交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院電機(jī)學(xué)教研組電機(jī)學(xué)多媒體課件系列2007.1第二篇交流電機(jī)的共同問(wèn)題

第六章交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第六章交流電機(jī)繞組及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

6.1旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本作用原理

6.2交流繞組

6.3繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

6.4諧波電動(dòng)勢(shì)及其削弱方法目錄第一節(jié)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本作用原理

1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種以磁場(chǎng)為耦合場(chǎng)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的機(jī)電裝置。2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子空氣隙---鐵芯和繞組---鐵芯和繞組*其中一方產(chǎn)生磁場(chǎng)，另一方輸出電動(dòng)勢(shì)或電磁轉(zhuǎn)矩

交流電機(jī)雖然在運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)上有很多不同，但其交流繞組構(gòu)成及其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)等問(wèn)題存在相同之處。三相交流繞組的結(jié)構(gòu)三相交流繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三相交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)(第七章）3、旋轉(zhuǎn)電機(jī)分類直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)一、同步電機(jī)定子:鐵芯和三相對(duì)稱繞組ax、by、cz，轉(zhuǎn)子:鐵芯和勵(lì)磁繞組，通直流電流產(chǎn)生氣隙主磁場(chǎng)

當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),氣隙主磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并切割定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).繞組模型同步電機(jī)定子同步電機(jī)轉(zhuǎn)子二、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子:鐵芯和閉合的交流繞組組成定子:由鐵芯和三相交流繞組組成。

常用的轉(zhuǎn)子繞組由轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和兩端的端環(huán)組成形似鼠籠的閉合繞組異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)定子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的基本作用原理:定子加三相交流電→產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)→切割轉(zhuǎn)子繞組→產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流→轉(zhuǎn)子帶電導(dǎo)體和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩→驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)于轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生三相交流對(duì)稱繞組的基本要求:三相交流繞組匝數(shù)相同、空間位置互差1200電角度能產(chǎn)生較大的基波電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì),盡量減少或消除高次諧波分量繞組用銅量少、絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度可靠、散熱好繞組的制造、安裝和檢修要方便交流繞組：產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的載體第二節(jié)交流繞組(1)電角度：：在電機(jī)理論中，把一對(duì)主磁極所占的空間距離，稱為360°的空間電角度。電角度=極對(duì)數(shù)P×機(jī)械角度1、交流繞組相關(guān)術(shù)語(yǔ)極對(duì)數(shù)：指電機(jī)主磁極的對(duì)數(shù)，通常用p表示機(jī)械角度：一個(gè)圓周真正的空間角度為機(jī)械角度360°（2）相帶：一個(gè)極下每相繞組所占的范圍(如下三相）

60o相帶——將一個(gè)磁極分成三份，每份所占電角度

120o相帶——將一對(duì)磁極分成三份，每份所占電角度（3）每極每相槽數(shù)q

：每個(gè)極內(nèi)每相所占的槽數(shù)如電機(jī)槽數(shù)為Z，極對(duì)數(shù)為p，相數(shù)為m，則：

q=1的繞組稱為集中繞組，q>1的繞組稱為分布繞組（4）槽距角α：相鄰兩槽的距離用電角度表示（5）極距τ：指電機(jī)一個(gè)主磁極在電樞表面所占的長(zhǎng)度槽數(shù)：空間長(zhǎng)度：(6)線圈（元件）：是構(gòu)成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定規(guī)律的排列和聯(lián)結(jié)。線圈可以區(qū)分為多匝線圈和單匝線圈。y=τ為整距線圈y<τ為短距線圈y>τ為長(zhǎng)距線圈(7)線圈節(jié)距:線圈兩邊所跨的槽數(shù)

單層繞組:一個(gè)槽中只放一個(gè)元件邊

雙層繞組:一個(gè)槽中放兩個(gè)元件邊(8)單層繞組和雙層繞組雙層繞組單層繞組(9)槽電動(dòng)勢(shì)星形圖：

把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電動(dòng)勢(shì)分別用相量表示，構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖，稱槽電動(dòng)勢(shì)星形圖。α（1）均勻原則：每極內(nèi)的槽數(shù)（線圈數(shù)）要相等，各相繞組在每極內(nèi)所占的槽數(shù)應(yīng)相等；（2）對(duì)稱原則：三相繞組的結(jié)構(gòu)完全一樣，但在電機(jī)的圓周空間互相錯(cuò)開(kāi)120o電角度。（3）電勢(shì)相加原則：線圈兩個(gè)圈邊的感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)該相加；線圈與線圈之間的連接也應(yīng)符合這一原則。即：線圈的一個(gè)邊在N極下，另一個(gè)應(yīng)在S極下。2、交流繞組的構(gòu)成原則交流繞組單層繞組雙層繞組同心式繞組鏈?zhǔn)嚼@組交叉鏈?zhǔn)嚼@組等元件式整距疊繞組雙層疊繞組雙層波繞組3、交流繞組的形式

