交流電機電樞繞組的電動勢和磁通勢解析課件

1、第六章交流電機電樞繞組的電動勢與磁通勢交流電機包括：同步電機和異步動機（感應(yīng)電機）。電樞是電機中機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，直流電機電樞指轉(zhuǎn)子部分，而交流電機的電樞是指定子部分。1第6章 交流電機電樞繞組的電動勢和磁通勢6.1 交流電機電樞繞組的電動勢6.2 交流電機電樞繞組6.3 交流電機電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢6.4 三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢6.5 兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢26.1 交流電機電樞繞組的電動勢交流電機電樞繞組感應(yīng)電動勢問題的分析，對于同步電機或異步電機都是適用的。為了分析的方便，我們用一臺同步發(fā)電機為例來分析電樞繞組的電動勢。簡單的同步發(fā)電機模型6.1.1 導(dǎo)體電動勢空間電角度：

2、把一對主磁極所占的空間角度定為2，用表示。機械角度：把轉(zhuǎn)子表面所占的空間幾何角度定為2，用表示。=p，其中p為電機的極對數(shù)。3假設(shè)電機的氣隙中只有波長等于一對主磁極極距、沿氣隙圓周方向分布為正弦形的磁密波（基波磁密）根據(jù)電磁感應(yīng)定律轉(zhuǎn)子的電角速度假設(shè)導(dǎo)體由坐標原點開始相應(yīng)點的氣隙磁密為4導(dǎo)體中感應(yīng)的基波電動勢瞬時值為導(dǎo)體每經(jīng)過一對主磁極，其中感應(yīng)電動勢便經(jīng)歷一個周期，當轉(zhuǎn)子有p對主磁極時，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，導(dǎo)體中的電動勢變化了p次。因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和基波電動勢的頻率的關(guān)系為頻率和電角速度的關(guān)系為5導(dǎo)體中感應(yīng)基波電動勢的最大值為導(dǎo)體中基波電動勢有效值為67相量表示為整距線匝基波電動勢有效值為86.1.3

3、 整距線圈電動勢把N個線匝串聯(lián)起來構(gòu)成線圈。一個線圈兩邊的距離y1叫節(jié)距。當y1=的線圈為整距線圈，當y1的線圈為長距線圈。在電機中，一般不用長距線圈。整距線圈基波電動勢有效值為910短距線圈基波電動勢相量表示為短距線圈基波電動勢有效值表示為基波短距系數(shù)11例題6-2 如果把相距150空間電角度的A，X兩根導(dǎo)體組成線匝，每根導(dǎo)體的電動勢為10V，求線匝的基波電動勢。解1213如果把分布的q個整距線圈都集中放到一起，每個線圈的基波電動勢大小相等，相位相同，則線圈組總基波電動勢為qEy。但是線圈分布開來后，線圈的基波電動勢卻為Eq基波分布系數(shù)ABCD14分布后線圈組的基波電動勢為分布后短距線圈組的

4、基波電動勢為15例題6-3 一臺電機的定子槽里放了4個分布著的整距線圈，相鄰線圈的槽距角=15空間電角度，每個線圈基波感應(yīng)電動勢為30V?，F(xiàn)將這些空間分布著的整距線圈按頭尾相連構(gòu)成線圈組，求該線圈組的基波感應(yīng)電動勢。解返回16三相單層集中整距繞組：每一相只有一個整距線圈，定子上每個槽里只有一個線圈邊。這種繞組除了感應(yīng)電動勢的波形不理想外，電樞表面的空間也沒有充分利用，不如采用分布繞組好目錄172、三相單層分布繞組通過一個例子來說明三相單層分布繞組。假設(shè)定子上總槽數(shù)為Z=24,極對數(shù)為p=2，轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n。1）先計算定子相鄰兩個槽之間的槽距角182）基波電動勢星形相量圖24121

