1、10-1 交流電機(jī)的工作原理，對繞組的基本要求 10-2 三相單層分布繞組 10-3 三相雙層繞組 10-4 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢,第十章 交流電機(jī)的繞組和電動(dòng)勢,第十章 交流電機(jī)的繞組和電動(dòng)勢,基本要求： 1.了解交流繞組的基本概念 2.掌握利用電動(dòng)勢星形相量圖分析三相繞組的方法 3.掌握三相單層分布繞組和三相雙層疊繞組的連接規(guī)律 4.理解基波繞組因數(shù)的物理意義，掌握交流繞組基波電動(dòng)勢的計(jì)算,1.交流電機(jī)的基本工作原理,交流電機(jī),1）同步電機(jī)的基本工作原理 結(jié)構(gòu) 定子：定子鐵心和三相對稱交流繞組 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和勵(lì)磁繞組,10-1 交流電機(jī)的工作原理，對繞組的基本要求,同步發(fā)電機(jī)的工作原理：

2、給勵(lì)磁繞組通以直流電流，電機(jī)中產(chǎn)生磁場；原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以恒速旋轉(zhuǎn)，磁場與定子導(dǎo)體之間存在相對運(yùn)動(dòng)，定子繞組中感應(yīng)產(chǎn)生交流電動(dòng)勢。,頻率：,波形：取決于氣隙磁密的波形,同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速,n1稱為同步轉(zhuǎn)速。,三相電動(dòng)勢波形,導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢,大?。?方向：用右手定則確定,2）異步電機(jī)的基本工作原理,結(jié)構(gòu) 定子：定子鐵心和三相對稱交流繞組 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心和閉合的交流繞組,鼠籠型異步電動(dòng)機(jī),三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理：,異步電機(jī)：nn1,定子三相繞組接三相對稱交流電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為n1的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場; 旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢； 轉(zhuǎn)子繞組中有電流流過； 轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體和旋轉(zhuǎn)磁場作用

3、產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)。,2.對交流繞組的基本要求,（1）在導(dǎo)體數(shù)一定的條件下，能得到較大的基波電動(dòng)勢和基波磁動(dòng)勢。 （2）電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢波形應(yīng)盡量接近正弦波，即諧波分量較小。 （3）在三相電機(jī)中，三相繞組的電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢要對稱，電阻、電抗要彼此相等。 （4）用銅量少。 （5）具有足夠的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度， （6）運(yùn)行中有較好的散熱性能。 （7）制造工藝簡單，維修方便。,3.交流繞組的分類,按相數(shù)：單相繞組、兩相繞組、三相繞組、多相繞組 按槽內(nèi)層數(shù)：單層繞組（等元件式、鏈?zhǔn)?、同心式和交叉式）、雙層繞組（疊繞組、波繞組） 按每極每相槽數(shù)：整數(shù)槽、分?jǐn)?shù)槽,4.交流繞組的基本概念,1）線

4、圈 線圈是構(gòu)成交流繞組的基本單元，它由一匝或多匝串聯(lián)而成。,2）電角度,計(jì)量電磁關(guān)系的角度稱為電角度。從電磁觀點(diǎn)看，一對磁極占有的空間電角度為360。 空間電角度=極對數(shù)p空間機(jī)械角度,3）極距 一個(gè)磁極在定子鐵心內(nèi)圓表面所占的距離，通常用槽數(shù)或長度表示。,式中， Q為定子總槽數(shù)，D為定子內(nèi)圓的直徑。,或,4）線圈節(jié)距 y1 一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊在定子內(nèi)圓所跨的距離，用所占槽數(shù)表示。,y1 長距繞組,5）槽距角 相鄰兩槽之間相距的空間電角度。,Q=36，2p=4,7）每極每相槽數(shù)q 每個(gè)極面下每相占有的槽數(shù)。 已知電機(jī)的總槽數(shù)Q、極對數(shù)p和相數(shù)m，則,6）相帶 每相繞組在每個(gè)極面下連續(xù)占有的空

5、間地帶。,60相帶：將一個(gè)極面分成 3等份，每份占有60電角度。 120相帶：將一對極面分成 3等份，每份占有120電角度。,10-2 三相單層分布繞組,單層繞組：每個(gè)槽內(nèi)只放置一個(gè)線圈邊，線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半。 例10-1 一臺三相交流電機(jī)，定子繞組為三相單層分布繞組，已知電機(jī)的極對數(shù)p=2，槽數(shù)Q=24，每相并聯(lián)支路數(shù)a=1，試?yán)L出其繞組展開圖。,1.計(jì)算參數(shù),槽距角,極距,2.繪制電動(dòng)勢星形相量圖,每極每相槽數(shù),13,16,14,17,15,槽導(dǎo)體電動(dòng)勢星形圖（p=2，m=3，Q=24）,3.按60相帶法分相,分相的原則：每相電動(dòng)勢最大，且三相電動(dòng)勢對稱。,A相帶： 1、2；13、14

