交流電機的共同問題

1、交流電機的共同問題第1頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日第六章 交流電機繞組及其感應電動勢6.1 旋轉電機的基本作用原理6.2 交流繞組6.3 繞組的感應電動勢6.4 諧波電動勢及其削弱方法目 錄第2頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日第一節(jié) 旋轉電機的基本作用原理 1、旋轉電機是一種以磁場為耦合場的連續(xù)旋轉的機電裝置。2、旋轉電機結構定子轉子空氣隙-鐵芯和繞組-鐵芯和繞組*其中一方產生磁場，另一方輸出電動勢或電磁轉矩第3頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 交流電機雖然在運行原理和結構上有很多不同，但其交流繞組構成及其感應電動勢和磁動勢

2、等問題存在相同之處。三相交流繞組的結構三相交流繞組產生的感應電動勢三相交流繞組產生的磁動勢 (第七章）3、旋轉電機分類直流電機交流電機同步電機異步電機第4頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日一、同步電機定子: 鐵芯和三相對稱繞組ax、by 、cz，轉子: 鐵芯和勵磁繞組，通直流電流產生氣隙主磁場 當原動機帶動轉子旋轉,氣隙主磁場隨轉子旋轉并切割定子繞組，產生感應電動勢.繞組模型第5頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日同步電機定子 同步電機轉子 第6頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日二、異步電機轉子: 鐵芯和閉合的交流繞組組成定子: 由鐵芯

3、和三相交流繞組組成。 常用的轉子繞組由轉子導條和兩端的端環(huán)組成形似鼠籠的閉合繞組第7頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日異步電動機異步電動機定子異步電動機轉子第8頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日三相異步電動機的基本作用原理:定子加三相交流電產生氣隙旋轉磁場切割轉子繞組產生感應電動勢和電流轉子帶電導體和旋轉磁場作用產生電磁轉矩驅動轉于轉動旋轉磁場的產生第9頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日三相交流對稱繞組的基本要求:三相交流繞組匝數相同、空間位置互差1200電角度能產生較大的基波電動勢和磁動勢,盡量減少或消除高次諧波分量繞組用銅量少、絕

4、緣性能和機械強度可靠、散熱好繞組的制造、安裝和檢修要方便交流繞組：產生電動勢、磁動勢和產生電磁轉矩的載體第二節(jié) 交流繞組第10頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 (1)電角度： ：在電機理論中，把一對主磁極所占的空間距離，稱為360的空間電角度。 電角度 = 極對數P機械角度1 、交流繞組相關術語極對數： 指電機主磁極的對數，通常用 p 表示機械角度：一個圓周真正的空間角度為機械角度360第11頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日（2）相帶：一個極下每相繞組所占的范圍(如下三相） 60o相帶將一個磁極分成三份，每份所占電角度 120o相帶將一對磁極分成三份

5、，每份所占電角度（3）每極每相槽數q ：每個極內每相所占的槽數 如電機槽數為Z，極對數為p，相數為m，則： q=1的繞組稱為集中繞組，q1的繞組稱為分布繞組第12頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日（4）槽距角 ：相鄰兩槽的距離用電角度表示（5）極距：指電機一個主磁極在電樞表面所占的長度 槽數： 空間長度：第13頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日(6)線圈（元件）：是構成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定規(guī)律的排列和聯(lián)結。線圈可以區(qū)分為多匝線圈和單匝線圈。y=為整距線圈y為長距線圈(7) 線圈節(jié)距:線圈兩邊所跨的槽數第14頁，共64頁，2022年，5月20

6、日，9點2分，星期日第15頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 單層繞組:一個槽中只放一個元件邊 雙層繞組:一個槽中放兩個元件邊(8)單層繞組和雙層繞組雙層繞組單層繞組第16頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日(9)槽電動勢星形圖： 把電樞上各槽內導體按正弦規(guī)律變化的電動勢分別用相量表示，構成一個輻射星形圖，稱槽電動勢星形圖。第17頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日（1）均勻原則：每極內的槽數（線圈數）要相等，各相繞組在每極內所占的槽數應相等；（2）對稱原則：三相繞組的結構完全一樣，但在電機的圓周空間互相錯開120o電角度。（3）電勢相加

7、原則：線圈兩個圈邊的感應電勢應該相加；線圈與線圈之間的連接也應符合這一原則。即：線圈的一個邊在N極下，另一個應在S極下。2、交流繞組的構成原則第18頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日交流繞組單層繞組雙層繞組同心式繞組鏈式繞組交叉鏈式繞組等元件式整距疊繞組雙層疊繞組雙層波繞組3、交流繞組的形式第19頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 用途： 由于每槽中只包含一個線圈邊，所以其線圈數為槽數的一半。適合于10kW以下的小型交流異步電機。分類：鏈式、同心式和交叉式等型式 (*按連接和端接不同分類） 定義: 每槽中只有一個線圈邊的三相交流繞組稱為三相單層繞組。一、

