎng)中僅存在奇次諧波（1，3，57），為清楚起見，圖中只畫出1，3，5，次諧波，且次數(shù)越高，幅值越小。第四章 交流繞組理論56二、二、齒諧波電動(dòng)勢(shì)齒諧波電動(dòng)勢(shì) 在高次諧波中

9、，有一種次數(shù)為 的諧波，稱為齒諧波，由該次諧波感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱為齒諧波電動(dòng)勢(shì)。121mqPQ齒諧波的特點(diǎn)：1、諧波次數(shù)與一對(duì)極下的齒數(shù)（槽數(shù)）之間具有特定關(guān)系。2、 諧波的繞組因數(shù)與基波相等。10101010101010101)12(90sin)90180sin()90902sin()90902sin(90)12sin(PmqPKyyyyPQyPQyymqymqK第四章 交流繞組理論57結(jié)論：1、齒諧波繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相等； 2、除齒諧波外，越高，分布因數(shù)及節(jié)距因數(shù) 越小。 因齒諧波的繞組因數(shù)等于基波的繞組因數(shù)，使齒諧波電動(dòng)勢(shì)較強(qiáng)，而其他高次諧波如5、7次分布因數(shù)較基波小得多，所以采用分布

10、和短距繞組可消弱這些高次諧波。100)12(1)2180sin()2180sin(2) 12sin(2) 12sin(dmqdKqqqmqqqmqK036022mqmqPQ：一對(duì)極下具有的槽數(shù)為一對(duì)極下的電角度第四章 交流繞組理論58 由于齒諧波較強(qiáng)，致使電動(dòng)勢(shì)波形出現(xiàn)明顯的諧波波紋。 齒諧波電動(dòng)勢(shì)比較強(qiáng)的原因，主要是由于電機(jī)定子有齒和槽，使得沿電樞圓周各點(diǎn)氣隙的磁導(dǎo)不相等，齒下氣隙較小，磁導(dǎo)較大，而槽口處氣隙較大，磁導(dǎo)較小。若不開槽時(shí)氣隙中主極磁場(chǎng)為近于正弦分布的曲線，如右圖曲線1。開槽以后在正弦曲線上疊加一個(gè)與定子齒數(shù)相對(duì)應(yīng)的附加周期性磁導(dǎo)分量，導(dǎo)致氣隙磁場(chǎng)的分布發(fā)生改變?？梢钥闯觯糊X諧波

11、繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相等；其他諧波繞組因數(shù)較小。第四章 交流繞組理論59三、考慮諧波時(shí)三、考慮諧波時(shí)相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)的有效值相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)的有效值 考慮諧波電動(dòng)勢(shì)時(shí)， 相電動(dòng)勢(shì)的有效值應(yīng)為 ：2152131252321)()(1EEEEEEEEE線電動(dòng)勢(shì)： （星接法） （角接法）2725213EEEEL272521EEEEL對(duì)于線電動(dòng)勢(shì)無論是角接還是星接，均無對(duì)于線電動(dòng)勢(shì)無論是角接還是星接，均無3及及3的倍數(shù)次諧波。的倍數(shù)次諧波。在星形接法的三相系統(tǒng)中，因各相的三次諧波大小相等，相位相同，互相抵消，所以線電動(dòng)勢(shì)中不存在三次諧波電動(dòng)勢(shì)。注：注：第四章 交流繞組理論60在角接的三相系統(tǒng)中，

12、同相的三次諧波電動(dòng)勢(shì)將在閉合的三角中形成環(huán)流。 33333333ZIEZEI由于 完全降落在繞組阻抗Z3上，所以線端不會(huì)出現(xiàn)三次諧波電動(dòng)勢(shì)。但是三次諧波環(huán)流所產(chǎn)生的雜散損耗，會(huì)使電機(jī)效率下降，溫升增高，所以一般采用星形連接。3E第四章 交流繞組理論61四、諧波的危害四、諧波的危害電動(dòng)勢(shì)中如存在高次諧波，將使電動(dòng)勢(shì)波形變壞，產(chǎn)生很多不良影響： 1、 電機(jī)損耗增大，效率下降，溫升增加。 2、 高次諧波產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)鄰近的通訊線路 產(chǎn)生干擾。 3、 產(chǎn)生有害附加轉(zhuǎn)距，造成電機(jī)運(yùn)行性能變壞。利用諧波：1、諧波勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。 2、利用諧波起動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。第四章 交流繞組理論62五、削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法五

13、、削弱諧波電動(dòng)勢(shì)的方法在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，應(yīng)盡可能削弱電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波分量，國(guó)標(biāo)規(guī)定（GB755-81電機(jī)基本技術(shù)要求）對(duì)300kVA以上的同步發(fā)電機(jī)，線電壓波形的正弦波畸變率不應(yīng)超過5%。正弦波畸變率%1001272523EEEE下面分別介紹減小諧波電動(dòng)勢(shì)和齒諧波電動(dòng)勢(shì)的方法。 WNKfE44. 41、減少諧波電動(dòng)勢(shì)的方法減少諧波電動(dòng)勢(shì)的方法 可通過減小KWV和 削弱 。E第四章 交流繞組理論63適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距，可使某次諧波的節(jié)距因數(shù)接近或等于零，以達(dá)到削弱或消除某次諧波的目的。（1）選用短距繞組）選用短距繞組 如要消除v次諧波，只要使 090sin01yKP即00118090 Ky122

