交流電機繞組

交流繞組的作用旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電勢，或交流電流旋轉(zhuǎn)磁場主要問題:時空正弦分布—增強基波,削弱諧波繞組=連接的線圈整體。線圈通常嵌入電機定轉(zhuǎn)子槽內(nèi),第三部分交流電機繞組例同步電機發(fā)電同步發(fā)電機的工作原理如圖。轉(zhuǎn)子有永磁或直流勵磁磁場,空間按”正弦”分布。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n(r/min)時定子繞組感應(yīng)電勢,時間上正弦分布。每經(jīng)過一對磁極，感應(yīng)電勢就交變一周，若電機有p對頻率=極對數(shù)*每秒轉(zhuǎn)數(shù):f=pn/60n=60f/p一對磁極的“電角度”為360°,其空間幾何角360°/p,

即（空間）電角度=空間幾何角*p兩導體如空間電角度差α則產(chǎn)生的電勢時間相位差也是α

---時空一致性定子三相繞組在空間上互差120°電角度，感應(yīng)電勢相位差也120°

若定子繞組接負載輸出電能.定子是電樞（功率輸出電機外）第6章交流繞組基本要求1、基波電勢(磁勢)大,諧波電勢(磁勢)小2、各相繞組對稱。3、用銅量少；4、制造簡單，檢修方便。交流繞組的分類1、單相、兩相和多相繞組；2、槽內(nèi)單層、雙層繞組。單層分為鏈式、交叉式和同心式繞組，雙層分為疊繞組和波繞組；3、

每極每相槽數(shù):整數(shù)槽和分數(shù)槽。

現(xiàn)代交流電機主要是三相電機，下面介紹最常用的三相整數(shù)槽單層繞組和雙層疊繞組。例總槽Z=24,極數(shù)2p=4極距τ=Z/2p=24/4=6--電角度180每極每相槽數(shù)q=τ/相數(shù)m=6/3=2線圈寬-節(jié)距y

~τ（兩邊電勢迭加大）

y=τ：整距繞組y<τ：短距繞組槽距角α=180°/τ=180°/6=30°繞組的基本知識6.3三相單層繞組（每槽一個線圈邊）例24槽4極：τ=6,q=2A相繞組形成1

按q=2:先定A相在第一極區(qū)占前2槽。5

按電流方向?qū)⒕€圈聯(lián)結(jié)為繞組2

按τ=6，2P=4：+τ拓展到2P個極區(qū)3

按異極異向標出電流方向4

將電流反向的兩槽環(huán)成線圈----多種方式聯(lián)鏈式y(tǒng)=τ線圈4電流反向的兩槽環(huán)成線圈5按線圈電流方向(串)聯(lián)為繞組鏈式y(tǒng)=τA相B相移120°+2τ/3(=4)槽C相再移120°！！再+4槽(C端:9可改4?，21?)其它短跨式Y(jié)=5<τ=6省線,漏感小同心式易下線耗線多漏感大q>2交叉繞組例q=3XA鏈式短跨三相單層繞組單層繞組的特點：簡單;線粗時不便排列.常用小容量電機6.4三相雙層繞組-每槽2個線圈邊雙層疊繞組例Z=36，2p=4,τ=9、每極每相槽數(shù)q=3

半整整半槽下上上下Y=

τ-1三相雙層繞組雙層繞組的優(yōu)點：分布范圍大，可以改善電動勢和磁動勢的波形。定子沖片定子線圈鐵心和機座6.5

正弦分布旋轉(zhuǎn)磁場下的繞組電勢基波行波磁通在N匝整距線圈中以頻率f按正弦變化，(最大值Φ1m=(每極面積Lτ)*(2/π)B1m)

線圈基波電勢有效值:4.44NfΦ1m因線圈間電勢有相位差α注：空間相位=時間相位

時空一致總電勢按相量合成繞組基波電勢E1=4.44fkw1NΦ1mN—繞組串聯(lián)匝數(shù),

繞組系數(shù)kw1=|相量和|/(|相量|和)---反映電勢相量加效應(yīng)ααα各線圈匝數(shù)相等時(1)單層分布:分布因子

kq1=2R*sin(qα/2)/q

=sin(qα/2)/(qsin(α/2))(2)雙層:上下層差α.

