交流電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)課件

交流電機(jī)基礎(chǔ)第六章交流電機(jī)基礎(chǔ)第六章1交流電機(jī)的共同理論繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)交流電機(jī)繞組構(gòu)成原則三相單層繞組*三相雙層繞組交流電機(jī)繞組磁勢(shì)交流電機(jī)繞組電勢(shì)交流電機(jī)的共同理論交流電機(jī)繞組構(gòu)成原則三2交流電機(jī)的共同理論繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)本章要求：掌握交流電機(jī)三相繞組構(gòu)成原則。能夠繪制三相單層同心式分布繞組展開(kāi)圖。

掌握基波磁場(chǎng)下集中、分布繞組線圈組電勢(shì)計(jì)算。熟悉基波磁場(chǎng)下雙層、短距分布繞組相電勢(shì)計(jì)算。交流電機(jī)的共同理論繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)本章要求：掌握交流電3掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)及其主要結(jié)論。熟練掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)基波可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。掌握三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的條件、性質(zhì)及其主要結(jié)論。熟練掌握三相對(duì)稱繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)基波的大小、轉(zhuǎn)向、速度。掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)及其主要結(jié)論。4交流電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)異步發(fā)電機(jī)(性能較差）異步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)異步電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉，但它是感性負(fù)載，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞，調(diào)速性能差。交流電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)異5

兩種型式的交流電機(jī)在涉及的理論、基本結(jié)構(gòu)原理方面具有下面三個(gè)共同部分：

◆交流繞組的基本結(jié)構(gòu)◆交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)◆交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)

兩種型式的交流電機(jī)在涉及的理論、◆交流繞6一、同步發(fā)電機(jī)工作原理定子繞組如圖排列；轉(zhuǎn)子磁極在外力作用下旋轉(zhuǎn)，定子繞組切割氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生電勢(shì)。上下第一節(jié)交流電機(jī)ZCBYXANSn一、同步發(fā)電機(jī)工作原理定子繞組如圖排列；轉(zhuǎn)7電勢(shì)頻率fN=50Hzn轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，p極對(duì)數(shù)p=1,n=3000rpm;p=2,n=1500rpm;p=3,n=1000rpm;AnN1S1N2S2上下或電勢(shì)頻率fN=50Hzn轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，p極對(duì)數(shù)p=1,n8同步發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)上下同步發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)上下9二、異步電動(dòng)機(jī)的工作原理n有功i2SNn1e2femT原理視頻二、異步電動(dòng)機(jī)的工作原理n有功i2SNn1e2femT原理視10

第二節(jié)三相交流電機(jī)的定子繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)）是一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，是依靠定子繞組中通以交流電流來(lái)建立的。因此，定子上的三相繞組必須保證當(dāng)它通以三相交流電流后，其所建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一定的極數(shù)、一定的大小，并且在空間的分布波形接近正弦波形，而且由該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在繞組本身中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也是對(duì)稱的。這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)來(lái)建立，那么對(duì)磁場(chǎng)的要求，也就是對(duì)磁動(dòng)勢(shì)的要求。第二節(jié)三相交流電機(jī)的定子繞組11

交流電機(jī)包含異步機(jī)和同步機(jī)。其定子結(jié)構(gòu)相同，都由定子鐵芯和定子繞組組成；它們的繞組、電勢(shì)、磁勢(shì)都相同。一、交流繞組構(gòu)成原則1、每相繞組產(chǎn)生的相電勢(shì)應(yīng)為正弦，且數(shù)值盡可能大。2、各相繞組的電勢(shì)、電阻和電抗在數(shù)值上盡可能相等，感應(yīng)電勢(shì)在相位上也要對(duì)稱，即在時(shí)間上互差120o電角度。上下3、端接線盡可能短，節(jié)約銅線，減小損耗。4、元件制造方便，嵌線工藝方便，便于保證質(zhì)量和節(jié)約制造工時(shí)。交流電機(jī)包含異步機(jī)和同步機(jī)。其定子結(jié)構(gòu)相同，都12二、繞組基本知識(shí)極距是指每一磁極所占定子內(nèi)圓周的距離，即有

節(jié)距y是指線圈兩有效邊之間的距離。單層繞組是整距繞組，即有y=τ每極每相槽數(shù)q是指一個(gè)磁極下一相繞組所占有的槽數(shù)，即有：二、繞組基本知識(shí)13相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下連續(xù)所占的范圍。機(jī)械角：電機(jī)圓周空間角度為360°或?yàn)?π弧度，稱這種角度為機(jī)械角。對(duì)于一對(duì)磁極由N→S→N變化一周相當(dāng)于360°電角度或?yàn)?π電弧度。當(dāng)電機(jī)有p對(duì)磁極時(shí)，電角度=p×機(jī)械角。分析：每一磁極占180°電角度，三相繞組的每相繞組在一個(gè)極下只占三分之一，即60°相帶。相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下連續(xù)所占的范圍。14P=2時(shí)，繞組的排列A1每對(duì)磁極下，都應(yīng)有一個(gè)ABC三相繞組，其排列順序在一對(duì)磁極下應(yīng)對(duì)稱。B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2結(jié)論：

