《電機(jī)學(xué)》ElectricalMachinery

電氣工程系第4章交流電機(jī)理論的共同問題4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類4.2三相雙層繞組4.3三相單層繞組4.4氣隙磁場(chǎng)正旋分布時(shí)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4.5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波4.6通有正旋電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)4.7通有對(duì)稱三相電流時(shí)三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)4.8三相交流繞組所產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)和相應(yīng)電抗4.9交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

交流電機(jī)概述交流電機(jī)：交流電能?機(jī)械能旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速為固定值，稱為同步轉(zhuǎn)速感應(yīng)電機(jī)，或異步電機(jī)同步電機(jī)交流電機(jī)結(jié)構(gòu)定子：同步電機(jī)與異步電機(jī)結(jié)構(gòu)幾乎完全相同鐵心三相交流繞組機(jī)殼、機(jī)座等如果FLASH無畫面，則右擊鼠標(biāo)選擇播放交流電機(jī)三相交流繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)脈振磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)及思路交流繞組的構(gòu)成原則：電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的勢(shì)波形要盡量接近正弦波，諧波含量要盡量?。蝗嗬@組的電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)要對(duì)稱，電阻、電抗要平衡；繞組利用率要高。在繞組用銅量一定時(shí)，要獲得較大的基波電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)；在電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)要求一定時(shí)，用銅量要節(jié)省，銅耗要?。唤^緣可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件好，制造方便。4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類交流繞組的分類：按繞法分類：疊繞組、波繞組按槽內(nèi)層數(shù)分類：?jiǎn)螌永@組、雙層繞組按相數(shù)分類：?jiǎn)蜗嗬@組、三相繞組、多相繞組按每極每相槽數(shù)分類：整數(shù)槽繞組、分?jǐn)?shù)槽繞組4.1交流繞組的構(gòu)成原則和分類A相軸CABZYXB相軸C相軸ABC三相交流繞組模型4.2三相雙層繞組節(jié)距y1=τ：整距線圈節(jié)距y1<τ：短距線圈節(jié)距y1>τ：長(zhǎng)距線圈疊繞組線圈波繞組線圈y1y1三相交流繞組的線圈多匝線圈單匝線圈散嵌線圈成型線圈疊繞組線圈→1個(gè)線圈

(Nc匝)→1個(gè)線圈組

(q個(gè)線圈)→

1相繞組

(2p個(gè)線圈組)→單匝線圈

(2根導(dǎo)體)1根導(dǎo)體AXNc=4q=32p=21相繞組總匝數(shù)＝2p×q×Nc極相組三相交流繞組構(gòu)成相數(shù)：m=3槽數(shù)：Q=36極數(shù)：2p=4極距：τ=Q/2p=9（槽）每極每相槽數(shù)：q=Q/2mp=τ/m=3（槽）機(jī)械角度：實(shí)際幾何角度電角度：電角度=p×機(jī)械角度槽距機(jī)械角度：α0=360°/Q=10°槽距電角度：α=p×360°/Q=20°三相繞組的基本概念相帶：每極下每相所占的區(qū)域。將360度圓周分成六等分，每等分占60度，稱為60度相帶。這種分法可以保證三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱，且合成電動(dòng)勢(shì)較大，應(yīng)用較廣。將360度圓周分成三等分，每等分占120度，稱為120度相帶，但這種分法獲得的電動(dòng)勢(shì)較小，不常用。槽電動(dòng)勢(shì)星形圖：把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用矢量表示，所構(gòu)成的星狀圖。三相繞組的基本概念1.槽電動(dòng)勢(shì)星形圖和相帶劃分以三相、四級(jí)、36槽的定子為例：分析：每極每相槽數(shù)：3相鄰兩槽間的電角度為20°（相鄰兩槽中導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位差）60°相帶繞組，對(duì)應(yīng)的槽電動(dòng)勢(shì)星形圖如圖所示：三相四極，采用雙層疊繞組形式，定子槽數(shù)為36，并聯(lián)支路數(shù)a=1.其繞組展開圖繪制過程如下：1、計(jì)算極距、每極每相槽數(shù)、槽距角：2.三相雙層疊繞組相帶槽號(hào)極

