第四章

交流繞組及其電動勢和磁動勢第四章

交流繞組及其電動勢和磁動勢1本章研究：交流繞組的連接規(guī)律；正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢；通有正弦電流時單相繞組的磁動勢；通有對稱三相電流時的磁動勢。本章研究：2機械旋轉(zhuǎn)磁場是通過原動機拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機械旋轉(zhuǎn)磁場；旋轉(zhuǎn)磁場是交流電機工作的基礎(chǔ)前言電氣旋轉(zhuǎn)磁場是三相對稱的交流繞組通入三相對稱的交流電流時會在電機的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場機械旋轉(zhuǎn)磁場是通過原動機拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機械旋轉(zhuǎn)磁場；3一、基本知識1.交流繞組的基本要求合成電動勢和合成磁動勢波形接近正弦，幅值要大、各諧波分量要??；三相繞組基波電勢、基波磁勢對稱，電阻、電抗要平衡；繞組的銅耗要小，用銅量要?。唤^緣要可靠，機械強度、散熱條件好，制造方便。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類大小、頻率、波形和對稱的問題一、基本知識1.交流繞組的基本要求4.1交流繞組的構(gòu)成原44.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、基本知識2.交流繞組的分類①相數(shù)：單相和多相繞組；②根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)：單層繞組和雙層繞組；③每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分數(shù)槽。④根據(jù)繞法：疊繞組和波繞組；4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、基本知識2.交流繞組的分5的三相交流電機，其定子繞組大多采用雙層繞組。特點：繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)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，有利于散熱和增強機械強度。2）所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；主要優(yōu)點：4.2三相雙層繞組的三相交流電機，其定子繞組大多采用雙層繞組。6上層邊下層邊單層繞組雙層繞組槽楔上層邊下層邊單層繞組雙層繞組槽楔74.2三相雙層繞組以Q=36，2p=4的三相雙層疊繞組來進行分析（1）繪制槽電動勢星形圖（2）分相、構(gòu)成線圈（3）計算極距和節(jié)距（用槽數(shù)計）（4）極相組劃分（5）確定并聯(lián)支路數(shù)（6）把屬于各相的所有極相組串聯(lián)起來，得到繞組展開圖。4.2三相雙層繞組以Q=36，2p=4的三相雙層疊繞84.2三相雙層繞組一、基本概念1.機械角度：一個圓周幾何角度是360°，在電機分析中稱為機械角度。2.電角度：在電路理論中，隨著時間按正弦規(guī)律變化的物理量交變一次經(jīng)過360°時間電角度。在電機中，導(dǎo)體經(jīng)過一對磁極，其感應(yīng)電動勢交變一次，因此一對磁極所對應(yīng)的空間電角度稱為360°空間電角度（或者2π空間電弧度）。3.電角度和機械角度的關(guān)系：若電機極對數(shù)為p，則一個圓周代表p×360°空間電角度，因此與機械角度θ對應(yīng)的空間電角度為p4.2三相雙層繞組一、基本概念1.機械角度：一個圓周幾何94.2三相雙層繞組一、基本概念4.槽距角a：表示相鄰兩個槽之間距離的空間電角度。同時也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。Q是槽數(shù)N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相雙層繞組一、基本概念4.槽距角a：表示相鄰兩個槽104.2三相雙層繞組一、基本概念5.極距