三相繞組排列順序?yàn)椋好繉?duì)磁極下，六個(gè)繞組邊在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序?yàn)椋篈、Z、B、X、C、Y；且互差60o電角度。上下電角度=機(jī)械角度pP=2時(shí)，繞組的排列A1每對(duì)磁極下，都應(yīng)有一15A1X1

每相繞組不可能放在一個(gè)槽中，應(yīng)均勻放在相鄰的幾個(gè)槽中，串聯(lián)在一起。每極每相槽數(shù)q=總槽數(shù)Z2pmP：極對(duì)數(shù)；m：相數(shù)。上下A1X1每相繞組不可能放在一個(gè)槽中，應(yīng)均勻放16線圈節(jié)距Y1:一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間的距離。上下線圈節(jié)距Y1:一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間的距離17繞組編繞方法有：同心式和疊繞AX同心式AX疊繞上下單匝繞組編繞方法有：同心式和疊繞AX同心式AX疊繞上下單匝18二、三相單層交流繞組一交流機(jī)：Z=24，P=2，m=3，畫(huà)出單層同心式繞組展開(kāi)圖。1、畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)出槽號(hào)A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y21234567891011121314151617181920212223242、標(biāo)出AZBXCY的位置上下二、三相單層交流繞組19

每相繞組由兩個(gè)線圈組組成。如:A1X1，A2X2；組成A相。其中A1X1，A2X2感應(yīng)的電勢(shì)相同。

每個(gè)線圈組由兩個(gè)線圈組成，1，2；7，8；組成A1X1線圈組。上下3、畫(huà)出繞組展開(kāi)圖13，14；19，20；組成A2X2線圈組。A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2123456789101112131415161718192021222324每相繞組由兩個(gè)線圈組組成。如:A1X1，A20A1B1Z1X1C1Y1A2Z21234567891011121314151617181920212223241234567891011121314151617181920A1X1A2X2AX繞組展開(kāi)圖上下A1B1Z1X1C1Y1A2Z21234567891011121

