第四章 電動(dòng)勢(shì)

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是交流電機(jī)工作的基礎(chǔ)。在交流電機(jī)理論中有兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：

(1)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

通過(guò)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；(2)電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

三相對(duì)稱的交流繞組通入三相對(duì)稱的交流電流時(shí)會(huì)在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；

交流繞組處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，并切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)?！?－3交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電氣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)交流繞組的構(gòu)成：導(dǎo)體--線圈--線圈組--一相繞組--三相繞組。一、相繞組中的基本電動(dòng)勢(shì)

感應(yīng)電勢(shì)隨時(shí)間變化的波形和磁感應(yīng)強(qiáng)度在空間的分布波形相一致。

只考慮磁場(chǎng)基波時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)為正弦波。1、導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)的波形

磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)變化一個(gè)周期；磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)過(guò)p（電機(jī)的極對(duì)數(shù)）對(duì)磁極；轉(zhuǎn)速為n（r/min)的電機(jī)，每秒鐘轉(zhuǎn)過(guò)(pn/60)對(duì)極；導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)的頻率f=(pn/60)Hz.

問(wèn)題：四極電機(jī)，要使得導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)為50Hz,轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？

感應(yīng)電勢(shì)的頻率感應(yīng)電勢(shì)的大小導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)導(dǎo)體與磁場(chǎng)的相對(duì)速度：

磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值和平均值之間的關(guān)系：感應(yīng)電勢(shì)最大值：感應(yīng)電勢(shì)的有效值：繞組中均勻分布著許多導(dǎo)體，這些導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)有效值，頻率，波形均相同；但是他們的相位不相同。導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)小結(jié)：整距線圈中的感應(yīng)電勢(shì)

2、線圈中的感應(yīng)電勢(shì)線圈的兩個(gè)有效邊處于磁場(chǎng)中相反的位置，其感應(yīng)電勢(shì)相差180電角度。整距線圈的感應(yīng)電勢(shì)：考慮到線圈的匝數(shù)后：線圈的兩個(gè)有效邊在磁場(chǎng)中相距為y1,其感應(yīng)電勢(shì)相位差是180-β電角度。短距線圈中的感應(yīng)電勢(shì)短距角：短距線圈的感應(yīng)電勢(shì)：短距系數(shù)：短距系數(shù)小于1，故短距線圈感應(yīng)電勢(shì)有所損失；但短距可以削弱高次諧波.每對(duì)極下屬于同一相的q個(gè)線圈，構(gòu)成一個(gè)線圈組。圖中q=3

每個(gè)線圈的感應(yīng)電勢(shì)由兩個(gè)線圈邊的感應(yīng)電勢(shì)矢量相加而成。整個(gè)線圈組的感應(yīng)電勢(shì)由所有屬于該組的導(dǎo)體電勢(shì)矢量相加。線圈組的感應(yīng)電勢(shì)矢量式分布系數(shù)：線圈組的電勢(shì)：線圈組的感應(yīng)電勢(shì)3、一相繞組的電勢(shì)單層繞組的相電勢(shì)單層繞組每對(duì)極每相q個(gè)線圈，組成一個(gè)線圈組，共p個(gè)線圈組。若p個(gè)線圈組全部并聯(lián)則相電勢(shì)=線圈組的電勢(shì)若p個(gè)線圈組全部串聯(lián)則相電勢(shì)=p倍線圈組電勢(shì)實(shí)際線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù)

相電勢(shì)：雙層繞組每對(duì)極每相有2q個(gè)線圈，構(gòu)成兩個(gè)線圈組，共2p個(gè)線圈組；

這2p個(gè)線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù)雙層繞組的電勢(shì)雙層繞組要考慮到短距系數(shù)：為繞組系數(shù)：三相繞組由在空間錯(cuò)開(kāi)120電角度對(duì)稱分布的三個(gè)單相繞組構(gòu)成，三相相電勢(shì)在時(shí)間上相差120度電角度。三相線電勢(shì)與相電勢(shì)的關(guān)系：

三角形接法，線電勢(shì)=相電勢(shì)；

星形接法，三相繞組的電勢(shì)正弦分布的以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在三相對(duì)成交流繞組中會(huì)感應(yīng)出三相對(duì)稱交流電勢(shì)；感應(yīng)電勢(shì)的波形同磁場(chǎng)波形，為正弦波；