：一個磁極在電樞表面的位置稱為極距。它可用長度，所占槽數(shù)，電角度或者電弧度表示電角度：180°電弧度：

長度:槽數(shù):N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相雙層繞組一、基本概念5.極距：一個磁極在電樞114.2三相雙層繞組6.線圈元件：由兩根相距一定距離的元件邊和端接線相連構(gòu)成線匝，Nc匝串聯(lián)構(gòu)成線圈單匝線圈多匝線圈匝數(shù)Nc4.2三相雙層繞組6.線圈元件：由兩根相距一定距離的元件124.2三相雙層繞組7.線圈節(jié)距y1：線圈的兩個有效邊相距槽數(shù)，稱為線圈節(jié)距。整距y1=；短距y1<。單匝線圈多匝線圈匝數(shù)NcN2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2三相雙層繞組7.線圈節(jié)距y1：線圈的兩個有效邊相距槽134.2三相雙層繞組8.每極每相槽數(shù)q：表示每極下每相所占槽數(shù)。右圖q等于3N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相雙層繞組8.每極每相槽數(shù)q：表示每極下每相所占149.槽電動勢星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢用矢量表示，構(gòu)成的圖135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2B9.槽電動勢星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢用矢量表示，159.槽電動勢星形圖135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1B1-18經(jīng)過了一對極，在向量圖上恰好走了一圈槽距角亦是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。19-36經(jīng)過了一對極，在向量圖上走第二圈9.槽電動勢星形圖1357911131517192123251610.相帶：每極下每相所占的區(qū)域360度的星形圖圓周分成三等分，每等分占120度，成為120度相帶；獲得的電動勢較小。若分成六等分，則稱60度相帶；這種分法同樣可以保證電勢對稱，且合成感應(yīng)電動勢較大，是常用的方法。以A相為例：A相共有12個槽1,2,3(線圈組A1)19,20,21(線圈組A2)10,11,12(線圈組X1)28,29,30(線圈組X2)60度相帶A相帶X相帶將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到A相繞組極相組10.相帶：每極下每相所占的區(qū)域以A相為例：A相共有12個槽17B相距離A相120電角度7,8,9(線圈組B1)25,26,27(線圈組B2)16,17,18(線圈組Y1)34,35,36(線圈組Y2)60度相帶B相帶Y相帶將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到B相繞組B相距離A相120電角度7,8,9(線圈組B118C相距離A相240電角度13,14,15(線圈組C1)31,32,33(線圈組C2)4,5,6(線圈組Z1)22,23,24(線圈組Z2)60度相帶C相帶Z相帶將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到C相繞組C相距離A相240電角度13,14,15(線圈組C1960相帶繞組：每個相帶各占60電角度各個相帶的槽號分布：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）60相帶繞組：各個相帶的槽號分布：相帶槽號極對ABCXYZ204.2三相雙層繞組滿足交流繞組基本要求的方法（1）磁場B在空間按正弦規(guī)律分布，則它在交流繞組中感應(yīng)的電動勢就是隨著時間按正弦規(guī)律變化。（2）用槽電動勢星形圖保證三相繞組基波電動勢、基波磁動勢對稱。（3）用60相帶的繞組獲得較大的基波電動勢。4.2三相雙層繞組滿足交流繞組基本要求的方法（1）磁場B在21N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n展開1234567N1N2192021222324252627282930313222二、疊繞組疊繞組：繞組嵌線時，相鄰得兩個串聯(lián)線圈中，后一個線圈緊“疊”在前一個線圈上。123101112192021282930三相雙層疊繞組的A相繞組展開圖磁極在上部旋轉(zhuǎn)N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468線圈節(jié)距y1＝8短距二、疊繞組疊繞組：繞組嵌線時，相鄰得兩個串聯(lián)線圈中，后一個線23二、疊繞組123101112192021282930三相雙層疊繞組的A相繞組展開圖磁極在上部旋轉(zhuǎn)N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468將每個極相組下的線圈串聯(lián)起來導(dǎo)體相對磁場的運動方向二、疊繞組123101112192021282930三相雙層24A-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-XA1X1A2X2圖：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—30XAA1X1A2X2圖：A相繞組線圈的連接圖（兩條并聯(lián)支路）極相組A和X的電動勢、電流方向相反，為避免電動勢或電流所形成的磁場互相抵消，串聯(lián)時應(yīng)將極相組A和X反向串聯(lián)，即首－首相連把尾端引出，或尾－尾相連把首端引出A-1-2-3--10-11-12--19-20-21-251—2—319—20—2110—11—1228—29—30XAA1X1A2X2圖：A相繞組線圈的連接圖（四條并聯(lián)支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30X26第四章-交流繞組及其電動勢和磁動勢課件27小結(jié)由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所有雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路數(shù)等于2p。實際支路數(shù)a通常小于2p，且2p必須是a的整數(shù)倍。疊繞組的優(yōu)點是，短距時端部可以節(jié)約用銅量。缺點是一臺電機的最后幾個線圈的嵌線較為困難，極間連線較長，在極數(shù)較多時相當費銅。小結(jié)由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所有雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路284.3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：國家標準：f為50Hz掌握：1.電動勢是一個時間量2.頻率和磁場轉(zhuǎn)速的關(guān)系4.3正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢一、導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢電293.導(dǎo)體電動勢的有效值掌握：1.磁通的表示2.導(dǎo)體電動勢和變壓器中電動勢的比較3.導(dǎo)體電動勢的有效值掌握：1.磁通的表示2.導(dǎo)體電30二、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Nc匝，則線圈電動勢為：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Nc匝31三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距y1<τ，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，得單匝線圈電動勢的三、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距y1<τ，用電32kp1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.有效值Ec1(Nc=1)為:kp1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33四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)q個線圈的合成電動勢Eq1為式中，－外接圓的半徑。把R代入上式，得:四、分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)q個線圈的合成電動勢34式中,qEc1－q個線圈電動勢的代數(shù)和；kd1－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Eq1小于q個集中線圈的合成電動勢qEc1，由此所引起的折扣式中,qEc1－q個線圈電動勢的代數(shù)和；kd1－35一個極相組的電動勢為qNc－個線圈的總匝數(shù)；kw1=kp1kd1－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。一個極相組的電動勢為qNc36五、相電動勢和線電動勢N：一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)五、相電動勢和線電動勢N：一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù)37小結(jié)單個導(dǎo)體電動勢E1整距線圈電動勢Ec1短距線圈電動勢Ec1分布線圈組電動勢Eq1相電動勢Eφ1=2pEq1/a線電動勢小結(jié)單個導(dǎo)體電動勢E1整距線圈電動勢Ec1短距線圈電動勢Ec38第四章