當(dāng)定子每相繞組AX、BY、CZ匝數(shù)相同，六個(gè)繞組端在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序?yàn)椋篈、Z、B、X、C、Y；且互差60o電角度時(shí)，三相電勢(shì)為對(duì)稱電勢(shì)。電角度=機(jī)械角度p上下當(dāng)定子每相繞組AX、BY、CZ匝數(shù)相同，六個(gè)22第三節(jié)交流定子繞組的電動(dòng)勢(shì)氣隙磁場(chǎng)分布增加BA氣隙磁場(chǎng)可分解為正弦波上下第三節(jié)交流定子繞組的電動(dòng)勢(shì)氣隙磁場(chǎng)分布23一、導(dǎo)體電勢(shì)bA導(dǎo)體A中電勢(shì)為：L：導(dǎo)體A的有效長(zhǎng)度；v：導(dǎo)體A相對(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度。B是旋轉(zhuǎn)的，旋轉(zhuǎn)的角頻率為，則導(dǎo)體A相對(duì)磁密的空間電角度=t。上下一、導(dǎo)體電勢(shì)bA導(dǎo)體A中電勢(shì)為：L：導(dǎo)體A的有效長(zhǎng)度；241、導(dǎo)體中基波電勢(shì)導(dǎo)體中基波幅值bAB1BP將正弦基波磁場(chǎng)等效為矩形波：每極基波磁通平均值：導(dǎo)體中基波有效值上下1、導(dǎo)體中基波電勢(shì)導(dǎo)體中基波幅值bAB1BP將252、導(dǎo)體中諧波電勢(shì)上下3、導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)與磁通的相量關(guān)系+A+j2、導(dǎo)體中諧波電勢(shì)上下3、導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)與磁通的相量關(guān)系+A+26二、線圈電勢(shì)和短距系數(shù)1、整距匝電勢(shì)該匝基波電勢(shì)：一匝線圈由兩個(gè)導(dǎo)體邊，相距。設(shè)電勢(shì)出為正，兩個(gè)基波電勢(shì)的大小相等，相位差180o。該匝諧波電勢(shì)：上下二、線圈電勢(shì)和短距系數(shù)1、整距匝電勢(shì)該匝基波電勢(shì)：一匝線圈由272、整距線圈電勢(shì)AXNy設(shè)線圈由Ny匝組成，則線圈電勢(shì)為一匝電勢(shì)的Ny倍?；妱?shì)：諧波電勢(shì)：上下2、整距線圈電勢(shì)AXNy設(shè)線圈由Ny匝組成，283、短距匝電勢(shì)線圈的兩個(gè)導(dǎo)體邊相距y1<。設(shè)短距比=y1/則兩個(gè)基波電勢(shì)大小相等，相位差180o。+j該匝基波電勢(shì)：Ky1=sin/2:基波短距系數(shù)短距Ny匝線圈基波電勢(shì)：諧波電勢(shì)：nXASN上下3、短距匝電勢(shì)線圈的兩個(gè)導(dǎo)體邊相距y1<。設(shè)短距比=29諧波短距系數(shù)：結(jié)論：為了消除第次諧波電勢(shì)，使線圈節(jié)距縮短次諧波的一個(gè)極距，即y1=(1-1/)。如：要消除第3次諧波電勢(shì)，則y1=(1-1/3)=(2/3)上下諧波短距系數(shù)：結(jié)論：為了消除第次諧波電勢(shì)，使線圈節(jié)距縮短30三、線圈組（極相組）電勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)而成。設(shè)q=3，三個(gè)線圈基波電勢(shì)分別為：R線圈組電勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電勢(shì)的相量和。A1X1相量合成時(shí)有一個(gè)外接圓。上下三、線圈組（極相組）電勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)31R同在一個(gè)槽中總電勢(shì)上下R同在一個(gè)槽中總電勢(shì)上下32基波繞組系數(shù)上下四、消弱諧波電勢(shì)不良影響的方法（1）使氣隙磁場(chǎng)沿電樞表面的分布盡量接近正弦波。（2）利用三相對(duì)稱繞組的連接來(lái)消除線電動(dòng)勢(shì)中的三次及其倍數(shù)次奇次諧波。（3）采用短距繞組來(lái)消弱高次諧波電動(dòng)勢(shì)。基波繞組系數(shù)上下四、消弱諧波電勢(shì)不良影響的方法（1）使氣隙磁33每相繞組根據(jù)極相組串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系，可計(jì)算出總等效匝數(shù)為N，則相電勢(shì)為：?jiǎn)螌永@組：極對(duì)數(shù)并聯(lián)支路數(shù)雙層繞組：上下每相繞組根據(jù)極相組串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系，可計(jì)算出總34第四節(jié)脈振磁動(dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)由磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，磁場(chǎng)大小、性質(zhì)由F決定。當(dāng)交流繞組中有電流通過(guò)時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，在空間，形成磁場(chǎng)。上下異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)三相對(duì)稱繞組流過(guò)三相對(duì)稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。第四節(jié)脈振磁動(dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)由磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，磁場(chǎng)大35旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)決定，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由單相繞組磁動(dòng)勢(shì)合成的。因此，分析旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)之前，需先分析單相繞組流過(guò)交流電流時(shí)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)。一、單相繞組的脈振磁動(dòng)勢(shì)集中繞組AX通入電流i當(dāng)時(shí)間t確定，F(xiàn)=Ni，在空間應(yīng)為方波。it0AXfyF=Ni上下1.整距集中繞組的磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)決定，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)實(shí)際36ooo單相整距集中繞組的脈振磁勢(shì)ooe0oiAXF=Nit06090120180上下ooo單相整距集中繞組的脈振磁勢(shì)ooe0oiAXF=N37整距線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間分布波形是一個(gè)矩形波,其周期是兩個(gè)極距,其幅值等于磁回路所包圍全電流的一半（iNy/2）。上下整距線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間分布波形是一個(gè)矩形波,其周期是兩38轉(zhuǎn)子定子2.用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì)

3次諧波5次諧波上下轉(zhuǎn)子定子2.用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì)3次諧波5次諧波39結(jié)論:1.基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為4/πfk，是矩形波磁動(dòng)勢(shì)的4/π倍；諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值為基波幅值的1/ν倍；2.基波磁動(dòng)勢(shì)波長(zhǎng)與原矩形波長(zhǎng)一樣，磁極對(duì)數(shù)亦相同；諧波的波長(zhǎng)為基波的1/ν，極對(duì)數(shù)為基波的ν倍。上下結(jié)論:上下40磁動(dòng)勢(shì)的空間諧波

3.單相繞組基波脈振磁動(dòng)勢(shì)設(shè)AX中通入交流電為：則每極磁勢(shì)表達(dá)式為：上下磁動(dòng)勢(shì)的空間諧波上下413.諧波分析對(duì)周期性變化的矩形波分布的磁勢(shì)，用傅氏級(jí)數(shù)進(jìn)行諧波分析，可分解成為：