8、三相單層繞組第20頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日三相單層繞組的構成例：Z24（槽）、m3（相）、2p4（極）的單層疊繞組1.計算:第21頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日分極：=Z/(2P)（N、S極相鄰分布）標記假設的感應電動勢方向（相鄰極下方向相反）分相：q=Z/(2Pm)，2.畫繞組展開圖的步驟：(等元件整距繞組) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNS第22頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日(4)連接線圈：在一對極內根據y=連線圈

9、（共pq個） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNSA1X1A2X2(5)連接線圈組：在一對極內屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組（共p個）以上連接應符合電勢相加原則第23頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNSA1X1A2X2(6)連相繞組:根據電動勢相加原則,將同一相的線圈組按并聯(lián)支路數a連成相繞組，并標記首尾端。最大并聯(lián)支路數a=P。串聯(lián): a1并聯(lián)

10、: a2第24頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日(7)連三相繞組:將三個單相繞組連成完整的三相繞組（ 接法或Y接法）,三相在空間錯開1200電角度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNSAXBYCZ第25頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNS3、三相單層鏈式繞組展開圖（以A相為例）適用于q=2、p1的小型異步電機從形式上y短距（實質上

11、仍為整距）最大并聯(lián)支路數a=2PXA第26頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NNS4、三相單層同心式繞組展開圖（以A相為例）XA適用于p=1的小型異步電機從形式上y短距(實質上仍為整距),縮短端部,節(jié)省銅線最大并聯(lián)支路數a=2第27頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日NSNS5、三相單層交叉式繞組展開圖（以A相為例）1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35AX適用于q=3的小型

12、異步電機從形式上y短距(實質上仍為整距),縮短端部,節(jié)省銅線第28頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日二、三相雙層繞組定義：指每槽分上下兩層，線圈一個邊放在某槽的上層，另一邊放在相隔一定槽數的另一槽的下層分類：疊繞組和波繞組（*根據線圈形狀和連接規(guī)律）特點：雙層繞組的線圈數和槽數正好相等第29頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日A、疊繞組：相鄰兩個線圈后一個“緊疊”在前一個之上優(yōu)點：1）可靈活選擇線圈節(jié)距來改善電動勢和磁動勢波形2）各線圈節(jié)距、形狀相同，便于制造3）可以得到較多的并聯(lián)支路數4）可采用短距線圈以節(jié)約端部用銅缺點:1）嵌線較困難，特別是一臺電機的

13、最后幾個線圈2）線圈組間連線較多，極數多時耗銅量較大用途：一般10kW以上的中、小型交流電機第30頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日實例：Z=24，2p=4，m=3，a=2 ，整距的雙層疊繞雙層疊繞組的構成1.計算：第31頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日2.畫繞組展開圖的步驟： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNS分極：=Z/(2P)（N、S極相鄰分布）標記假設的感應電動勢方向（相鄰極下方向相反）分相：q=Z/(2Pm)，第32頁，共64頁，2022年，5月

14、20日，9點2分，星期日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNSA1X1X2A2A3X3X4A4(4)連接線圈：在一對極內根據y=連線圈（共2pq個）(5)連接線圈組：在每極內屬于同一相的q個線圈連成一個線圈組（共2p個）以上連接應符合電勢相加原則第33頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNSA1X1X2A2A3X3X4A4以a=1為例(6)連相繞組:根據

15、電動勢相加原則,將同一相的2P個線圈組按并聯(lián)支路數a連成相繞組，并標記首尾端。最大并聯(lián)支路數a=2P。AX第34頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日3、短距（y=5、a=2)的情況上層邊不變，下層邊由y決定，y(短距)短距角：=（-y）端接連接較短，節(jié)省銅線可改善電動勢和磁動勢波形 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24NSNSAX第35頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日課時小結1、旋轉電機的基本結構？旋轉磁場的產生？ （電磁式和機械式）2、交流繞組的相關術語？3、畫交流

16、繞組展開圖步驟？（重點）4、試比較單、雙層繞組的異同點？ （重點） （提示：定義、用途、總線圈數、總線圈組數、并聯(lián)支路數、短距現(xiàn)象、諧波影響）第36頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日旋轉磁場是交流電機工作的基礎。(1)機械旋轉磁場:通過原動機拖動磁極旋轉 (2)電磁旋轉磁場:三相繞組通入三相對稱交流電第三節(jié) 繞組的感應電動勢第37頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日AXYZBCNS設：氣隙旋轉磁場基波分量是空間分布正弦波交流繞組處于旋轉磁場中，切割旋轉磁場，產生感應電勢第38頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日1、導體感應電勢：e=Blv