交流繞組及其電動勢和磁動勢第四章

交流繞組及其電動勢和磁動勢39本章研究：交流繞組的連接規(guī)律；正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢；通有正弦電流時單相繞組的磁動勢；通有對稱三相電流時的磁動勢。本章研究：40機械旋轉(zhuǎn)磁場是通過原動機拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機械旋轉(zhuǎn)磁場；旋轉(zhuǎn)磁場是交流電機工作的基礎(chǔ)前言電氣旋轉(zhuǎn)磁場是三相對稱的交流繞組通入三相對稱的交流電流時會在電機的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場機械旋轉(zhuǎn)磁場是通過原動機拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機械旋轉(zhuǎn)磁場；41一、基本知識1.交流繞組的基本要求合成電動勢和合成磁動勢波形接近正弦，幅值要大、各諧波分量要小；三相繞組基波電勢、基波磁勢對稱，電阻、電抗要平衡；繞組的銅耗要小，用銅量要??；絕緣要可靠，機械強度、散熱條件好，制造方便。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類大小、頻率、波形和對稱的問題一、基本知識1.交流繞組的基本要求4.1交流繞組的構(gòu)成原424.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、基本知識2.交流繞組的分類①相數(shù)：單相和多相繞組；②根據(jù)槽內(nèi)層數(shù)：單層繞組和雙層繞組；③每極下每相槽數(shù)：整數(shù)槽和分數(shù)槽。④根據(jù)繞法：疊繞組和波繞組；4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類一、基本知識2.交流繞組的分43的三相交流電機，其定子繞組大多采用雙層繞組。特點：繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)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，有利于散熱和增強機械強度。2）所有線圈具有相同的尺寸，便于制造；主要優(yōu)點：4.2三相雙層繞組的三相交流電機，其定子繞組大多采用雙層繞組。44上層邊下層邊單層繞組雙層繞組槽楔上層邊下層邊單層繞組雙層繞組槽楔454.2三相雙層繞組以Q=36，2p=4的三相雙層疊繞組來進行分析（1）繪制槽電動勢星形圖（2）分相、構(gòu)成線圈（3）計算極距和節(jié)距（用槽數(shù)計）（4）極相組劃分（5）確定并聯(lián)支路數(shù)（6）把屬于各相的所有極相組串聯(lián)起來，得到繞組展開圖。4.2三相雙層繞組以Q=36，2p=4的三相雙層疊繞464.2三相雙層繞組一、基本概念1.機械角度：一個圓周幾何角度是360°，在電機分析中稱為機械角度。2.電角度：在電路理論中，隨著時間按正弦規(guī)律變化的物理量交變一次經(jīng)過360°時間電角度。在電機中，導(dǎo)體經(jīng)過一對磁極，其感應(yīng)電動勢交變一次，因此一對磁極所對應(yīng)的空間電角度稱為360°空間電角度（或者2π空間電弧度）。3.電角度和機械角度的關(guān)系：若電機極對數(shù)為p，則一個圓周代表p×360°空間電角度，因此與機械角度θ對應(yīng)的空間電角度為p4.2三相雙層繞組一、基本概念1.機械角度：一個圓周幾何474.2三相雙層繞組一、基本概念4.槽距角a：表示相鄰兩個槽之間距離的空間電角度。同時也是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。Q是槽數(shù)N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相雙層繞組一、基本概念4.槽距角a：表示相鄰兩個槽484.2三相雙層繞組一、基本概念5.極距