式中v=1，3，5…為諧波系數(shù)，系數(shù)Cv為

上下3.諧波分析對(duì)周期性變化的矩形波分布的磁勢(shì)，42基波磁勢(shì)為：為基波磁勢(shì)最大幅值。三次諧波磁勢(shì)為：三次諧波磁勢(shì)最大幅值。上下基波磁勢(shì)為：為基波磁勢(shì)最大幅值。三次諧波磁勢(shì)為：三次諧波磁勢(shì)43五次諧波和高次諧波五次諧波磁勢(shì)為：

五次諧波磁勢(shì)最大幅值。還有七次、九次、十一次等高次諧波磁勢(shì)。上下五次諧波和高次諧波五次諧波磁勢(shì)為：上下44fyfy1fy3oxfy5/3/5矩形磁勢(shì)曲線分解為一系列諧波it0AX上下fyfy1fy3oxfy5/3/5矩形磁勢(shì)曲線分解為45

諧波次數(shù)越高，其幅值就越小。為了改善波形，除基波以外，考慮消除三、五、七次諧波，由于三次諧波及三的倍數(shù)次諧波在繞組連接成三相對(duì)稱繞組時(shí)就已相互抵消(參看邱關(guān)源電路P330,13-5)，而五、七次諧波可通過(guò)短距和分布繞組來(lái)基本消除。因此當(dāng)連成三相繞組后，只考慮基波磁勢(shì)就可以了。

分析：上下諧波次數(shù)越高，其幅值就越小。分析：上下46脈振磁動(dòng)勢(shì)的分解推導(dǎo)：

根據(jù)三角函數(shù)的和差與積的關(guān)系：上下脈振磁動(dòng)勢(shì)的分解推導(dǎo)：根據(jù)三角函數(shù)的和差與積的關(guān)系47結(jié)論：

一個(gè)脈振磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，它們的幅值是原脈振磁勢(shì)最大幅值的一半。上下結(jié)論：一個(gè)脈振磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等，轉(zhuǎn)48x0單相脈振基波磁勢(shì)的時(shí)空關(guān)系圖Fym1x0Fym1/2x0-Fym1x0f’’a1f’a1fa1f’’a1f’a1fa1=Fm1f’’a1f’a1f’’a1f’a1fa1vv正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)上下脈振磁勢(shì)動(dòng)畫(huà)x0單相脈振基波磁勢(shì)的時(shí)空關(guān)系圖Fym1x0Fym1/249結(jié)論：1、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)是一種在空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)；幅值位置始終在繞組的軸線處。FΦA(chǔ)XXAFA1+-2、F1可分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)波，幅值為F1一半。上下it0AX3、基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值最大，諧波次數(shù)愈高，幅值愈小。結(jié)論：1、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)是一種在空間位置固502、線圈組（極相組）磁動(dòng)勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)而成。設(shè)q=3，三個(gè)線圈基波磁動(dòng)勢(shì)分別為：R線圈組磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電勢(shì)的相量和。A1X1相量合成時(shí)有一個(gè)外接圓。上下2、線圈組（極相組）磁動(dòng)勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串51R同在一個(gè)槽中總磁動(dòng)勢(shì)上下R同在一個(gè)槽中總磁動(dòng)勢(shì)上下52二、三相繞組的基波磁勢(shì)ZCBYXAiA=Imcost,iB=Imcos(t-120o),iC=Imcos(t-240o)三個(gè)脈振磁勢(shì)FA、FB、FC相在空間合成。FAFBFC上下t0120240iiAiBiC二、三相繞組的基波磁勢(shì)ZCBYXAiA=Imcost,531)t=0時(shí)，iA=Imcost=Im,FA=FmiB=Imcos(t-120o)=-1/2Im,FB=-1/2FmiC=Imcos(t-240o)=-1/2Im,FC=-1/2FmZCBYXA+FC+FBZCBYXA+FAt0120240iiAiBiC下上1)t=0時(shí)，ZCBYXA+FC+FBZCBYXA+FAt542)t=120o時(shí)，iA=Imcost=-1/2Im,FA=-1/2FmiB=Imcos(t-120o)=Im,FB=FmiC=Imcos(t-240o)=-1/2Im,FC=-1/2Fm+FC+FBZCBYXAZCBYXA+FAt0120240iiAiBiC下上2)t=120o時(shí)，+FC+FBZCBYXAZCBYXA+553)t=240o時(shí)，iA=Imcost=-1/2Im,FA=-1/2FmiB=Imcos(t-120o)=-1/2Im,FB=-1/2FmiC=Imcos(t-240o)=Im,FC=FmXCAY+FC+FBZBZCBYXA+FA4）t=360o時(shí)，回到t=0o時(shí)狀態(tài)。t0120240iiAiBiC下上3)t=240o時(shí)，XCAY+FC+FBZBZCBYXA+56三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)其中：這是一個(gè)振幅為單相基波磁勢(shì)振幅的3/2倍，在空間按正弦規(guī)律分布且隨時(shí)間向+x方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波。三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)其中：這是一個(gè)振幅為單相基波磁勢(shì)振幅的3/57結(jié)論：1、三相對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，在空間產(chǎn)生基波磁勢(shì)合成F1是旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，振幅為單相脈振磁勢(shì)的3/2倍。2、F1的旋轉(zhuǎn)方向與通電相序一致：順序轉(zhuǎn)向?yàn)椋篈BC3、F1的轉(zhuǎn)速：電流頻率極對(duì)數(shù)上下4、三相電流哪相電流最大時(shí)，合成基波磁勢(shì)的振幅也恰好位于該相繞組的軸線處。結(jié)論：1、三相對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，在空間產(chǎn)生基波磁勢(shì)合58三、產(chǎn)生圓形磁勢(shì)的條件端點(diǎn)軌跡為圓的空間磁勢(shì)。產(chǎn)生圓形磁勢(shì)的條件：