對(duì)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(duì)極下（1槽~18槽）第二對(duì)極下（19槽~36槽）分極、分相：雙層疊繞組60°相帶排列表如下：2.三相雙層疊繞組畫出A相繞組展開圖：1357911131517192123252729313335123101112192021282930雙層疊繞組的A繞組2.三相雙層疊繞組A相繞組不同的連接方式組成不同的等效電路2.三相雙層疊繞組單層繞組每槽只有一個(gè)線圈邊，整個(gè)繞組線圈總數(shù)等于總槽數(shù)的1/2。單層繞組常用在10KW以下的小型交流電機(jī)中。單層繞組包括交叉式、同心式和鏈?zhǔn)嚼@組。4.3三相單層繞組123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536AXA相繞組的連接順序?yàn)椋篈-2-10-3-11-19-12-20-28-21-29-1-30-X4.3三相單層繞組—交叉式繞組交叉式繞組由不同節(jié)距的線圈組成，主要用于q為奇數(shù)的四極或六極三相小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子中。123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536AZBCXYA相繞組的連接順序?yàn)椋篈-1-12-2-11-3-10-19-30-20-29-21-28-X4.3三相單層繞組—同心式繞組同心式繞組由不同節(jié)距的線圈組成，主要用于兩極的小型感應(yīng)電機(jī)中。123456789101112131415161718192021222324AX4.3三相單層繞組—鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組的線圈具有相同的節(jié)距，且恒為奇數(shù)，一般用在每極每相槽數(shù)為偶數(shù)的四極、六極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中。集中式繞組:集中式繞組一般僅有一個(gè)或幾個(gè)矩形框線圈組成。繞制后用紗帶包扎定型，再經(jīng)浸漆烘干處理后嵌裝在凸磁極的鐵心上；分布式繞組：采用分布式繞組的電動(dòng)機(jī)定子沒有凸性的極掌，每個(gè)磁極都是由一個(gè)或幾個(gè)線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組。集中式繞組和分布式繞組集中繞組的電動(dòng)勢(shì)EE/3E/3E/3合成電動(dòng)勢(shì)小于E分布繞組的電動(dòng)勢(shì)說明：分布繞組雖然發(fā)出的電壓小一些，但可以抑制諧波電動(dòng)勢(shì)，使得發(fā)出的電壓接近正弦波。集中式繞組和分布式繞組節(jié)距y1=9的單層整距繞組×××213456897213456897NS123456789101112131415161718（個(gè)槽）整距繞組和短距繞組節(jié)距y1=8的單層短距繞組213213NS1234567891011121314151617181整距繞組和短距繞組EE2EEE<2E整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)紅線所示為整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)說明：采用短距可以消除感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的指定次諧波。E——線圈一條邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。整距繞組和短距繞組主要內(nèi)容：正弦分布的氣隙磁場(chǎng)一根導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)單匝整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一個(gè)整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（Nc匝）一個(gè)短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（y1<τ）一個(gè)短距線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（q個(gè)線圈）一相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（2p個(gè)線圈組）三相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4.4氣隙磁場(chǎng)正弦分布時(shí)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)重點(diǎn)，記憶1.導(dǎo)體中的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4.4氣隙磁場(chǎng)正弦分布時(shí)交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)設(shè)主極磁場(chǎng)在氣隙內(nèi)按正弦規(guī)律分布，則：Oωt360°180°e1極對(duì)數(shù)123同步轉(zhuǎn)速300015001000f=50Hz同步轉(zhuǎn)速Oωt360°180°e1bOαπ2πB1Bav一根導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值E”1·y1=τE”1·E’1·E’1·-E”1·Ec1·NS一個(gè)整距線圈如果有Nc匝：2.整距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E”1·y1<τE”1·E’1·E’1·一個(gè)短距線圈如果有Nc匝：-E”1·Ec1·基波節(jié)距因數(shù)3.短距線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)集中線圈q個(gè)線圈分布線圈q個(gè)線圈α4.線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)q個(gè)線圈組成分布繞組例如q=3,相量圖如右圖所示：RRR4.線圈組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)基波分布因數(shù)基波繞組因數(shù)一個(gè)線圈組有qNC匝：一相繞組每支路有N匝：雙層繞組：N=2pqNC/a單層繞組：N=pqNC/a(N為一相繞組的總串聯(lián)匝數(shù))5.相電動(dòng)勢(shì)三角形聯(lián)結(jié)：星形聯(lián)結(jié)：變壓器相電動(dòng)勢(shì)：交流電機(jī)相電動(dòng)勢(shì)：符號(hào)含義符號(hào)含義變壓器N1一相繞組的實(shí)際匝數(shù)Φm主磁通幅值交流電機(jī)Nkw1一相繞組的等效匝數(shù)Φ1每極磁通量交流電機(jī)與變壓器相電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別和聯(lián)系同步電機(jī)的主極磁場(chǎng)氣隙中不一定是正弦分布，此時(shí)繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)除了有基波電動(dòng)勢(shì)外，還有一系列高次諧波電動(dòng)勢(shì)。1.高次諧波電動(dòng)勢(shì)2.高次諧波的危害3.高次諧波的抑制4.5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波αbOb1bb3b51.高次諧波電動(dòng)勢(shì)相電動(dòng)勢(shì)：線電動(dòng)勢(shì)：Δ連接：Ｙ連接：abcEa3·Eb3·Ec3·I3Δ·交流發(fā)電機(jī)一般采用1.高次諧波電動(dòng)勢(shì)使發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)波形變壞，影響供電質(zhì)量；使發(fā)電機(jī)附加損耗增加，效率降低，溫升增高；使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩和損耗；對(duì)附近的通訊線路產(chǎn)生電磁干擾；可能引起輸電線路的過電壓。2.高次諧波的危害改善主極磁場(chǎng)分布：使磁極磁場(chǎng)沿電樞表面盡量呈正弦波規(guī)律分布；發(fā)電機(jī)三相繞組采用Ｙ連接；采用短距繞組；采用分布繞組。3.高次諧波的抑制為了兼顧削弱5次和7次諧波電動(dòng)勢(shì)，一般取：y1≈5τ/6短距繞組削弱高次諧波kpνy1/τν18/95/64/5110.9850.9660.951510.6430.25907-1-0.3420.2590.588短距繞組削弱高次諧波kdνqν1234110.9660.960.958510.2590.2170.20571-0.259-0.177-0.158分布繞組削弱高次諧波4.6通有正弦電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)基本原理：繞組中流過電流，產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)分析方法（整距）線圈磁動(dòng)勢(shì)分布繞組磁動(dòng)勢(shì)單相（短距分布）繞組磁動(dòng)勢(shì)為便于分析所作的假設(shè)1、線圈磁動(dòng)勢(shì)通有單相交流電的單匝線圈（整距）定子取某一時(shí)刻進(jìn)行研究電流流向線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁場(chǎng)的極數(shù):2極定子的磁極性ti定子1、線圈磁動(dòng)勢(shì)氣隙磁動(dòng)勢(shì)分析沿任意一條磁力線,應(yīng)用磁路基爾霍夫定律定子展開時(shí)的氣隙磁動(dòng)勢(shì)分布1、線圈磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)極數(shù):2p=4包圍電流數(shù)氣隙磁動(dòng)勢(shì)大小用相電流表示串聯(lián)總匝數(shù)N氣隙磁動(dòng)勢(shì)1、線圈磁動(dòng)勢(shì)矩形波的分解基波磁動(dòng)勢(shì)諧波