：一個磁極在電樞表面的位置稱為極距。它可用長度，所占槽數(shù)，電角度或者電弧度表示電角度：180°電弧度：

長度:槽數(shù):N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相雙層繞組一、基本概念5.極距：一個磁極在電樞494.2三相雙層繞組6.線圈元件：由兩根相距一定距離的元件邊和端接線相連構(gòu)成線匝，Nc匝串聯(lián)構(gòu)成線圈單匝線圈多匝線圈匝數(shù)Nc4.2三相雙層繞組6.線圈元件：由兩根相距一定距離的元件504.2三相雙層繞組7.線圈節(jié)距y1：線圈的兩個有效邊相距槽數(shù)，稱為線圈節(jié)距。整距y1=；短距y1<。單匝線圈多匝線圈匝數(shù)NcN2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2三相雙層繞組7.線圈節(jié)距y1：線圈的兩個有效邊相距槽514.2三相雙層繞組8.每極每相槽數(shù)q：表示每極下每相所占槽數(shù)。右圖q等于3N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相雙層繞組8.每極每相槽數(shù)q：表示每極下每相所占529.槽電動勢星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢用矢量表示，構(gòu)成的圖135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2B9.槽電動勢星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動勢用矢量表示，539.槽電動勢星形圖135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1B1-18經(jīng)過了一對極，在向量圖上恰好走了一圈槽距角亦是相鄰槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的相位差。19-36經(jīng)過了一對極，在向量圖上走第二圈9.槽電動勢星形圖1357911131517192123255410.相帶：每極下每相所占的區(qū)域360度的星形圖圓周分成三等分，每等分占120度，成為120度相帶；獲得的電動勢較小。若分成六等分，則稱60度相帶；這種分法同樣可以保證電勢對稱，且合成感應(yīng)電動勢較大，是常用的方法。以A相為例：A相共有12個槽1,2,3(線圈組A1)19,20,21(線圈組A2)10,11,12(線圈組X1)28,29,30(線圈組X2)60度相帶A相帶X相帶將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到A相繞組極相組10.相帶：每極下每相所占的區(qū)域以A相為例：A相共有12個槽55B相距離A相120電角度7,8,9(線圈組B1)25,26,27(線圈組B2)16,17,18(線圈組Y1)34,35,36(線圈組Y2)60度相帶B相帶Y相帶將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到B相繞組B相距離A相120電角度7,8,9(線圈組B156C相距離A相240電角度13,14,15(線圈組C1)31,32,33(線圈組C2)4,5,6(線圈組Z1)22,23,24(線圈組Z2)60度相帶C相帶Z相帶將四個線圈組按照一定的規(guī)律連接，即可得到C相繞組C相距離A相240電角度13,14,15(線圈組C5760相帶繞組：每個相帶各占60電角度各個相帶的槽號分布：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）60相帶繞組：各個相帶的槽號分布：相帶槽號極對ABCXYZ584.2三相雙層繞組滿足交流繞組基本要求的方法（1）磁場B在空間按正弦規(guī)律分布，則它在交流繞組中感應(yīng)的電動勢就是隨著時間按正弦規(guī)律變化。（2）用槽電動勢星形圖保證三相繞組基波電動勢、基波磁動勢對稱。（3）用60相帶的繞組獲得較大的基波電動勢。4.2三相雙層繞組滿足交流繞組基本要求的方法（1）磁場B在59N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n展開1234567N1N2192021222324252627282930313260二、疊繞組疊繞組：繞組嵌線時，相鄰得兩個串聯(lián)線圈中，后一個線圈緊“疊”在前一個線圈上。123101112192021282930三相雙層疊繞組的A相繞組展開圖磁極在上部旋轉(zhuǎn)N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468線圈節(jié)距y1＝8短距二、疊繞組疊繞組：繞組嵌線時，相鄰得兩個串聯(lián)線圈中，后一個線61二、疊繞組123101112192021282930三相雙層疊繞組的A相繞組展開圖磁極在上部旋轉(zhuǎn)N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468將每個極相組下的線圈串聯(lián)起來導(dǎo)體相對磁場的運動方向二、疊繞組123101112192021282930三相雙層62A-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-XA1X1A2X2圖：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—30XAA1X1A2X2圖：A相繞組線圈的連接圖（兩條并聯(lián)支路）極相組A和X的電動勢、電流方向相反，為避免電動勢或電流所形成的磁場互相抵消，串聯(lián)時應(yīng)將極相組A和X反向串聯(lián)，即首－首相連把尾端引出，或尾－尾相連把首端引出A-1-2-3--10-11-12--19-20-21-631—2—319—20—2110—11—1228—29—30XAA1X1A2X2圖：A相繞組線圈的連接圖（四條并聯(lián)支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30X64第四章-交流繞組及其電動勢和磁動勢課件65小結(jié)由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所有雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路數(shù)等于2p。實際支路數(shù)a通常小于2p，且2p必須是a的整數(shù)倍。疊繞組的優(yōu)點