6、X相帶： 7、8；19、20,A,X,B,Y,C,Z,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24,4.繪制繞組展開圖,單層繞組：每對極下屬于一相的q個(gè)線圈按電動(dòng)勢相加的原則串聯(lián)成一個(gè)線圈組。每相共有p個(gè)線圈組。,A相帶： 1、2；13、14 X相帶： 7、8；19、20,1）單層等元件式繞組,每相并聯(lián)支路數(shù)a=1，屬于A相的p個(gè)線圈組按電動(dòng)勢相加的原則串聯(lián)，即按“尾接頭”的方法相連。,每相并聯(lián)支路數(shù)a=p，屬于A相的p個(gè)線圈組按“頭接頭、尾接尾”的方法并聯(lián)。,最大并聯(lián)支路數(shù)amax= p,每相并聯(lián)支路數(shù)a=2,1

7、）單層等元件式繞組,2）單層鏈?zhǔn)嚼@組,單層鏈?zhǔn)嚼@組由形狀、幾何尺寸和節(jié)距都相同的線圈連接而成，適用于q=2、極數(shù)較多的小型異步電動(dòng)機(jī)。,5.單層分布繞組的特點(diǎn),每個(gè)槽內(nèi)只有一個(gè)線圈邊，線圈數(shù)等于Q/2。 每相有p個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組由q個(gè)線圈串聯(lián)而成。,每相串聯(lián)匝數(shù)為 。,6.單層分布繞組的優(yōu)缺點(diǎn),槽內(nèi)只有一個(gè)線圈邊，嵌線方便。 無層間絕緣，槽的利用率高。 不能利用短矩來削弱電動(dòng)勢和磁動(dòng)勢中的高次諧波。,10-3 三相雙層繞組,雙層繞組：每槽中有兩個(gè)線圈邊，分為上下兩層放置。線圈數(shù)等于槽數(shù)。 雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)： （1）可采用短距，改善電動(dòng)勢、磁動(dòng)勢的波形； （2）線圈尺寸相同，便于制造； （3）

8、端部排列整齊，有利于散熱和增加機(jī)械強(qiáng)度。 雙層繞組的分類：疊繞組、波繞組 雙層繞組的應(yīng)用場合：10kW以上交流電機(jī)的定子繞組,例10-2 一臺三相交流電機(jī)，定子繞組為雙層疊繞組，定子槽數(shù)Q=36，極對數(shù)p=2，節(jié)距y1=7，并聯(lián)支路數(shù)a=1，試?yán)L制電動(dòng)勢星形圖和繞組展開圖。,1.計(jì)算參數(shù),極距,槽距角,每極每相槽數(shù),2.繪制電動(dòng)勢星形圖,對于雙層繞組，基波電動(dòng)勢星形相量圖中的每一個(gè)相量代表各短距線圈的基波電動(dòng)勢相量。,Q=36，p=2，q=3，=20,3.按60相帶法分相,A相帶：線圈1,2,3； 線圈19,20,21 X相帶：線圈10,11,12； 線圈28,29,30,19,20,A,X,

9、B,Y,C,Z,4.繪制繞組展開圖,A相帶：線圈1, 2, 3； 19, 20, 21 X相帶：線圈10, 11, 12；28, 29, 30,y1=7,雙層繞組：每相在每個(gè)極下屬于同一相帶的q個(gè)線圈串聯(lián)起來組成一個(gè)線圈組。每相共有2p個(gè)線圈組。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36,4.繪制繞組展開圖,最大并聯(lián)支路數(shù)amax= 2p,每相并聯(lián)支路數(shù)a=1，屬于A相的2p個(gè)線圈組按電動(dòng)勢相加的原則串聯(lián)，即按“頭接頭、尾接尾”的方法相連。

10、,5.雙層疊繞組的特點(diǎn),每個(gè)槽內(nèi)放置上下兩個(gè)線圈邊，線圈數(shù)等于槽數(shù)Q； 每相有2p個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組由q個(gè)線圈串聯(lián)而成； 最大并聯(lián)支路數(shù)amax=2p；,每相串聯(lián)匝數(shù) 。,10-4 交流繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢,1.導(dǎo)體的基波電動(dòng)勢 2.整距線圈的基波電動(dòng)勢 3.短距線圈的基波電動(dòng)勢和基波節(jié)距因數(shù) 4.線圈組的基波電動(dòng)勢和基波分布因數(shù) 5.相電動(dòng)勢和線電動(dòng)勢 6.感應(yīng)電動(dòng)勢中的高次諧波,1.導(dǎo)體的基波電動(dòng)勢,1）電動(dòng)勢的波形,取原點(diǎn)在轉(zhuǎn)子上b=0處，則基波氣隙磁密,假設(shè)t=0時(shí)，導(dǎo)體A位于=0處，則當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，導(dǎo)體A位于=t處，,2）電動(dòng)勢的頻率,3）電動(dòng)勢的有效值,2.整距線圈的基波電動(dòng)勢,整距