1、對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁勢(shì)；旋轉(zhuǎn)方向與通電相序一致。

常見(jiàn)：三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流（互差120）；或兩相對(duì)稱繞組通入兩相對(duì)稱電流（互差90），產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁勢(shì)。上下三、產(chǎn)生圓形磁勢(shì)的條件端點(diǎn)軌跡為圓的空間磁勢(shì)。產(chǎn)生圓形磁勢(shì)592、對(duì)稱繞組通入有相位差的非對(duì)稱交流電流；或非對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，產(chǎn)生橢圓旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。3、繞組通入無(wú)相位差的交流電流產(chǎn)生脈振磁勢(shì)。ABCiAiBiC脈振磁勢(shì)ABCiAiBiC圓形磁勢(shì)上下2、對(duì)稱繞組通入有相位差的非對(duì)稱交流電流；或60AB電容iAiB~u

旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，若電流差90o為圓形磁勢(shì)。上下AB電容iAiB~u旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，若電流差90o61

交流電機(jī)基礎(chǔ)第六章交流電機(jī)基礎(chǔ)第六章62交流電機(jī)的共同理論繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)交流電機(jī)繞組構(gòu)成原則三相單層繞組*三相雙層繞組交流電機(jī)繞組磁勢(shì)交流電機(jī)繞組電勢(shì)交流電機(jī)的共同理論交流電機(jī)繞組構(gòu)成原則三63交流電機(jī)的共同理論繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)本章要求：掌握交流電機(jī)三相繞組構(gòu)成原則。能夠繪制三相單層同心式分布繞組展開(kāi)圖。

掌握基波磁場(chǎng)下集中、分布繞組線圈組電勢(shì)計(jì)算。熟悉基波磁場(chǎng)下雙層、短距分布繞組相電勢(shì)計(jì)算。交流電機(jī)的共同理論繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)本章要求：掌握交流電64掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)及其主要結(jié)論。熟練掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)基波可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。掌握三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的條件、性質(zhì)及其主要結(jié)論。熟練掌握三相對(duì)稱繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)基波的大小、轉(zhuǎn)向、速度。掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)及其主要結(jié)論。65交流電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)異步發(fā)電機(jī)(性能較差）異步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)異步電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉，但它是感性負(fù)載，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞，調(diào)速性能差。交流電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)異66

兩種型式的交流電機(jī)在涉及的理論、基本結(jié)構(gòu)原理方面具有下面三個(gè)共同部分：

◆交流繞組的基本結(jié)構(gòu)◆交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)◆交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)

兩種型式的交流電機(jī)在涉及的理論、◆交流繞67一、同步發(fā)電機(jī)工作原理定子繞組如圖排列；轉(zhuǎn)子磁極在外力作用下旋轉(zhuǎn)，定子繞組切割氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生電勢(shì)。上下第一節(jié)交流電機(jī)ZCBYXANSn一、同步發(fā)電機(jī)工作原理定子繞組如圖排列；轉(zhuǎn)68電勢(shì)頻率fN=50Hzn轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，p極對(duì)數(shù)p=1,n=3000rpm;p=2,n=1500rpm;p=3,n=1000rpm;AnN1S1N2S2上下或電勢(shì)頻率fN=50Hzn轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，p極對(duì)數(shù)p=1,n69同步發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)上下同步發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)上下70二、異步電動(dòng)機(jī)的工作原理n有功i2SNn1e2femT原理視頻二、異步電動(dòng)機(jī)的工作原理n有功i2SNn1e2femT原理視71

第二節(jié)三相交流電機(jī)的定子繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)）是一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，是依靠定子繞組中通以交流電流來(lái)建立的。因此，定子上的三相繞組必須保證當(dāng)它通以三相交流電流后，其所建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一定的極數(shù)、一定的大小，并且在空間的分布波形接近正弦波形，而且由該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在繞組本身中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也是對(duì)稱的。這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)來(lái)建立，那么對(duì)磁場(chǎng)的要求，也就是對(duì)磁動(dòng)勢(shì)的要求。第二節(jié)三相交流電機(jī)的定子繞組72

