第3章交流繞組

3.1.1.1同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理

X1

定子

N勵(lì)磁繞組

A1S轉(zhuǎn)子SA2NX1

定子繞組

3交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的共同問題

旋轉(zhuǎn)磁勢的同步轉(zhuǎn)速n1=

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

旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變電源相序，即任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。U1W1V1U2U1V1W2V2W1U2U1V1W2W1V2旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)PoUi0°60°120°180°P=2時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場在電流變化一周時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)180°,同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1與定子電流頻率f1、磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)。同步轉(zhuǎn)速和極對(duì)數(shù)的關(guān)系（f1=50Hz)p1234n1(r/min)3000150010007503.1.1.3異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

當(dāng)定子通入對(duì)稱三相交流電時(shí)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n1的旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子短路繞組,感生電勢與電流(右手定則判斷方向)，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電磁力(左手定則判斷方向)，電磁力形成轉(zhuǎn)矩順著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出機(jī)械能，但其轉(zhuǎn)速n小于n1。nf對(duì)交流繞組的基本要求

⑴在一定導(dǎo)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(duì)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(jī)械強(qiáng)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(shí)是其電勢相加。⑶為節(jié)約導(dǎo)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(duì)稱，且連接應(yīng)規(guī)律相同。電樞繞組：進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)化的交流電機(jī)繞組。3.1.2交流電機(jī)繞組的基本概念交流繞組的基本術(shù)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?zhǔn)絨

整數(shù)槽繞組

三相交叉式分?jǐn)?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(dǎo)體下磁極向右運(yùn)動(dòng)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(duì)多極、支路導(dǎo)線截面較大的交流電機(jī)，為節(jié)約極間連線用銅，常采用波繞組。其特點(diǎn)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(gòu)成一相繞組。多用于大、中型水輪發(fā)電機(jī)定子繞組和繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中。

波繞組A相各線圈連接次序

雙層繞組的特點(diǎn)：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(dòng)勢等于每條支路的電動(dòng)勢。優(yōu)點(diǎn)可以選擇最有利的節(jié)距，使電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀和尺寸相同，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化端部排列整齊機(jī)械強(qiáng)度高可組成較多的并聯(lián)支路缺點(diǎn)嵌線困難用銅量大三相單層鏈?zhǔn)嚼@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?zhǔn)嚼@組的每個(gè)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(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)不適宜于大中型電機(jī)元件少，結(jié)構(gòu)簡單，嵌線方便，槽內(nèi)無層間絕緣廣泛應(yīng)用于10kW以下的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組單層繞組為整距繞組缺點(diǎn)電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢波形較差鐵損和噪聲較大起動(dòng)性能較差三相單層繞組的優(yōu)缺點(diǎn)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(zhuǎn)電機(jī)的感應(yīng)電勢U1U2

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

.

.Ey1E"c

γ

.E'c1短距繞組的感應(yīng)電勢

⑴-6⑵-713U1V2241141222315113

α1W2

α1/2

2210416W195211786V12071819U2

123

y1=τα

分布繞組的感應(yīng)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(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)（雙層迭繞組），Q1=48，p=2，N=200，y1=11，a=1，f=50Hz，額定運(yùn)行時(shí)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(jī)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(zhuǎn)子的磁場為正向；相反為負(fù)。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(shí)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