第二篇 交流電機(jī)共同問題

（1）交流繞組基本概念和構(gòu)成原理

（2）交流繞組的感應(yīng)電動勢的波形、頻率、大?。?）交流繞組磁動勢的時空概念（1）電角度概念（2）交流繞組磁勢的時空概念難點內(nèi)容：2交流電機(jī)的共同問題重點內(nèi)容：2.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類2.2三相雙層繞組2.4交流繞組的感應(yīng)電動勢2.6單相繞組的磁動勢2.7三相繞組的磁動勢2.3三相單層繞組2交流電機(jī)的共同問題2.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、構(gòu)成原則(1)合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近于正弦形、幅值要大；(2)對三相繞組，各相的電動勢和磁動勢要對稱，電阻、電抗要平衡；(3)繞組的銅耗要小，用銅量要?。?4)絕緣要可靠，機(jī)械強(qiáng)度、散熱條件要好，制造要方便。二、分類按相數(shù)：單相和多相繞組；按槽內(nèi)層數(shù)：單層和雙層；

按每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽；按繞法：疊繞組和波繞組。定子鐵心定子繞組定子鐵心和繞組橫截面U1X1V1Y1Z1W1U1V1

W1X1Y1

Z1

流出為負(fù)

流入為正

U←V←W←U1X1V1Y1Z1W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

時i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1t=0O

時i1=0，i2＜0，i3＞0U1X1V1Y1Z1W1NSt=120O

時i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1X1V1Y1Z1W1NSU1X1V1Y1Z1W1U1X1V1Y1Z1W1NSt=240O

時i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

時i1=0，i2＜0，i3＞0NSi

變化一周i每秒鐘變化50周i每分鐘變化(50×60)周→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)一圈→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)50圈→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)3000圈(2)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0——同步轉(zhuǎn)速

n0

=3000=60f1(r/min)U1U2V1V2W2W1每相繞組由一個線圈組成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相繞組由兩個線圈串聯(lián)組成U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O

時

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁極對數(shù)p

p=2

電流變化一周

→旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)半圈

n0

=1500當(dāng)磁極對數(shù)p=3時

n0

=1000

60f12=

60f13=60f1pn0=

f=50Hz時：

123456300015001000750600500pn0/(r/min)

(3)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向(n0的方向)

U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相轉(zhuǎn)向滯后相?！赏ㄈ肜@組中的電流的相序決定的。

怎樣改變n0的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)2.2三相雙層繞組（1）可以選擇最有利的節(jié)距，并同時采用分布繞組，以改善電動勢和磁動勢的波形；（3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。（2）所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；*10kW以上電機(jī)，一般采用雙層繞組*雙層繞組中，線圈數(shù)正好等于槽數(shù)*雙層繞組的優(yōu)點：一、基本概念1、極距τ相鄰兩個磁極軸線間沿著定子鐵心表面所跨過的距離，一般用槽數(shù)表示。τ=Q/2p2、繞組元件、有效邊、端接線繞組元件：用繞線模具制成一定形狀的單匝或多匝線圈。有效邊：放在電機(jī)定子槽內(nèi)的繞組直線部分，能量轉(zhuǎn)換。端接線：兩個有效邊之間的聯(lián)線。3、線圈節(jié)距y1繞組兩個有效邊之間的距離，用槽數(shù)表示。為了得到盡可能大的電勢、磁勢，y1應(yīng)接近于τy1=τ，整距繞組y1<τ，短距繞組y1>τ，長距繞組4、電角度機(jī)械角度：電機(jī)圓周的幾何角度電角度：定子導(dǎo)體中感生電勢變化所對應(yīng)的角度。定子導(dǎo)體中電勢變化一個周期，為360o電角度。對于p對極，機(jī)械上旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體電勢變化p個周期則：電角度=p*機(jī)械角度5、每極每相槽數(shù)qq=1，集中繞組q≠1，分布繞組通常q個繞組元件聯(lián)成一組，稱為一個極相組。6、槽距角α7、相帶每極下每相所占有的區(qū)域，用電角度表示。相鄰兩槽間電角度：

此角亦是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。8、槽電勢星形圖每槽導(dǎo)體電勢用一矢量表示，由此做出全部槽的電勢，構(gòu)成的星形圖形。定子每極每相槽數(shù)：式中，

Q—定子槽數(shù)；

p

—極對數(shù)；

m—相數(shù)。相鄰兩槽間電角度：

二、槽電動勢星形圖和相帶劃分

現(xiàn)以一臺相數(shù)，極數(shù)，槽數(shù)的定子來說明槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢和屬于各相的導(dǎo)體（槽號）是如何分配的。槽電動勢的星形圖三相雙層繞組槽電勢星形圖

同理，B相距離A相1200

電角度處,C相距離A相2400電角度處，可按圖所劃分的相帶連成B、C兩相繞組。由此可得到一個三相對稱繞組。將四個線圈組按一定規(guī)律連接，即可得A相繞組。相帶槽號極對ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一對極下（1槽-18槽）第二對極下（19槽-36槽）表4-1各個相帶的槽號分布槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9極相組A1極相組A2極相組X1極相組X2槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=9槽數(shù)=36極距=9節(jié)距=8三、繪制繞組展開圖繪制繞組展開圖的步驟是：

a、繪制槽電動勢星型圖

b、劃分相帶

c、將各相線圈按一定規(guī)律連接成對稱三相繞組。根據(jù)線圈的形狀和連接規(guī)律，雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩類。1、雙層疊繞組任何兩個相鄰線圈的都是后一個疊在前一個上面的，稱為疊繞組。例如，繪制4極三相36槽的雙層疊繞組展開圖。三相雙層疊繞組的A繞組的展開圖