交流電機(jī)包含異步機(jī)和同步機(jī)。其定子結(jié)構(gòu)相同，都由定子鐵芯和定子繞組組成；它們的繞組、電勢(shì)、磁勢(shì)都相同。一、交流繞組構(gòu)成原則1、每相繞組產(chǎn)生的相電勢(shì)應(yīng)為正弦，且數(shù)值盡可能大。2、各相繞組的電勢(shì)、電阻和電抗在數(shù)值上盡可能相等，感應(yīng)電勢(shì)在相位上也要對(duì)稱，即在時(shí)間上互差120o電角度。上下3、端接線盡可能短，節(jié)約銅線，減小損耗。4、元件制造方便，嵌線工藝方便，便于保證質(zhì)量和節(jié)約制造工時(shí)。交流電機(jī)包含異步機(jī)和同步機(jī)。其定子結(jié)構(gòu)相同，都73二、繞組基本知識(shí)極距是指每一磁極所占定子內(nèi)圓周的距離，即有

節(jié)距y是指線圈兩有效邊之間的距離。單層繞組是整距繞組，即有y=τ每極每相槽數(shù)q是指一個(gè)磁極下一相繞組所占有的槽數(shù)，即有：二、繞組基本知識(shí)74相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下連續(xù)所占的范圍。機(jī)械角：電機(jī)圓周空間角度為360°或?yàn)?π弧度，稱這種角度為機(jī)械角。對(duì)于一對(duì)磁極由N→S→N變化一周相當(dāng)于360°電角度或?yàn)?π電弧度。當(dāng)電機(jī)有p對(duì)磁極時(shí)，電角度=p×機(jī)械角。分析：每一磁極占180°電角度，三相繞組的每相繞組在一個(gè)極下只占三分之一，即60°相帶。相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下連續(xù)所占的范圍。75P=2時(shí)，繞組的排列A1每對(duì)磁極下，都應(yīng)有一個(gè)ABC三相繞組，其排列順序在一對(duì)磁極下應(yīng)對(duì)稱。B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2結(jié)論：

三相繞組排列順序?yàn)椋好繉?duì)磁極下，六個(gè)繞組邊在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序?yàn)椋篈、Z、B、X、C、Y；且互差60o電角度。上下電角度=機(jī)械角度pP=2時(shí)，繞組的排列A1每對(duì)磁極下，都應(yīng)有一76A1X1

每相繞組不可能放在一個(gè)槽中，應(yīng)均勻放在相鄰的幾個(gè)槽中，串聯(lián)在一起。每極每相槽數(shù)q=總槽數(shù)Z2pmP：極對(duì)數(shù)；m：相數(shù)。上下A1X1每相繞組不可能放在一個(gè)槽中，應(yīng)均勻放77線圈節(jié)距Y1:一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間的距離。上下線圈節(jié)距Y1:一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間的距離78繞組編繞方法有：同心式和疊繞AX同心式AX疊繞上下單匝繞組編繞方法有：同心式和疊繞AX同心式AX疊繞上下單匝79二、三相單層交流繞組一交流機(jī)：Z=24，P=2，m=3，畫(huà)出單層同心式繞組展開(kāi)圖。1、畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)出槽號(hào)A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y21234567891011121314151617181920212223242、標(biāo)出AZBXCY的位置上下二、三相單層交流繞組80

每相繞組由兩個(gè)線圈組組成。如:A1X1，A2X2；組成A相。其中A1X1，A2X2感應(yīng)的電勢(shì)相同。

每個(gè)線圈組由兩個(gè)線圈組成，1，2；7，8；組成A1X1線圈組。上下3、畫(huà)出繞組展開(kāi)圖13，14；19，20；組成A2X2線圈組。A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2123456789101112131415161718192021222324每相繞組由兩個(gè)線圈組組成。如:A1X1，A81A1B1Z1X1C1Y1A2Z21234567891011121314151617181920212223241234567891011121314151617181920A1X1A2X2AX繞組展開(kāi)圖上下A1B1Z1X1C1Y1A2Z21234567891011182