11、線匝的基波電動(dòng)勢相量為,整距線匝基波電動(dòng)勢的有效值為,線圈有NK匝，則整距線圈基波電動(dòng)勢的有效值為,3.短距線圈的基波電動(dòng)勢及基波節(jié)距因數(shù),短距線圈的節(jié)距用電角度 表示時(shí)，為,短距線匝的基波電動(dòng)勢為,短距線匝基波電動(dòng)勢的有效值為,線圈有 NK 匝，則線圈的基波電動(dòng)勢為,kp1的物理意義：線圈采用短距時(shí)，基波電動(dòng)勢比整距時(shí)應(yīng)打的折扣。,式中， 稱為基波節(jié)距因數(shù)。,4.線圈組的基波電動(dòng)勢及基波分布因數(shù),每個(gè)線圈組都由q個(gè)在空間互差一個(gè)槽距角的線圈串聯(lián)組成，線圈組的基波電動(dòng)勢為,式中，r為外接圓的半徑。,線圈的基波電動(dòng)勢為,式中， 稱為基波分布因數(shù)。,kd1的物理意義：繞組采用分布線圈時(shí)，基波電動(dòng)勢

12、比采用集中線圈時(shí)應(yīng)打的折扣。,線圈組的基波電動(dòng)勢為,式中，qNK q個(gè)線圈的總匝數(shù)；,基波繞組因數(shù)。,kdp1的物理意義：考慮繞組的短距和分布影響時(shí)，繞組的基波電動(dòng)勢與整距集中繞組比較應(yīng)打的總折扣。,5.相電動(dòng)勢和線電動(dòng)勢,1）單層繞組,每相有p個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組由q個(gè)線圈串聯(lián)而成，若并聯(lián)支路數(shù)為a，則一相繞組基波電動(dòng)勢的有效值為,式中， 為單層繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)。,2）雙層繞組,每相有2p個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組由q個(gè)線圈串聯(lián)而成，若并聯(lián)支路數(shù)為a，則一相繞組基波電動(dòng)勢的有效值為,式中， 為雙層繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)。,一相繞組基波電動(dòng)勢的有效值為,星形連接：,三角形連接：,3）線電動(dòng)勢,式中，N

13、1 為繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)。,6.感應(yīng)電動(dòng)勢中的高次諧波,1）高次諧波電動(dòng)勢 諧波磁場的性質(zhì),極距,極對數(shù),轉(zhuǎn)速,諧波電動(dòng)勢的頻率,槽距角,諧波電動(dòng)勢的有效值,式中， 為v次諧波繞組因數(shù)； v為v次諧波每極磁通量。,2）考慮諧波電動(dòng)勢時(shí)相電動(dòng)勢的有效值,計(jì)算表明：,3）諧波電動(dòng)勢的危害 電動(dòng)勢中如存在高次諧波，將使電動(dòng)勢波形變壞，產(chǎn)生很多不良影響： 電機(jī)的附加損耗增大，效率下降，溫升增加。 高次諧波產(chǎn)生的電磁場對鄰近的通訊線路產(chǎn)生干擾。 產(chǎn)生有害附加轉(zhuǎn)距，造成電機(jī)運(yùn)行性能變壞。,4）諧波電動(dòng)勢的削弱方法,通過減小kdpv或v可降低E v。,4）諧波電動(dòng)勢的削弱方法,采用短距繞組,取2K=v1，則

14、,采用節(jié)距 可消除v次諧波。,采用分布繞組 一般取2q 6。,當(dāng)q=6時(shí)，kq1=0.9561，kq3=0.6440，kq5=0.1927。,改善主磁場的分布,利用三相繞組的聯(lián)結(jié)來消除線電動(dòng)勢中的3次及其倍數(shù)次諧波,改善主磁場的分布,利用三相繞組的聯(lián)結(jié)來消除線電動(dòng)勢中的3次及其奇次倍諧波 三相繞組采用Y接，可以消除線電動(dòng)勢中的3次及其奇次倍諧波。 三相繞組采用接，可以消除線電動(dòng)勢中的3次及其奇次倍諧波。但在閉合的三角形內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生3次及其奇次倍諧波環(huán)流，引起附加損耗，導(dǎo)致溫升增加和效率降低。,小 結(jié),1.對交流繞組的基本要求是在導(dǎo)體數(shù)一定時(shí)能獲得較大的基波電動(dòng)勢(磁動(dòng)勢)，電動(dòng)勢（磁動(dòng)勢）接近正弦波，三相繞組的電動(dòng)勢（磁動(dòng)勢）對稱。 2. 電動(dòng)勢星形相量圖是分析交流繞組最基本的一種方法，先利用它分相，然后按電動(dòng)勢相加的原則連接繞組。 繞組的基本參數(shù)：,3.交流繞組的形式很多，通常小功率交流電機(jī)多采用單層繞組，功率較大的交流電機(jī)多采用雙層短距繞