用途：由于每槽中只包含一個(gè)線圈邊，所以其線圈數(shù)為槽數(shù)的一半。適合于10kW以下的小型交流異步電機(jī)。分類：鏈?zhǔn)健⑼氖胶徒徊媸降刃褪?/p>

(*按連接和端接不同分類）

定義:每槽中只有一個(gè)線圈邊的三相交流繞組稱為三相單層繞組。一、三相單層繞組三相單層繞組的構(gòu)成例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（極）的單層疊繞組1.計(jì)算:分極：τ=Z/(2P)（N、S極相鄰分布）標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向（相鄰極下方向相反）分相：q=Z/(2Pm)，2.畫繞組展開(kāi)圖的步驟：(等元件整距繞組)123456789101112131415161718192021222324NSNS(4)連接線圈：在一對(duì)極內(nèi)根據(jù)y=τ連線圈（共pq個(gè)）123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1A2X2(5)連接線圈組：在一對(duì)極內(nèi)屬于同一相的q個(gè)線圈連成一個(gè)線圈組（共p個(gè)）以上連接應(yīng)符合電勢(shì)相加原則123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1A2X2(6)連相繞組:根據(jù)電動(dòng)勢(shì)相加原則,將同一相的線圈組按并聯(lián)支路數(shù)a連成相繞組，并標(biāo)記首尾端。最大并聯(lián)支路數(shù)a=P。串聯(lián):a＝1并聯(lián):a＝2(7)連三相繞組:將三個(gè)單相繞組連成完整的三相繞組（

接法或Y接法）,三相在空間錯(cuò)開(kāi)1200電角度123456789101112131415161718192021222324NSNSAXBYCZ123456789101112131415161718192021222324NSNS3、三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開(kāi)圖（以A相為例）適用于q=2、p>1的小型異步電機(jī)從形式上y<τ短距（實(shí)質(zhì)上仍為整距）最大并聯(lián)支路數(shù)a=2PXA123456789101112131415161718192021222324NNS4、三相單層同心式繞組展開(kāi)圖（以A相為例）XA適用于p=1的小型異步電機(jī)從形式上y<τ短距(實(shí)質(zhì)上仍為整距),縮短端部,節(jié)省銅線最大并聯(lián)支路數(shù)a=2NSNS5、三相單層交叉式繞組展開(kāi)圖（以A相為例）1357911131517192123252729313335AX適用于q=3的小型異步電機(jī)從形式上y<τ短距(實(shí)質(zhì)上仍為整距),縮短端部,節(jié)省銅線二、三相雙層繞組定義：指每槽分上下兩層，線圈一個(gè)邊放在某槽的上層，另一邊放在相隔一定槽數(shù)的另一槽的下層分類：疊繞組和波繞組 （*根據(jù)線圈形狀和連接規(guī)律）特點(diǎn)：雙層繞組的線圈數(shù)和槽數(shù)正好相等A、疊繞組：相鄰兩個(gè)線圈后一個(gè)“緊疊”在前一個(gè)之上優(yōu)點(diǎn)：1）可靈活選擇線圈節(jié)距來(lái)改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形2）各線圈節(jié)距、形狀相同，便于制造3）可以得到較多的并聯(lián)支路數(shù)4）可采用短距線圈以節(jié)約端部用銅缺點(diǎn):1）嵌線較困難，特別是一臺(tái)電機(jī)的最后幾個(gè)線圈2）線圈組間連線較多，極數(shù)多時(shí)耗銅量較大用途：一般10kW以上的中、小型交流電機(jī)實(shí)例：Z=24，2p=4，m=3，a=2，整距的雙層疊繞雙層疊繞組的構(gòu)成1.計(jì)算：2.畫繞組展開(kāi)圖的步驟：123456789101112131415161718192021222324NSNS分極：τ=Z/(2P)（N、S極相鄰分布）標(biāo)記假設(shè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向（相鄰極下方向相反）分相：q=Z/(2Pm)，123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1X2A2A3X3X4A4(4)連接線圈：在一對(duì)極內(nèi)根據(jù)y=τ連線圈（共2pq個(gè)）(5)連接線圈組：在每極內(nèi)屬于同一相的q個(gè)線圈連成一個(gè)線圈組（共2p個(gè)）以上連接應(yīng)符合電勢(shì)相加原則123456789101112131415161718192021222324NSNSA1X1X2A2A3X3X4A4以a=1為例(6)連相繞組:根據(jù)電動(dòng)勢(shì)相加原則,將同一相的2P個(gè)線圈組按并聯(lián)支路數(shù)a連成相繞組，并標(biāo)記首尾端。最大并聯(lián)支路數(shù)a=2P。AX3、短距（y=5<τ、a=2)的情況上層邊不變，下層邊由y決定，y<τ(短距)短距角：β=（τ-y）α端接連接較短，節(jié)省銅線可改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形123456789101112131415161718192021222324NSNSAX課時(shí)小結(jié)1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)？旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生？（電磁式和機(jī)械式）2、交流繞組的相關(guān)術(shù)語(yǔ)？3、畫交流繞組展開(kāi)圖步驟？（重點(diǎn)）4、試比較單、雙層繞組的異同點(diǎn)？（重點(diǎn)）（提示：定義、用途、總線圈數(shù)、總線圈組數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)、短距現(xiàn)象、諧波影響）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是交流電機(jī)工作的基礎(chǔ)。(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)(2)電磁旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng):三相繞組通入三相對(duì)稱交流電第三節(jié)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)AXYZBCNS設(shè)：氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)基波分量是空間分布正弦波交流繞組處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)1、導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)：e=Blv感應(yīng)電勢(shì)e(t)的波形和B(x)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)為正弦波一、導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢(shì)