5、93）按600相帶法分相每極每相槽數(shù)AXBYCZ20215）確定繞組并聯(lián)的路數(shù)單層繞組最多可以并聯(lián)的支路有p個。當電機每相的總線圈數(shù)一定時，如用一路串聯(lián)，則每相基波電動勢要比并聯(lián)時大，而電流比并聯(lián)時的總電流小6）計算相電動勢整距線圈的基波電動勢一相繞組串聯(lián)的總匝數(shù)226.2.2 三相雙層繞組雙層繞組是指定子上每個槽里能放兩個圈邊，每個圈邊為一層。一個線圈有兩個圈邊，電機線圈的總數(shù)等于定子的槽總數(shù)。雙層繞組的優(yōu)點是線圈能夠任意短距，對改善電動勢波形有好處假設(shè)定子上總槽數(shù)為Z=36,極對數(shù)為p=2，節(jié)距y1=7個槽，并聯(lián)支路數(shù)a=1, 連接成雙層短距分布繞組1）先計算定子相鄰兩個槽之間的槽距角23

6、2）基波電動勢星形相量圖3）按600相帶法分相24255）確定繞組并聯(lián)的支路數(shù)并聯(lián)的支路數(shù)最少為a=1,最多為a=2p6）計算相電動勢短距線圈基波電動勢極相組基波電動勢相繞組基波電動勢266.2.3 繞組的諧波電動勢實際的電機氣隙里磁密的分布不完全都是基波，尚有諧波，如三次、五次、七次等奇數(shù)次諧波。所謂三次、五次、七次諧波磁密，即在一對磁極極距中有三、五、七個波長的正弦形磁密波。這些諧波也要在各槽里的導(dǎo)體中感應(yīng)出各次諧波電動勢。當繞組采用了短距、分布以及三相連接時，可以使各次諧波電動勢大大被消弱，甚至使某次諧波電動勢為零。當然，短距、分布也能降低基波電動勢，只要設(shè)計合理，讓基波電動勢消弱的少，

7、而大大消弱諧波電動勢就可以了。27三相星接和角接，在三相線電動勢中不會有三次諧波及三的倍數(shù)次諧波電動勢出現(xiàn)。這是由于三相三次諧波以及三的倍數(shù)次諧波電動勢在時間相位上同相所造成的。28例題6-4 一臺三相異步電動機，定子采用雙層短距分布繞組。已知Z=36，p=3，y1=5槽，線圈的匝數(shù)Ny=20，并聯(lián)支路數(shù)a=1，頻率f=50Hz，每極磁通量=0.00398Wb，求：1）導(dǎo)體基波電動勢2）線匝基波電動勢293）線圈基波電動勢4）極相組基波電動勢5）相繞組基波電動勢返回306.3 交流電機電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢目錄在電機里，不管什么樣的繞組，當流過電流時，都要產(chǎn)生磁通勢。所謂磁通勢，指的是繞組里

8、的全電流，或安培數(shù)。交流電機電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢與直流電機相比，要復(fù)雜一些。分析磁通勢的大小及波形等問題，應(yīng)從兩大方面來考慮：1）首先是繞組在定子空間所在的位置；2）其次再考慮該繞組流過的電流，在時間上又是如何變化的。交流繞組產(chǎn)生的磁通勢，既是空間的函數(shù)，又是時間的函數(shù)。31磁通勢從定子到轉(zhuǎn)子的方向作為正方向。磁通勢的大小是由電流的大小決定的，當電流按正弦規(guī)律變化時，磁通勢的大小也隨之按正弦規(guī)律變化，稱為脈振波。磁通勢交變的頻率與電流的頻率一樣。該磁通勢的極數(shù)為一對，與電機的極數(shù)對數(shù)相等。6.3.1 整距線圈的磁通勢1、整距線圈的磁通勢32四極電機繞組產(chǎn)生的磁通勢該磁通勢的極數(shù)為兩對，與電機的

9、極數(shù)對數(shù)相等矩形分布的脈沖磁通勢表達式為332、磁通勢展開空間矩形波可用傅氏基數(shù)展成無窮多個正弦波。因此，空間矩形分布的脈振磁通勢，可以展開成無窮多個空間正弦分布的磁通勢，每個正弦分布的磁通勢同時都隨時間正弦變化34基波磁通勢為三次諧波磁通勢為五次諧波磁通勢為35基波及其諧波磁通勢的特點1）基波及其諧波磁通勢的最大值362）基波及其諧波磁通勢的極對數(shù)基波磁通勢的極對數(shù)與電機的極對數(shù)一樣多，三次諧波的極對數(shù)是基波的三倍，五次諧波磁通勢的極對數(shù)是基波的五倍，等等。3）基波及其諧波磁通勢幅值隨時間變化的關(guān)系當電流隨時間按余弦規(guī)律變化時，不論是基波磁通勢或諧波磁通勢，它們的幅值都是隨時間按電流的變化規(guī)

