電機(jī)學(xué)主講教師：艾比布拉·阿不拉電機(jī)學(xué)Electricmachinery4.2三相單層繞組4.3

三相雙層繞組4.4繞組的電動(dòng)勢4.6

單相繞組的磁動(dòng)勢

4.7

三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢4.8圓形和橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢4.1

交流繞組的基本要求4.5

諧波電動(dòng)勢及其消弱方法

第四章交流電機(jī)繞組的基本理論4.9

諧波磁動(dòng)勢

4.10

交流電機(jī)的主磁通和漏磁通

新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院第2章直流電機(jī)交流電機(jī)包括同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類。雖然同步電機(jī)和異步電機(jī)在運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)上有很多不同，但它們之間也有許多相同之處，例如交流繞組構(gòu)成及其感應(yīng)電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢。因此，在這一章里，著重講解交流電機(jī)的共同問題。4.1交流繞組的基本要求（1）繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢（磁動(dòng)勢）接近正弦波。交流繞組的基本要求：（2）三相繞組的基波電動(dòng)勢（磁動(dòng)勢）必須對稱。三相繞組要對稱,即三相繞組的軸線在空間互差120°電角度.(3)在導(dǎo)體數(shù)一定時(shí)能獲得較大的基波電動(dòng)勢（磁動(dòng)勢）。保證絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度，盡量減少用銅量。制造工藝簡單、檢修方便。交流繞組的分類：

單層

2、按槽內(nèi)層數(shù)分：

1、按相數(shù)分：單相、兩相、三相和多相繞組3、按每極每相槽數(shù)是否整數(shù)分：整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組交叉式同心式鏈?zhǔn)蒋B繞組波繞組雙層繞組交流繞組的基本常識1、電角度與機(jī)械角度2、極距τ相鄰兩個(gè)磁極之間的距離。τ=Z/(2P)3、線圈組成交流繞組的單元，由一匝或多匝串聯(lián)而成，有首端A和末端X。NNSS123456789101112電角度=P×360°4、節(jié)距y1一個(gè)線圈的兩個(gè)邊跨定子圓周上的距離。y1>τ是長距,τ<y1是短距，常用短距。y1=Z/(2P)5、每極每相槽數(shù)q每個(gè)極下每相所占的槽數(shù)。q=Z/(2Pm)6、槽距α角

α=

P×360°/Z相鄰槽之間的電角度。7、相帶

每個(gè)極距內(nèi)每相連續(xù)占用的槽的電角度。4.2三相單層繞組單層繞組每槽只有一個(gè)線圈邊，而一個(gè)線圈有兩個(gè)線圈邊，因此線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半。一般單層繞組都是整距。

圈邊

首端尾端兩匝線圈

每極每相槽數(shù)q

節(jié)距y1

槽距角α

極距

例：Z=12，p=1，m=3，y=

。單層繞組接線圖123456789101112定子槽SN

相帶極對數(shù)AZBXCY一對極123456

789101112相帶例：Z=24，2p=4，m=3，y=

。

相帶極對數(shù)AZBXCY第一對極123456789101112第二對極131415161718192021222324整距繞組例：Z=24，2p=4，m=3，y=

。

相帶極對數(shù)AZBXCY第一對極1

234567

89101112第二對極13

14

1516171819

20

21222324單層鏈?zhǔn)嚼@組

鏈?zhǔn)嚼@組的每個(gè)線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動(dòng)機(jī)。例：Z=24，2p=4，m=3，y=

。

相帶極對數(shù)AZBXCY第一對極1

234567

89101112第二對極13

14

1516171819

20

21222324同心式繞組

同心式繞組端部連線較長，適用于q=4、6、8等偶數(shù)的2極小型三相異步電動(dòng)機(jī)。4.3三相雙層繞組例：Z=36，2p=4，m=3。

相帶極對數(shù)AZBXCY第一對極123456789101112131415161718第二對極192021222324252627282930313233343536

三相雙層繞組電路圖變壓器的繞組與交流電動(dòng)機(jī)的繞組有何區(qū)別？問題4.4正弦分布磁場下的繞組感應(yīng)電動(dòng)勢分析路線是：導(dǎo)體電動(dòng)勢線圈電動(dòng)勢1匝、Nc匝線圈組電動(dòng)勢相電動(dòng)勢1.導(dǎo)體電動(dòng)勢(1)電動(dòng)勢的波形若氣隙磁場在空間按正弦波分布其最大磁密為Bml