當(dāng)定子每相繞組AX、BY、CZ匝數(shù)相同，六個(gè)繞組端在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序?yàn)椋篈、Z、B、X、C、Y；且互差60o電角度時(shí)，三相電勢(shì)為對(duì)稱電勢(shì)。電角度=機(jī)械角度p上下當(dāng)定子每相繞組AX、BY、CZ匝數(shù)相同，六個(gè)83第三節(jié)交流定子繞組的電動(dòng)勢(shì)氣隙磁場(chǎng)分布增加BA氣隙磁場(chǎng)可分解為正弦波上下第三節(jié)交流定子繞組的電動(dòng)勢(shì)氣隙磁場(chǎng)分布84一、導(dǎo)體電勢(shì)bA導(dǎo)體A中電勢(shì)為：L：導(dǎo)體A的有效長(zhǎng)度；v：導(dǎo)體A相對(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度。B是旋轉(zhuǎn)的，旋轉(zhuǎn)的角頻率為，則導(dǎo)體A相對(duì)磁密的空間電角度=t。上下一、導(dǎo)體電勢(shì)bA導(dǎo)體A中電勢(shì)為：L：導(dǎo)體A的有效長(zhǎng)度；851、導(dǎo)體中基波電勢(shì)導(dǎo)體中基波幅值bAB1BP將正弦基波磁場(chǎng)等效為矩形波：每極基波磁通平均值：導(dǎo)體中基波有效值上下1、導(dǎo)體中基波電勢(shì)導(dǎo)體中基波幅值bAB1BP將862、導(dǎo)體中諧波電勢(shì)上下3、導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)與磁通的相量關(guān)系+A+j2、導(dǎo)體中諧波電勢(shì)上下3、導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)與磁通的相量關(guān)系+A+87二、線圈電勢(shì)和短距系數(shù)1、整距匝電勢(shì)該匝基波電勢(shì)：一匝線圈由兩個(gè)導(dǎo)體邊，相距。設(shè)電勢(shì)出為正，兩個(gè)基波電勢(shì)的大小相等，相位差180o。該匝諧波電勢(shì)：上下二、線圈電勢(shì)和短距系數(shù)1、整距匝電勢(shì)該匝基波電勢(shì)：一匝線圈由882、整距線圈電勢(shì)AXNy設(shè)線圈由Ny匝組成，則線圈電勢(shì)為一匝電勢(shì)的Ny倍?；妱?shì)：諧波電勢(shì)：上下2、整距線圈電勢(shì)AXNy設(shè)線圈由Ny匝組成，893、短距匝電勢(shì)線圈的兩個(gè)導(dǎo)體邊相距y1<。設(shè)短距比=y1/則兩個(gè)基波電勢(shì)大小相等，相位差180o。+j該匝基波電勢(shì)：Ky1=sin/2:基波短距系數(shù)短距Ny匝線圈基波電勢(shì)：諧波電勢(shì)：nXASN上下3、短距匝電勢(shì)線圈的兩個(gè)導(dǎo)體邊相距y1<。設(shè)短距比=90諧波短距系數(shù)：結(jié)論：為了消除第次諧波電勢(shì)，使線圈節(jié)距縮短次諧波的一個(gè)極距，即y1=(1-1/)。如：要消除第3次諧波電勢(shì)，則y1=(1-1/3)=(2/3)上下諧波短距系數(shù)：結(jié)論：為了消除第次諧波電勢(shì)，使線圈節(jié)距縮短91三、線圈組（極相組）電勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)而成。設(shè)q=3，三個(gè)線圈基波電勢(shì)分別為：R線圈組電勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電勢(shì)的相量和。A1X1相量合成時(shí)有一個(gè)外接圓。上下三、線圈組（極相組）電勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)92R同在一個(gè)槽中總電勢(shì)上下R同在一個(gè)槽中總電勢(shì)上下93基波繞組系數(shù)上下四、消弱諧波電勢(shì)不良影響的方法（1）使氣隙磁場(chǎng)沿電樞表面的分布盡量接近正弦波。（2）利用三相對(duì)稱繞組的連接來(lái)消除線電動(dòng)勢(shì)中的三次及其倍數(shù)次奇次諧波。（3）采用短距繞組來(lái)消弱高次諧波電動(dòng)勢(shì)。基波繞組系數(shù)上下四、消弱諧波電勢(shì)不良影響的方法（1）使氣隙磁94每相繞組根據(jù)極相組串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系，可計(jì)算出總等效匝數(shù)為N，則相電勢(shì)為：?jiǎn)螌永@組：極對(duì)數(shù)并聯(lián)支路數(shù)雙層繞組：上下每相繞組根據(jù)極相組串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系，可計(jì)算出總95第四節(jié)脈振磁動(dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)由磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，磁場(chǎng)大小、性質(zhì)由F決定。當(dāng)交流繞組中有電流通過(guò)時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，在空間，形成磁場(chǎng)。上下異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)三相對(duì)稱繞組流過(guò)三相對(duì)稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。第四節(jié)脈振磁動(dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)由磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，磁場(chǎng)大96旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)決定，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由單相繞組磁動(dòng)勢(shì)合成的。因此，分析旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)之前，需先分析單相繞組流過(guò)交流電流時(shí)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)。一、單相繞組的脈振磁動(dòng)勢(shì)集中繞組AX通入電流i當(dāng)時(shí)間t確定，F(xiàn)=Ni，在空間應(yīng)為方波。it0AXfyF=Ni上下1.整距集中繞組的磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)決定，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)實(shí)際97ooo單相整距集中繞組的脈振磁勢(shì)ooe0oiAXF=Nit06090120180上下ooo單相整距集中繞組的脈振磁勢(shì)ooe0oiAXF=N98整距線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間分布波形是一個(gè)矩形波,其周期是兩個(gè)極距,其幅值等于磁回路所包圍全電流的一半（iNy/2）。上下整距線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間分布波形是一個(gè)矩形波,其周期是兩99轉(zhuǎn)子定子2.用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì)