諧波磁動(dòng)勢(shì)可以通過采取措施對(duì)其進(jìn)行抑制,故今后將不再考慮諧波磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)與電流的關(guān)系該磁場(chǎng)只與電流位置(分布)有關(guān),與哪幾個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)線圈無關(guān).有時(shí)為了研究方便,可認(rèn)為A1與X2為一個(gè)線圈.2、分布繞組的磁動(dòng)勢(shì)—雙層分布短距繞組的電流分布三相雙層疊繞組,2p=4,q=3電流流向一致繞組分解電流流出單層整距分布繞組(磁動(dòng)勢(shì)大小)③雙層分布短距繞組_磁動(dòng)勢(shì)合成3、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)即短距分布繞組時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)方程幅值通有正弦電流時(shí)單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)性質(zhì)：?jiǎn)蜗嗬@組的基波磁動(dòng)勢(shì)為脈振磁動(dòng)勢(shì)，其脈振頻率取決于電流的頻率。不同瞬間時(shí)單相繞組的基波脈振磁動(dòng)勢(shì)波形圖如下：

3、單相繞組的磁動(dòng)勢(shì)4.7通有對(duì)稱三相電流時(shí)的三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)對(duì)稱三相電流統(tǒng)一坐標(biāo)下的三個(gè)單相基波磁動(dòng)勢(shì)方程1、三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)幅值瞬時(shí)方程基波合成磁動(dòng)勢(shì)的分析不同時(shí)刻1、三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)1、三相繞組的基波合成磁動(dòng)勢(shì)5、基波合成磁動(dòng)勢(shì)的推進(jìn)速度波峰處電角速度轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)電角度同步轉(zhuǎn)速