感應(yīng)電勢(shì)的頻率為f=(pn/60)Hz；相電勢(shì)的大小為

繞組系數(shù)三相繞組電勢(shì)總結(jié)二、相繞組中的高次諧波電動(dòng)勢(shì)由于種種原因（定轉(zhuǎn)子鐵芯開(kāi)槽、主極的外形、鐵心的飽和、氣隙磁場(chǎng)的非正弦分布），主極磁場(chǎng)在氣隙中不一定是正弦分布，此時(shí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中，除基波外還有一系列高次諧波電動(dòng)勢(shì)。通常，主極磁場(chǎng)的分布與磁極中心線相對(duì)稱，故氣隙磁場(chǎng)中含有奇次空間諧波。

＝1、3、5…

1、主極磁場(chǎng)產(chǎn)生次諧波的性質(zhì)極對(duì)數(shù)為基波的倍，極距為基波的1/，隨主極一起以同步轉(zhuǎn)速在空間移動(dòng)。即諧波頻率：諧波電動(dòng)勢(shì)的有效值：為次諧波的磁通量，為次諧波的繞組系數(shù)，齒諧波電動(dòng)勢(shì)有一種諧波與一對(duì)極下的齒數(shù)Z/p之間有特定的關(guān)系。稱為齒諧波。特點(diǎn)：諧波繞組因數(shù)恰等于基波的繞組因數(shù)。2、相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)大小相電動(dòng)勢(shì)的有效值：線電動(dòng)勢(shì)的有效值：三相繞組接成Y或，對(duì)于對(duì)稱的三相系統(tǒng)，各相電動(dòng)勢(shì)的三次諧波時(shí)間上同相，幅值相等。

Y連接，三次諧波互相抵消；連接，三次諧波形成環(huán)路，E3完全消耗與環(huán)流的電壓降。線電動(dòng)勢(shì)：3、諧波的弊害高次諧波：對(duì)于發(fā)電機(jī)，電動(dòng)勢(shì)波形變壞，降低供電質(zhì)量；本身雜散損耗增大，效率下降，溫升增高；對(duì)鄰近線路產(chǎn)生干擾。4、消除諧波的方法根據(jù)減小或可降低諧波，對(duì)齒諧波采用其它措施。（1）采用短距繞組適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距，使得某一次諧波的短距系數(shù)等于或接近零，達(dá)到消除或減弱該次諧波的目的。例：為消除5次諧波，從不過(guò)分消除基波和用銅考慮，應(yīng)選盡可能接近于整距的短節(jié)距。即2k＝－1，

對(duì)于此時(shí)，

換言之，為了消除第次諧波，只要選比整距短的短距線圈跨距的選擇（1）消除5次諧波的跨距選擇短距繞組往往采用,主要考慮同時(shí)減小5次、7次諧波。對(duì)于5次諧波，選用對(duì)于7次諧波，選用（2）采用分布繞組就分布繞組來(lái)說(shuō)，每極每相槽數(shù)q越多，抑制諧波電動(dòng)勢(shì)的效果越好，但q增多，意味總槽數(shù)增多，電機(jī)成本提高。采用分布繞組采用短距和分布繞組的方法主要針對(duì)齒諧波以外的一般高次諧波，對(duì)于齒諧波，它的繞組系數(shù)等于基波繞組系數(shù)，不能采用通用的短距和分布繞組的方法。

對(duì)于齒諧波，可采用斜槽，采用分?jǐn)?shù)槽的方法進(jìn)行消除。另外也可在電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)減小槽開(kāi)口和槽形設(shè)計(jì)等方法進(jìn)行高次諧波的減弱或消除。齒諧波的消除4-104-10某三相交流電機(jī)定子槽數(shù)Z1＝36，極距＝9槽，線圈節(jié)距y1＝(8/9),定子三相雙層繞組Y接法。每個(gè)線圈匝數(shù)Ny＝2，并聯(lián)支路數(shù)a＝1，氣隙每極基波磁通1＝0.74（Wb），氣隙諧波磁密與基波磁密的幅值之比為B5/B1=1/25,B7/B1=1/49,基波及各次諧波磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等，均為1500r/min.試求：（1）基波、五次諧波和七次諧波的繞組系數(shù)；（2）相電動(dòng)勢(shì)中基波、五次諧波和七次諧波分量有效值；（3）合成相電勢(shì)的有效值；解：根據(jù)已知條件，