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)Hz2、感應(yīng)電勢(shì)的頻率

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。3、不同導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)4、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：α5、槽電動(dòng)勢(shì)星形圖：槽電動(dòng)勢(shì)星形圖的一個(gè)圓周的距離為電角度3600每對(duì)極的電動(dòng)勢(shì)相量出現(xiàn)重合每個(gè)圓周有均勻Z/P個(gè)槽電動(dòng)勢(shì)相量1、整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)二、線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)兩圈邊磁場(chǎng)極性相反，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相同、相位差1800

整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：x兩圈邊跨距為y1，短距角為β，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位差是（180-β）電角度2、短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

短距角：

短距線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

短距系數(shù)：

短距系數(shù)恒小于1，故短距線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有所損失；但可以削弱高次諧波（見(jiàn)下節(jié)介紹）。

每相每對(duì)極下有q個(gè)線圈線圈組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由該組所有導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)矢量和三、線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

矢量式:R

分布系數(shù)：線圈組的電動(dòng)勢(shì)：繞組因數(shù)：四、一相繞組的相電動(dòng)勢(shì)1、單層繞組的相電動(dòng)勢(shì)單層繞組共有p個(gè)線圈組若p個(gè)線圈組全部并聯(lián)則相電動(dòng)勢(shì)=Eq若p個(gè)線圈組全部串聯(lián)則相電動(dòng)勢(shì)=pEq實(shí)際線圈組可并可串，定義每相總串聯(lián)匝數(shù)N如下：

相電動(dòng)勢(shì)：

雙層繞組共有2p個(gè)線圈組這2p個(gè)線圈組可并可串，每相總串聯(lián)匝數(shù)N如下：2、雙層繞組的電動(dòng)勢(shì)

雙層繞組要考慮到短距系數(shù)：五、三相繞組的線電動(dòng)勢(shì)三相相電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間上相差120o電角度三相線電動(dòng)勢(shì)與相電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系： 三角形接法：線電動(dòng)勢(shì)=相電動(dòng)勢(shì)星形接法：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形同磁場(chǎng)波形，為正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率：f=(pn/60)

相電動(dòng)勢(shì)的大?。?/p>

繞組系數(shù)六、三相繞組電動(dòng)勢(shì)總結(jié)每相串聯(lián)匝數(shù)討論1：?jiǎn)螌咏涣骼@組是否存在短距現(xiàn)象？畫出兩種接法的線圈連接順序圖進(jìn)行比較結(jié)論：Kp1=1討論2：60o相帶和120o相帶的比較(P101例6-1)

主極磁場(chǎng)在氣隙中除了正弦基波外，還有一系列高次諧波，所以繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也會(huì)含有高次諧波。

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):第四節(jié)諧波電動(dòng)勢(shì)及其削弱方法

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):2.相電動(dòng)勢(shì)和線電動(dòng)勢(shì)

相電動(dòng)勢(shì)的有效值：

線電動(dòng)勢(shì)的有效值：

三相繞組相電動(dòng)勢(shì)的三次諧波同幅值同相位

Y連接時(shí)：

連接時(shí)：線電動(dòng)勢(shì)：線電動(dòng)勢(shì)：使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)波形發(fā)生畸變使電機(jī)本身的附加損耗增加，效率降低，溫升增高使輸電線上的線損增加，并對(duì)鄰近的通信線路或電子裝置產(chǎn)