第3章交流繞組

3.1.1.1同步發(fā)電機的基本工作原理

X1

定子

N勵磁繞組

A1S轉子SA2NX1

定子繞組

3交流旋轉電機的共同問題

旋轉磁勢的同步轉速n1=

60f1/1(r/min)iUωt0°iViW120°240°360°3.1.1.2交流繞組產(chǎn)生的旋轉磁場iUiWiV0°120°240°360°ωt

旋轉磁場的旋轉方向改變電源相序，即任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。U1W1V1U2U1V1W2V2W1U2U1V1W2W1V2旋轉磁場的極對數(shù)PoUi0°60°120°180°P=2時旋轉磁場在電流變化一周時，旋轉磁場在空間旋轉180°,同步轉速n1=60f1/2(r/min)

。U1U2V1V2W1W2NSNS(a)'1V'2V'2U'1U'1W'2WW1W2V2U2V1U1(b)NSSN'2W'1W'2U'1V'1U'2VU2U1W1V1W2V2(d)NNSS'1U'1V'2U'1W'2V'2WV1V2W1U2W2U1(c)NNSS'1U'1V'2U'1W'2V'2W0°60°120°180°旋轉磁場的同步轉速n1與定子電流頻率f1、磁極對數(shù)p有關。同步轉速和極對數(shù)的關系（f1=50Hz)p1234n1(r/min)3000150010007503.1.1.3異步電動機的基本工作原理

當定子通入對稱三相交流電時，產(chǎn)生轉速為n1的旋轉磁場切割轉子短路繞組,感生電勢與電流(右手定則判斷方向)，轉子繞組產(chǎn)生電磁力(左手定則判斷方向)，電磁力形成轉矩順著旋轉磁場轉動，輸出機械能，但其轉速n小于n1。nf對交流繞組的基本要求

⑴在一定導體數(shù)下，獲得較大的基波電勢和基波磁勢；⑶電勢和磁勢波形力求接近正弦波，盡量減少諧波。⑵三相電勢和磁勢要對稱，即大小相等，相位互差120°，三相阻抗要相等。⑷用銅量少，絕緣性能和機械強度可靠，散熱條件好，工藝簡單，檢修方便。獲得最大電勢的途徑

⑴y1≈τ，元件或元件組串聯(lián)時是其電勢相加。⑶為節(jié)約導線、端接整齊、便于固定，連接次序要規(guī)律。⑵并聯(lián)各支路電勢相等，并聯(lián)支路中無空載環(huán)流。⑷各相對稱，且連接應規(guī)律相同。電樞繞組：進行機電能量轉化的交流電機繞組。3.1.2交流電機繞組的基本概念交流繞組的基本術語相帶每極每相槽數(shù)極距電角度槽距角槽電勢星形圖124375689101112131415161718192021222324U1U2V1V2W1W2161913823457181216151491024172322212011

NSS

N

n1繞制三相雙層短距迭繞組，已知Q1=24，2p=4，m=3，wc=1，y1=5τ/6，a=1，繪其展開圖。槽電勢星形圖

U1

13V2241141222315113W22210416W195211786V120718U219n1分類：

同心式

單層鏈式q

整數(shù)槽繞組

三相交叉式分數(shù)槽繞組

繞組雙層迭繞組

波繞組3.1.4三相雙層繞組NSNSn1127813141920

123456789101112131415161718192021222324

U1U2

注：導體下磁極向右運動三相雙層繞組展開圖（a=2）

13U1V2241141222315113W2

2210416W195211786V12071819U2元件電勢的疊加α-7⑵-6⑴α/2

⑸⑹-⑾-⑿⒄⒅-(23)-(24)

⑼EV⑽-⑶-⑷

(21)(22)-⒂

EW

-⒃相電勢疊加

⑴

⑵

-⑺

-⑻

⒀

⒁

-⒆

-⒇

雙層波繞組三相雙層波繞組展開圖對多極、支路導線截面較大的交流電機，為節(jié)約極間連線用銅，常采用波繞組。其特點是把所有同一極性下(如N1、N2…)屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯(lián)組成一組；再把所有另一極性下(如S1、S2…)屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯(lián)組成另一組，最后把這兩大組線圈根據(jù)需要接成串聯(lián)或并聯(lián)，構成一相繞組。多用于大、中型水輪發(fā)電機定子繞組和繞線轉子異步電機的轉子繞組中。

波繞組A相各線圈連接次序

雙層繞組的特點：1）線圈數(shù)等于槽數(shù)；2）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)；3）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。優(yōu)點可以選擇最有利的節(jié)距，使電動勢和磁動勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀和尺寸相同，便于實現(xiàn)機械化端部排列整齊機械強度高可組成較多的并聯(lián)支路缺點嵌線困難用銅量大三相單層鏈式繞組，已知Q1=24，2p=4，m=3，wc=1，y1=τ=6，q=2，α=30°繪其展開圖。U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2ττττ23456789101112131415161718192021222324U1U2

鏈式繞組的每個線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動機。3.1.3三相單層繞組

單層交叉式繞組由兩大一小線圈交叉布置。線圈端部連線較短，有利于節(jié)省材料，并且省銅。廣泛用于q>1的且為奇數(shù)的小型三相異步電動機。單層同心式繞組端部連線較長，適用于q=4、6、8等偶數(shù)的2極小型三相異步電動機。優(yōu)點不適宜于大中型電機元件少，結構簡單，嵌線方便，槽內(nèi)無層間絕緣廣泛應用于10kW以下的異步電動機定子繞組單層繞組為整距繞組缺點電動勢和磁動勢波形較差鐵損和噪聲較大起動性能較差三相單層繞組的優(yōu)缺點三相定子繞組建立的磁場氣隙長度漏磁場主磁場3.2交流旋轉電機的感應電勢U1U2

f集中整距線圈的感應電勢3.2.1一個線圈的感應電勢y1=τ..E'c1↑E"c↓NSy1<τ

.

.Ey1E"c

γ

.E'c1短距繞組的感應電勢

⑴-6⑵-713U1V2241141222315113

α1W2

α1/2

2210416W195211786V12071819U2

123

y1=τα

分布繞組的感應電勢

Ey1∠0o

α

αEy1∠-αqα

Eq1

α

Ey1∠-2α

-⒇EU-⒆⒁⒀-⑻-⑺⑵⑸⑹-⑾-⑿⒄⒅-(23)-(24)⑴⑼EV⑽-⑶-⑷

(21)(22)-⒂

EW

-⒃相電勢疊加例:一臺三相異步電動機（雙層迭繞組），Q1=48，p=2，N=200，y1=11，a=1，f=50Hz，額定運行時每相電勢為238V，求每極磁通量。3.3三相交流繞組的磁勢

3.3.1交流電機定子單相整距繞組的脈振磁勢

U1U2

f

fNyi/2-τ/2τ/23τ/2規(guī)定：定子指向轉子的磁場為正向；相反為負。氣隙均勻，忽略鐵心磁壓降矩形波t1t2t3t4t50ti脈振磁勢：矩形波的幅值和方向隨時間按正弦電流變化，但其軸線在空間保持固定。t=t1αt=t2αt=t3αt=t4αt=t5α矩形波(t=t1)幅值x矩形波磁勢的諧波分析AXAXFymFy1Fy3Fy518003600/33.3.1.2整距分布線圈組產(chǎn)生的磁勢

123

y1=τ

α2τfFq1

Fy1

-π0π基波組磁勢圖

f

4Nyi/2πNyi/2x-τ/2τ/23τ/2

Fy1∠0o

α

αFy1∠-αqα

Fq1