雙層因子kc1=cos(α/2)(3)斜槽γ:相當qα=γ|q∞&α0

斜槽因子kγ1

=sin(γ/2)/(γ/2)

綜合:

繞組系數(shù)kw1α高次諧波電勢發(fā)電機旋轉(zhuǎn)磁場有諧波,主要是5,7,11,13,.次相諧波電勢Ev=4.44fV

NkwvΦmv諧波電勢影響:增加損耗與擾動

N:相串聯(lián)匝數(shù),Φmv諧波磁通峰值繞組諧波系數(shù)kwv=kw1

|αv

α,γv

γ繞組系數(shù)kwv計算例:4極q=4雙層(總槽數(shù)=4*3q=48)v=[1,5,7,11,13,17,19,23,25,29]q=4,a=(pi/3/q);c=2;r=pi/(3*q);kwv=cos((c-1)*a*v/2).*sin(q*a*v/2)./(q*sin(a*v/2));kwv=kwv.*sin(r*v/2)./(r*v/2);kwv=abs(kwv)V1571113171923

2529直槽Kwv(%)95169.61.61.69.616959516斜槽15°Kwv(%)951581.11.034442.6高次諧波電勢諧波電勢削弱方法:

(1)減弱旋轉(zhuǎn)磁場諧波---v越高,Φmv越低

(2)繞組Y接,消線電勢3倍次諧波

(3)增分布:雙層&增q,可削弱諧波kwv

(4)斜槽γ=60/q,可降”齒諧波”(v=6q±1):

增q也可降齒諧波

(5)分數(shù)槽可降齒諧波[例]相電勢為相電壓220v的87.7%，氣隙基波B1m為0.738T，每極面積98.8cm2，kw1=0.945,求每相串聯(lián)匝數(shù)N。解

基波磁通量

相電動勢

基波繞組因數(shù)電勢計算第7章繞組電流磁動勢一、單相繞組的磁動勢–脈振磁動勢（一）整距線圈的磁動勢為滿足f∝i,以A槽中點為f=0起始點磁動勢方波分布如下圖，幅值Ni/2繞組電流磁動勢：f(x,t)=∫i(x,t)dx氣隙使磁路近線性，磁場B時空分布與f相近交流電機中期望F從而B空間正弦分布并恒速恒幅旋轉(zhuǎn)整距線圈空間方波磁動勢的基、諧波分布（N1為每極串聯(lián)匝數(shù)）方波可分解為基波與奇次v=2k+1諧波基、諧波幅值Fv=(4/πv)方波幅值F=(4/πv)(N1/2)i(t)--v越高,Fv越低整距線圈磁勢空間分布f(x,t)=ΣVfV(x,t)|v=1,3,5,….基、諧波磁勢空間正弦分布:fv(x,t)=Fv(t)*cos[vπ(x-xv)/τ]幅值Fv(t)=(4/πv)(N1/2)i(t)極對數(shù)vp注:三相合成磁勢無三倍次諧波（后述）只考慮“奇非3”諧波v=6k±1=1，5，7，11，13，。。。磁勢向量—表達磁勢空間正弦分布的向量

--其模為磁勢幅值F,其角指向磁勢幅值位置

各相、線圈同次諧波磁勢可向量合成（運算同相量）用于研究旋轉(zhuǎn)磁場合成與諧波抑制等諧波抑制分布繞組能增基波，減諧波。原理及計算與電勢諧波相量分析相同。效果也用Kwv反映：繞組v次諧波幅值Fv=(4/πv)(N1Kwv/2)i例三相異步機四極48槽雙層繞組斜槽15°V:1571113171923Kwv94.715.28.31.11.03.44.04.1(%)Fv/F1:1003.21.30.10.10.20.20.2(%)可見無論電勢還是磁勢，利用分布可以有效削弱諧波磁勢向量（ueiφ）相量：表達物理量時間正弦分布的向量磁勢向量：表達磁勢空間正弦分布的向量