3次諧波5次諧波上下轉(zhuǎn)子定子2.用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì)3次諧波5次諧波100結(jié)論:1.基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為4/πfk，是矩形波磁動(dòng)勢(shì)的4/π倍；諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值為基波幅值的1/ν倍；2.基波磁動(dòng)勢(shì)波長(zhǎng)與原矩形波長(zhǎng)一樣，磁極對(duì)數(shù)亦相同；諧波的波長(zhǎng)為基波的1/ν，極對(duì)數(shù)為基波的ν倍。上下結(jié)論:上下101磁動(dòng)勢(shì)的空間諧波

3.單相繞組基波脈振磁動(dòng)勢(shì)設(shè)AX中通入交流電為：則每極磁勢(shì)表達(dá)式為：上下磁動(dòng)勢(shì)的空間諧波上下1023.諧波分析對(duì)周期性變化的矩形波分布的磁勢(shì)，用傅氏級(jí)數(shù)進(jìn)行諧波分析，可分解成為：

式中v=1，3，5…為諧波系數(shù)，系數(shù)Cv為

上下3.諧波分析對(duì)周期性變化的矩形波分布的磁勢(shì)，103基波磁勢(shì)為：為基波磁勢(shì)最大幅值。三次諧波磁勢(shì)為：三次諧波磁勢(shì)最大幅值。上下基波磁勢(shì)為：為基波磁勢(shì)最大幅值。三次諧波磁勢(shì)為：三次諧波磁勢(shì)104五次諧波和高次諧波五次諧波磁勢(shì)為：

五次諧波磁勢(shì)最大幅值。還有七次、九次、十一次等高次諧波磁勢(shì)。上下五次諧波和高次諧波五次諧波磁勢(shì)為：上下105fyfy1fy3oxfy5/3/5矩形磁勢(shì)曲線分解為一系列諧波it0AX上下fyfy1fy3oxfy5/3/5矩形磁勢(shì)曲線分解為106

諧波次數(shù)越高，其幅值就越小。為了改善波形，除基波以外，考慮消除三、五、七次諧波，由于三次諧波及三的倍數(shù)次諧波在繞組連接成三相對(duì)稱繞組時(shí)就已相互抵消(參看邱關(guān)源電路P330,13-5)，而五、七次諧波可通過(guò)短距和分布繞組來(lái)基本消除。因此當(dāng)連成三相繞組后，只考慮基波磁勢(shì)就可以了。

分析：上下諧波次數(shù)越高，其幅值就越小。分析：上下107脈振磁動(dòng)勢(shì)的分解推導(dǎo)：

根據(jù)三角函數(shù)的和差與積的關(guān)系：上下脈振磁動(dòng)勢(shì)的分解推導(dǎo)：根據(jù)三角函數(shù)的和差與積的關(guān)系108結(jié)論：

一個(gè)脈振磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，它們的幅值是原脈振磁勢(shì)最大幅值的一半。上下結(jié)論：一個(gè)脈振磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等，轉(zhuǎn)109x0單相脈振基波磁勢(shì)的時(shí)空關(guān)系圖Fym1x0Fym1/2x0-Fym1x0f’’a1f’a1fa1f’’a1f’a1fa1=Fm1f’’a1f’a1f’’a1f’a1fa1vv正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)上下脈振磁勢(shì)動(dòng)畫(huà)x0單相脈振基波磁勢(shì)的時(shí)空關(guān)系圖Fym1x0Fym1/2110結(jié)論：1、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)是一種在空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)；幅值位置始終在繞組的軸線處。FΦA(chǔ)XXAFA1+-2、F1可分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)波，幅值為F1一半。上下it0AX3、基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值最大，諧波次數(shù)愈高，幅值愈小。結(jié)論：1、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)是一種在空間位置固1112、線圈組（極相組）磁動(dòng)勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)而成。設(shè)q=3，三個(gè)線圈基波磁動(dòng)勢(shì)分別為：R線圈組磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電勢(shì)的相量和。A1X1相量合成時(shí)有一個(gè)外接圓。上下2、線圈組（極相組）磁動(dòng)勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串112R同在一個(gè)