;(2)正弦電動(dòng)勢的頻率感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率：同步轉(zhuǎn)速：(3)導(dǎo)體電動(dòng)勢的有效值S2.匝電動(dòng)勢、短距系數(shù)整距線圈的電動(dòng)勢整距線匝電動(dòng)勢：整距線匝電動(dòng)勢有效值：N短距線圈的電動(dòng)勢短距線匝電動(dòng)勢：短距線匝電動(dòng)勢有效值：短距系數(shù)：ky1≤1表示整距線圈變成短距線圈時(shí)電動(dòng)勢的減小程度。3.線圈電動(dòng)勢（匝數(shù)為NC匝線圈）4.線圈組電動(dòng)勢、分布系數(shù)每個(gè)線圈組都由q個(gè)線圈串聯(lián)組成，若q個(gè)線圈為集中繞組時(shí),各線圈電動(dòng)勢大小相等、相位相同，線圈組電動(dòng)勢為:若q個(gè)線圈為分布繞組，放在q個(gè)槽內(nèi)，各線圈相位相差槽距角α電角度，各線圈電動(dòng)勢大小相同，相位相差也是槽距角α電角度，這時(shí)線圈組的電動(dòng)勢等于q個(gè)相臨線圈電動(dòng)勢的相量和。現(xiàn)在我們以三相四極36槽的交流繞組為例，來進(jìn)行分析。此時(shí)，槽距角每極每相槽數(shù)由算出的參數(shù)可做出相量圖：由圖可知，線圈組電動(dòng)勢為：kq1≤1表示集中線圈變成分布線圈時(shí)電動(dòng)勢的減小程度。式中kN1=kq1×ky1

是繞組系數(shù)，表示集中整距線圈變成短距分布線圈時(shí)電動(dòng)勢的減小程度。5.相電動(dòng)勢在多極電機(jī)中每相繞組均由處于不同極下一系列線圈組構(gòu)成，這些線圈組既可串聯(lián)，也可并聯(lián)。此時(shí)繞組的相電動(dòng)勢等于此相每一并聯(lián)支路所串聯(lián)的線圈組電動(dòng)勢之和。如果設(shè)每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)（即每一并聯(lián)支路的總匝數(shù)）為N，每相并聯(lián)支路數(shù)為a時(shí)，相電動(dòng)勢為：變壓器的繞組與交流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢有何區(qū)別問題4.5在非正弦分布磁場下電動(dòng)勢中的高次諧波及其削弱方法一般在電機(jī)中，磁極磁場并非是正弦波，因此在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出的電動(dòng)勢也并非是正弦波，除了基波外還存在一系列諧波。1.感應(yīng)電動(dòng)勢中的高次諧波磁極磁場沿電機(jī)電樞表面一般呈平頂波形，應(yīng)用傅立葉級數(shù)將其分解為基波和一系列奇次諧波，第1第3和第5次等諧波。由于基波和高次諧波都是空間波，所以磁密波也為空間波。高次諧波電動(dòng)勢產(chǎn)生的不良影響：2.諧波電動(dòng)勢的削弱方法（5）使感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生附加損耗和附加轉(zhuǎn)矩，影響其運(yùn)行性能。（2）使電機(jī)本身的附加損耗增加，效率降低，溫升增高；（3）使輸電線上的線損增加，并對鄰近的通信線路或電子裝置產(chǎn)生干擾；（1）使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢波形變壞；（4）可能引起輸電線路的電感和電容發(fā)生諧振，產(chǎn)生過電壓；為了盡量減少上述問題產(chǎn)生，我們就應(yīng)該采取一些方法來盡量削弱電動(dòng)勢中的高次諧波，使電動(dòng)勢波形接近于正弦。消弱諧波電動(dòng)勢的方法：（1）使氣隙磁場沿電樞表面的分布盡量接近正弦波形。氣隙設(shè)計(jì)的不均勻，使磁極中心氣隙最小，邊緣最大。（2）采用三相對稱的繞組對稱三相繞組無論是星星或三角形連接，線電動(dòng)勢中不存在3次諧波。因?yàn)槿嚯妱?dòng)勢的相位相同，互相抵消。（3）用短距繞組來削弱高次諧波電動(dòng)勢。（4）采用分布繞組削弱高次諧波電動(dòng)勢。例：q=3時(shí)，kq1=0.96，kq5=0.21，kq7=0.1774.6單相繞組的磁動(dòng)勢每個(gè)氣隙上的磁動(dòng)勢為：為了簡化分析過程，作出下列假設(shè)：（1）槽內(nèi)導(dǎo)體(電流)集中在槽中心處；（2）繞組中的電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。（3）鐵心不飽和，鐵心中磁壓降可忽略不計(jì)（即認(rèn)為磁動(dòng)勢全部降落在氣隙上）。（4）轉(zhuǎn)子呈圓柱形，氣隙均勻；1.整距集中繞組的磁動(dòng)勢設(shè)氣隙均勻，通以正弦交流電流Nc匝，則從圖中我們可以看到電機(jī)中每條磁力線路徑所包圍的電流都等于Ncic，其中Nc為線圈匝數(shù)，ic為導(dǎo)體中流過的電流。由于忽略了鐵心上的磁壓降，所以總的磁動(dòng)勢Ncic可認(rèn)為是全部降落在兩段氣隙中，每段氣隙磁動(dòng)勢的有效值為。從圖中可以看到，整距線圈的磁動(dòng)勢在空間中的分布為一矩形波。當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化時(shí)，矩形波的幅值也隨時(shí)間按照正弦規(guī)律變化。由此看來，這個(gè)磁動(dòng)勢既和空間位置有關(guān)，又和時(shí)間有關(guān)。我們把這種空間位置不變，而幅值隨時(shí)間變化的磁動(dòng)勢叫做脈振磁動(dòng)勢。若線圈流過的電流為氣隙磁動(dòng)勢為式中Fcm為磁動(dòng)勢的最大值。