10、律而變化，即在時間上，都為脈振波。3738393、基波脈振磁通勢(1)討論朝+方向旋轉(zhuǎn)，行波在電機中為旋轉(zhuǎn)波40(2)討論朝-方向旋轉(zhuǎn)，行波在電機中為旋轉(zhuǎn)波41由前面的分析，可以得到1）一個脈振波可以分解為兩個波長與諧振波完全一樣，分別朝相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)波，旋轉(zhuǎn)波的幅值是原諧振波最大振幅的一半；2）當脈振波振幅為最大值時，兩個旋轉(zhuǎn)波正好重疊在一起。一個在空間按余弦分布的磁通勢波，可以用一個空間矢量來表示，讓矢量的長短等于該磁通勢的幅值，矢量的位置就在該磁通勢波正幅值所在的位置。42436.3.2 短距線圈的磁通勢4445整距線圈時，基波磁通勢為雙層短距線圈時，基波磁通勢為466.3.3 單層

11、分布線圈產(chǎn)生的磁通勢476.3.4 單層短距對氣隙磁通勢波形的影響在電機中，為了改善電機的性能，希望基波的磁通勢占主要分量，盡量減小各次諧波的分量，為此，設(shè)計電機的繞組時，要采用短距和分布繞這。只要設(shè)計合理就可以大大的降低諧波磁通勢的影響486.3.5 單相繞組磁通勢整距線圈的基波磁通勢幅值為雙層短距線圈的基波磁通勢幅值為單相相繞組的基波磁通勢幅值為49單相繞組磁通勢的表達式單相雙層短距分布繞組的基波磁通勢的特點在氣隙空間按cos分布,振幅按cost變化當時間電角度t=0時，在空間電角度=0的地方，是最大正幅值所在地，即單相繞組的軸線處返回506.4 三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢目錄6.4.1 基

12、波磁通勢等效三相繞組51三相繞組流過的電流為三相產(chǎn)生的基波磁通勢52三相基波磁通勢分解為上邊三個式子相加53三相6個旋轉(zhuǎn)磁通勢的合成+A=0+B=120+C=240三相合成基波磁通勢為行波，朝方向+以角速度旋轉(zhuǎn)，合成矢量端點的軌跡是個圓，稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢54三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁通勢的特點1）幅值不變,為圓形旋轉(zhuǎn)磁通2)轉(zhuǎn)向磁通勢的轉(zhuǎn)向為電流的相序，從領(lǐng)先相到滯后相旋轉(zhuǎn)3)轉(zhuǎn)速4)瞬間位置 當某相的電流值達到最大值時，合成磁通勢正好位于該軸線處55用磁力線表示的三相旋轉(zhuǎn)磁場示意圖566.4.2 三相的三次諧波磁通勢57三相三次諧波磁通勢互相抵消，同理可以知道三的倍數(shù)次諧波的合成磁通勢也是零。采用

13、分布和短距繞組可以大大的降低五次和七次諧波等高次諧波，因此三相繞組可以忽略諧波，只認為基波磁通勢是主要的58例題6-5已知三個匝數(shù)彼此相等的整距線圈AX，BY，CZ在定子的槽內(nèi)集中地放在一起，如下圖所示。若三個整距線圈里流過的電流分別如下，求產(chǎn)生的合成基波總磁通勢59例題6-6已知三個整距線圈匝數(shù)彼此相等，按彼此相距120空間電角度放在電機的定子槽內(nèi)，如圖下所示。若三個線圈里流過的電流分別如下，求合成基波總磁通勢返回606.5 兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢例題6-7已知在電機定子槽內(nèi)放置兩個空間相距90電角度，且匝數(shù)相等的整距線圈AX，BY（兩相對稱繞組），如下圖所示。若兩個線圈里流過的電流分別如下，求合成基波總磁通勢解書中有誤目錄61例題6-8把上例中在定子空間相距90電角度的兩個整距線圈換成兩相對稱繞組，每相繞組都是雙層短距分布繞組，他們的串聯(lián)匝數(shù)都相等，仍用AX，BY表示每相繞組的引出線。若兩個線圈里流過的電流分別