--正弦分布量合成滿足向量合成法則單相交流(基波)磁勢脈振磁勢=雙旋轉(zhuǎn)磁勢單相交流基波磁勢向量:脈振與旋轉(zhuǎn)clear;clfforwt=0.2:0.1:4*pi+0.2f1=exp(j*wt);f2=exp(-j*wt);f=f1+f2;f=f*0.999;holdoff;compass([2],'w');holdon;compass([f1],'r');holdon;compass([f2],'g');holdon;

compass([f],'b');holdon;

drawnowend單相交流基波磁勢：行波與脈振駐波x=0:0.1:9;forwt=0:0.05:4*pif1=sin(x*pi/3-wt);%~→f2=sin(x*pi/3+wt);%←~f=f1+f2;%~↑↓holdoff;axis([0,10,-2,8]);plot(x,f,x,f2+3,x,f1+6,x,-2,x,7);gridon;hold

on;drawnow;end時空對稱多相交流磁勢合成

圓形旋轉(zhuǎn)磁勢的一般條件---多相交流繞組時空對稱

即①繞組空間對稱②電流相幅對稱。合成幅值

F=(m/2)F1

轉(zhuǎn)速

n1=60f/p(rpm),

轉(zhuǎn)向時間領(lǐng)先到落后相繞組

三相對稱繞組交流基波合成磁勢電流ABC差120°。各相F+、F-向量初相位圖：A相:位于A軸；B相:按轉(zhuǎn)向差B軸120°;C相:差240°。F+合成磁勢---圓形旋轉(zhuǎn),恒幅恒速三相交流繞組基波合成磁勢向量圖clear;clfa=2*pi/3;forwt=0.4:0.2:4*pi+0.4fa=1*cos(wt);fb=exp(j*a)*cos(wt-a);fc=exp(j*2*a)*cos(wt-2*a);f=fa+fb+fc;f=f*0.999;holdoff;compass([fa,fb,fc,f]);holdon;drawnowend三相交流繞組基波合成磁勢波形圖clear;clfx=[0:100]*2*pi/100;a=2*pi/3;fort=0:400wt=t*2*pi/100;

fa=sin(x)*cos(wt);

fb=sin(x-a)*cos(wt-a);

fc=sin(x-2*a)*cos(wt-2*a);f=fa+fb+fc;holdoff;plot(x,fa+8,x,fb+6,x,fc+4,x,f,x,10);

grid;hold

on;drawnowend結(jié)論：三相時空對稱繞組基波磁勢為圓形恒幅恒速旋轉(zhuǎn)；幅值:(3/2)F1m轉(zhuǎn)速：n1=60f/p(rpm)轉(zhuǎn)向：從時間(電流)領(lǐng)先到落后相繞組

ABC改變轉(zhuǎn)向:交換兩個繞組電流相序三相繞組基波合成磁動勢二相交流繞組圓轉(zhuǎn)磁勢的條件條件:時間相位差=180°-空間相角差轉(zhuǎn)向：領(lǐng)先繞組滯后繞組例(1)二相電機空間差90°

電流相位差180°-90°=90°--相當于四相電機(2)3相改2相電機：空間差120°

--電流相位差

180°-120°=60°

總磁勢幅值=0.866*(1)一般多相交流繞組基波磁勢(1)F+=0或F-=0:

圓形旋轉(zhuǎn),恒幅恒速(2)F+,F-同存不等幅:

橢圓旋轉(zhuǎn)不恒幅不恒速(3)F+,F-等幅:--脈振多相交流繞組基波磁勢(1)F+=0或F-=0:圓(2)F+,F-同存不等幅:橢圓(3)F+,F-等幅:脈振例1:不對稱三相電流磁勢?

必有負序(反轉(zhuǎn))分量

I1=I2？“Y”

；“N”

.

2:三相繞組斷一繞組后磁勢?Δ:

;Y:

.3：距60度二相繞組的磁勢圓轉(zhuǎn),

電流相位差:

?

度.組合諧波磁動勢f(時u,空v),u,v奇次轉(zhuǎn)速大小

n(u，v)=±60（uf）/（vp）=±(u/v)n1u，v均分三類6k+3，6k+1，6k-1V0:{6k+3}(*120°≡0°)三相同相,0序?qū)ΨQU+,V+:{6k+1}(*120°≡120°)三相正序?qū)ΨQU-