按照富立葉級數(shù)分解的方法可以把矩形波分解為基波和一系列諧波。基波磁動(dòng)勢表達(dá)式為:基波幅值為：高次諧波的幅值為整距繞組基波磁動(dòng)勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，空間每一點(diǎn)的磁動(dòng)勢大小按正弦規(guī)律變化——仍然為脈動(dòng)磁動(dòng)勢。2.整距分布繞組的磁動(dòng)勢

由q個(gè)線圈構(gòu)成的線圈組，由于線圈與線圈之間錯(cuò)開一個(gè)槽距角，稱為分布繞組。

取單個(gè)線圈的基波進(jìn)行分析（為正弦脈振磁勢），q個(gè)正弦脈振磁勢在空間也依次錯(cuò)開一個(gè)槽距角；線圈組的磁勢為：3.雙層短距繞組的磁動(dòng)勢繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢與繞組中的電流有關(guān)，繞組的連接方式無關(guān)。雙層整距繞組可以等效為兩個(gè)整距單層繞組。兩個(gè)等效單層繞組在空間分布上錯(cuò)開一定的角度，這個(gè)角度等于短距角；雙層短距繞組的磁動(dòng)勢等于錯(cuò)開一個(gè)短距角的兩個(gè)單層繞組的磁勢在空間疊加?；ɡ@組的幅值為是繞組的基波短距系數(shù)；4.分布短距繞組的磁動(dòng)勢繞組又是分布、又是短距繞組時(shí)短距系數(shù)kq1和分布系數(shù)ky1同時(shí)存在。kw1=kq1ky1---繞組系數(shù)；相繞組的磁動(dòng)勢不是一相繞組的總磁動(dòng)勢，而是一對磁極下該相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢。對單層繞組而言，就是q個(gè)線圈產(chǎn)生的磁動(dòng)勢。5.相繞組的磁動(dòng)勢極對數(shù)為p，每極每相槽數(shù)為q的雙層短距繞組，每個(gè)線圈組有q個(gè)線圈，如每個(gè)線圈的匝數(shù)為Ny，則一個(gè)相繞組每對極下線圈匝數(shù)是2qNy。如相繞組的串聯(lián)總匝數(shù)為N，應(yīng)有下列關(guān)系相繞組磁動(dòng)勢的幅值4.7三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢三相繞組的合成磁動(dòng)勢是研究交流電機(jī)的基礎(chǔ)。由于基波磁動(dòng)勢對電機(jī)的性能有決定性的影響，因此首先分析基波磁動(dòng)勢。三相繞組合成磁動(dòng)勢的數(shù)學(xué)分析法：三相交流電機(jī)中三相繞組是對稱的，即A、B、C三相繞組的軸線空間相差120°電角度，因此產(chǎn)生的磁動(dòng)勢空間也相差120°電角度。根據(jù)三角函數(shù)可以寫為：將上式中三相定子繞組磁動(dòng)勢相加，得到合成磁動(dòng)勢三相合成磁動(dòng)勢基波的性質(zhì)：性質(zhì)1：三相合成磁動(dòng)勢的基波是一個(gè)波幅恒定不變的旋轉(zhuǎn)波。性質(zhì)2：電流在時(shí)間上經(jīng)過多少電角度，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢在空間轉(zhuǎn)過同樣的電角度。性質(zhì)3：旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢基波的旋轉(zhuǎn)電角度等于交流電流角頻率。性質(zhì)4：旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢基波的旋轉(zhuǎn)方向與電流的相序有關(guān)。性質(zhì)5：如果改變電流的相序，則旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢改變方向。從以上公式看出，單相繞組的磁動(dòng)勢可以分解為幅值相同，轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。4.8圓形和橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢三相交流電機(jī)中三相對稱繞組通過三相對稱電流時(shí)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。三相交流電機(jī)中三相繞組不對稱或通過的三相電流不對稱時(shí)產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。三相對稱繞組通入三相對稱電流，產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢是一個(gè)幅值恒定不變的圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，它有以下主要性質(zhì)：(1)幅值是單相脈動(dòng)磁動(dòng)勢最大幅值的3/2倍。(2)轉(zhuǎn)向由電流相序決定,從超前電流相轉(zhuǎn)到載有滯后電流相。(3)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電流的頻率和電機(jī)的磁極對數(shù)(4)當(dāng)某相電流達(dá)最大值時(shí),旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的波幅位置剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線位置上。

產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢的條件：一是三相或多相對稱繞組；二是三相或多相對稱電流。兩個(gè)條件有一個(gè)不滿足，即產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。4.10交流電機(jī)的主磁通和漏磁通主磁通又稱為氣