14、1KKy盡可能接近整距的短距則）（1-11y上式表明，要消除v次諧波，只要選用比整距短的短距線圈即可。 第四章 交流繞組理論64如要消除5次諧波 取5451-11）（y比整距短5090545sin05PK右圖所示采用可將5次諧波完全消除。541y第四章 交流繞組理論65線圈節(jié)距變化時(shí)，基波和諧波節(jié)距因數(shù)如何變化？由于三相繞組采用了星形或角形的連接，線電壓中已不存在3及3的倍數(shù)次諧波，所以選節(jié)距時(shí)主要考慮削弱5、7次諧波。0857. 07608 . 054711511ppKyyKyy時(shí)時(shí)通常選次可同時(shí)大大削弱。、 75 ,651y第四章 交流繞組理論66（2）采用分布繞組）采用分布繞組 當(dāng)q增加

15、時(shí)，基波的分布因數(shù)減小不多，但諧波的分布因數(shù)顯著減小。所以就分布繞組來說，每極每相槽數(shù)q越多，抑制諧波電動(dòng)勢(shì)的效果越好。但q增多，必增加電機(jī)槽數(shù)，使電機(jī)成本提高?？紤]到q6時(shí)，分布因數(shù)的下降已不明顯，所以一般選6q2，圖4-20表示不同q值時(shí)，諧波分布因數(shù)的變化情況。第四章 交流繞組理論67（3）削弱諧波磁場(chǎng)）削弱諧波磁場(chǎng)凸極同步電機(jī)改善磁極極靴外型，隱極同步電機(jī)勵(lì)磁繞組合理的分布，使磁極磁場(chǎng)沿電樞表面分布接近于正弦波。（4）三次和三的倍數(shù)次諧波的消除）三次和三的倍數(shù)次諧波的消除 三相繞組可接成三角形或星形。 凸極電機(jī)以上方法均不能削弱齒諧波電動(dòng)勢(shì)。第四章 交流繞組理論682、齒諧波電動(dòng)勢(shì)減小

16、的方法、齒諧波電動(dòng)勢(shì)減小的方法 對(duì)于齒諧波，由于其繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相同，不能采用短距和分布的方法削弱它。目前采用以下幾種方法削弱齒諧波電動(dòng)勢(shì)： （1）采用斜槽采用斜槽 采用斜槽后，同一根導(dǎo)體內(nèi)的各個(gè)小段在磁場(chǎng)中的位置互不相同，所以同一導(dǎo)體各段感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不同，與直槽相比，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有所變化，理論分析證明采用斜槽可有效削弱齒諧波電動(dòng)勢(shì)，但對(duì)基波和其他諧波也有削弱作用，為計(jì)及這一影響，在計(jì)算電動(dòng)勢(shì)時(shí)，除了考慮節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)外，還應(yīng)考慮斜槽因數(shù)斜槽因數(shù)。第四章 交流繞組理論69為了推導(dǎo)斜槽因數(shù)，把斜槽內(nèi)導(dǎo)體看為無限多根短直導(dǎo)體的串聯(lián)。相鄰直導(dǎo)體間有一微小的相位差（0）短直導(dǎo)體數(shù)q，而

17、q=，為整根導(dǎo)體斜過的電弧度，仿照分布因數(shù)的推導(dǎo)方法，可導(dǎo)出斜槽因數(shù)?；ǖ男辈垡驍?shù)為：22sin2sin2sinq0lim1qqKSK第四章 交流繞組理論70若導(dǎo)體斜過的距離用c來表示時(shí)，c22sin1ccKSK 次諧波的斜槽因數(shù)為 ：22sinccKSK從以上可見，如用斜槽消除 次諧波，應(yīng)使02sinc即222cc第四章 交流繞組理論71取 為了使 ，這兩個(gè)齒諧波都得到削弱。12 mqZtmqc222mq：為一對(duì)極下的槽數(shù)，tZ：齒距。即斜過的距離等于一個(gè)齒距。 只要使斜過的距離等于該次空間諧波的波長(zhǎng)，諧波電動(dòng)勢(shì)相互抵消。所以，要消除齒諧波電動(dòng)勢(shì)應(yīng)取122mqc采用斜槽后，可使齒諧波大大削

18、弱。斜槽主要用于中、小型電機(jī)中。 第四章 交流繞組理論72(2) 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，常常采用分?jǐn)?shù)槽繞組來削弱齒諧波。由于每極每相槽數(shù)q=分?jǐn)?shù)，所以齒諧波次數(shù) 一般為分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極磁極中僅含有奇次諧波，即不存在齒諧波磁場(chǎng)，也就不存在齒諧波電動(dòng)勢(shì)。12 mqZ(3) 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)中采用磁性槽楔來減小由于槽開口而引起的氣隙磁導(dǎo)變化和齒諧波。但采用半閉口槽工藝復(fù)雜。第四章 交流繞組理論 4.4 4.4 單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論一、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)一、整距線圈的磁動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論一個(gè)線圈的磁動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論一個(gè)線圈的基波磁動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論二、單層整距線圈組的磁動(dòng)勢(shì)二、單層整距線圈組的磁動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論三、雙層短距線圈組的磁動(dòng)勢(shì)三、雙層短距線圈組的磁動(dòng)勢(shì)第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論第四章 交流繞組理論四、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)四、單相繞組的磁動(dòng)