17、感應電勢e(t)的波形和B(x)在空間的分布波形相一致只考慮磁場基波時，感應電勢為正弦波一、導體中的感應電勢第39頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 磁場轉過一對極，導體中的感應電勢變化一個周期 磁場旋轉一周，轉過p（電機的極對數）對磁極 轉速為n（r/min)的電機，每秒鐘轉過(pn/60)對極 導體中感應電勢的頻率：f=(pn/60)Hz2、感應電勢的頻率 繞組中均勻分布著許多導體，這些導體中的感應電勢有效值、頻率、波形均相同；但是他們的相位不相同。 3、 不同導體感應電勢第40頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日4、感應電勢的大小 導體感應電勢 導體

18、與磁場的相對速度： 磁感應強度峰值和平均值之間的關系： 感應電勢最大值： 感應電勢的有效值：第41頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日5、槽電動勢星形圖：槽電動勢星形圖的一個圓周的距離為電角度3600每對極的電動勢相量出現(xiàn)重合每個圓周有均勻Z/P個槽電動勢相量第42頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日1、整距線圈的感應電動勢 二、線圈的感應電動勢兩圈邊磁場極性相反，感應電動勢大小相同、相位差1800 整距線圈的感應電動勢：x第43頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日兩圈邊跨距為y1，短距角為，其感應電動勢相位差是（180-）電角度2、短距線

19、圈的感應電動勢 短距角： 短距線圈感應電動勢： 第44頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 短距系數： 短距系數恒小于1，故短距線圈感應電動勢有所損失；但可以削弱高次諧波（見下節(jié)介紹）。第45頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 每相每對極下有q個線圈 線圈組感應電動勢由該組所有導體電動勢矢量和 三、線圈組的感應電動勢 矢量式:第46頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日R第47頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 分布系數：線圈組的電動勢：繞組因數：第48頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日四、一相繞組的

20、相電動勢1、單層繞組的相電動勢單層繞組共有p個線圈組 若p個線圈組全部并聯(lián)則相電動勢 = Eq若p個線圈組全部串聯(lián)則相電動勢 = pEq實際線圈組可并可串，定義每相總串聯(lián)匝數N如下： 相電動勢：第49頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 雙層繞組共有2p個線圈組 這2p個線圈組可并可串，每相總串聯(lián)匝數N如下： 2、雙層繞組的電動勢 雙層繞組要考慮到短距系數： 第50頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日五、三相繞組的線電動勢三相相電動勢在時間上相差120o電角度 三相線電動勢與相電動勢的關系： 三角形接法： 線電動勢 = 相電動勢 星 形 接 法：第51頁，共

21、64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日感應電動勢的波形同磁場波形，為正弦波 感應電動勢的頻率： f=(pn/60) 相電動勢的大?。?繞組系數六、三相繞組電動勢總結每相串聯(lián)匝數第52頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日討論1：單層交流繞組是否存在短距現(xiàn)象？畫出兩種接法的線圈連接順序圖進行比較結論：Kp1=1第53頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日討論2：60o相帶和120o相帶的比較(P101例6-1)第54頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 主極磁場在氣隙中除了正弦基波外，還有一系列高次諧波，所以繞組感應電動勢也會含有高次諧

22、波。 主極磁場的分布與磁極中心線相對稱，故氣隙磁場中含有奇次空間諧波。 1、3、5 1、主極磁場產生次諧波的性質:第四節(jié) 諧波電動勢及其削弱方法第55頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日 諧波頻率： 諧波電動勢的有效值：為次諧波的磁通量: 為次諧波的繞組系數:第56頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日2.相電動勢和線電動勢 相電動勢的有效值： 線電動勢的有效值： 三相繞組相電動勢的三次諧波同幅值同相位 Y連接時： 連接時： 線電動勢：線電動勢：第57頁，共64頁，2022年，5月20日，9點2分，星期日使發(fā)電機電動勢波形發(fā)生畸變使電機本身的附加損耗增加，效率降低，溫升增高使輸電線上的線損增加，并對鄰近的通信線路或電子裝置產生干擾可能引起輸電線路的電感和電容發(fā)生諧振，產生過電壓使感應電機產生附加損耗和附加轉矩，影響其運行性能3.高次諧波的弊害第58頁，共64頁，2022年，5月2