-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-A相繞組線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30兩條并聯(lián)支路2、波繞組

2.3三相單層繞組二、單層鏈?zhǔn)嚼@組

2.4正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢一、導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢1、電動勢的波形2、正弦電動勢的頻率感應(yīng)電動勢的頻率：

同步轉(zhuǎn)速：

3、導(dǎo)體電動勢的有效值

將

代入上式得導(dǎo)體電動勢

為

二、整距線圈的電動勢匝電勢單匝線圈電動勢的有效值線圈有匝，則線圈電動勢為三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距，用電角度表示時，節(jié)距為單匝線圈的電動勢為據(jù)相量圖中的幾何關(guān)系，得單匝線圈電動勢。為線圈的基波節(jié)距因數(shù)，表示線圈短距時感應(yīng)電動勢比整距時應(yīng)打的折扣：其有效值為四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)考察一個極相組內(nèi)q個線圈的合成電動勢Eq1Ec2Ec1Ec3極相組的合成電動勢

q個線圈的合成電動勢Eq1為式中，—外接圓半徑。把R代入上式，得

式中，—q個線圈電動勢的代數(shù)和；

—繞組的基波分布因數(shù)，kd1的意義：由于繞組分布在不同的槽內(nèi)，使得q個分布線圈的合成電動勢qEc1小于q個集中線圈的合成電動勢Eq1，由此所引起的折扣kd1<1。一個極相組的電動勢為式中，—q個線圈的總匝數(shù)；—繞組的基波繞組因數(shù)。

kw1的意義：既考慮繞組短距、又考慮繞組分布時，整個繞組的合成電動勢所須的總折扣。2.6單層集中整距繞組的一相磁動勢

交流電機(jī)模型圖（A相集中繞組）1.磁動勢表示方法

線圈中通入電流(i≠0）所產(chǎn)生的磁場分布圖鏈接單個線圈產(chǎn)生磁動勢圖線圈磁動勢的空間分布在定子內(nèi)圓表面建立空間坐標(biāo)，以A相繞組軸線與定子內(nèi)表面的交點作為空間坐標(biāo)的原點，用空間電角度θ表示。把氣隙圓周展成直線，讓橫坐標(biāo)表示沿氣隙圓周方向的空間距離。正磁勢規(guī)定：磁感應(yīng)線方向是出定子進(jìn)轉(zhuǎn)子為正值。結(jié)論：通入電流的線圈，它所產(chǎn)生的氣隙磁動勢沿圓周分布是一個矩形波，在通電流的線圈處，氣隙磁動勢發(fā)生突跳。不計鐵心磁壓降，每個空氣隙所消耗的磁動勢等于整個磁路磁動勢的一半，為Nci/2，即：轉(zhuǎn)子定子2.用傅里葉級數(shù)分解矩形波磁動勢

3次諧波5次諧波結(jié)論:1.基波磁動勢的幅值為4/πfk，是矩形波磁動勢的4/π倍3.線圈中通入交變電流產(chǎn)生脈振磁動勢鏈接脈振磁動勢動畫當(dāng)線圈電流交變時，線圈磁勢在空間上沿氣隙分布仍是矩形，而且軸線固定不動，但其幅值在時間上按余弦規(guī)律變化，也就是說整個磁勢波不能移動而只能脈振。結(jié)論：1)單個線圈當(dāng)通入交流電流時所產(chǎn)生的磁動勢波是一個在空間按矩形波分布、波的位置在空間不動、但波幅的大小和正負(fù)隨時間在變化的磁動勢波，稱該種磁動勢為脈振磁勢。2)線圈磁勢除包含基波磁勢外，還包含有3、5、7等諧波磁勢分量。A相電流表達(dá)式A相脈振磁勢表達(dá)式A相脈振磁勢幅值B相與C相電流建立的脈振磁場

B相電流建立的磁場的磁極與對稱軸iB

iB

相磁勢空間分布波形4.脈振磁動勢分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢

結(jié)論：

1)一個脈振磁動勢波，可分解為兩個波長與原脈振波完全相同，分別朝相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)波，旋轉(zhuǎn)角速度（ω）與脈振波的脈振頻率（f）有關(guān)，每個旋轉(zhuǎn)波的幅值是原脈振波的一半。

2)當(dāng)線圈中電流為正的最大值時，脈振波的波幅為正的最大值，此時兩個旋轉(zhuǎn)波的正波幅正好轉(zhuǎn)到α=0°的位置，即在通電線圈的軸線處，兩個旋轉(zhuǎn)波重疊在一起。鏈接脈振磁場動畫5.線圈的分布和短距對磁勢的影響

一.線圈分布的影響在交流繞組中，每相繞組都是由若干個線圈串聯(lián)或并聯(lián)組成。各線圈依次沿圓周錯開一個槽（槽距角1）。對基波錯開一個槽（槽距角1）對v次諧波錯開電角度v1用矢量相加可以求得該線圈組磁勢的v次諧波幅值分布繞組排布圖1232ττ1多線圈的空間位置Fcv1Fcv2Fcv3v1v1V次諧波矢量v1v1Fcv1Fcv2Fcv3FqvV次諧波矢量合成顯然，F(xiàn)qv<qFcv,這一效應(yīng)可用分布系數(shù)Kqv表示：基波分布系數(shù)：Kqv