1、第四章 交流電機(jī)繞組電動勢及磁動勢4.1 交流電機(jī)的繞組一、交流繞組的基本知識（一）構(gòu)成原則 1. 合成電動勢和合成磁動勢的波形要接近正弦形（基波、諧波）2. 三相繞組對稱（節(jié)距、匝數(shù)、線徑相同、空間互差電角度）（即保證各相電動勢磁動勢對稱，電阻電抗相同）3. 銅耗減小，用銅量減少。4. 絕緣可靠、機(jī)械強(qiáng)度高、散熱條件好、制造方便（二）交流繞組的分類1. 按相數(shù)分為：單相、三相、多相2. 按槽內(nèi)層數(shù)分為：單層（同心式、鏈?zhǔn)?、交叉式）、雙層（疊繞組、波繞組）、單雙 層3.按每極每相槽數(shù)q分為：整數(shù)槽、分?jǐn)?shù)槽（三）基本概念1.極距：2.線圈節(jié)距y： 整距y=； 短距y。3.槽距角（電角度）： 4.

2、每極每相槽數(shù)q: 5. 電角度=p360=p機(jī)械角度計(jì)量電磁關(guān)系的角度稱為電角度（電氣角度）。電機(jī)圓周在幾何上占有角度為，稱為機(jī)械角度。而從電磁方面看，一對磁極占有空間電角度為。一般而言，對于p對極電機(jī)，電角度=p機(jī)械角度。6.并聯(lián)支路數(shù)a7.相帶：60度相帶將一個磁極分成m份，每份所占電角度 120度相帶將一對磁極分成m份，每份所占電角度8.極相組將一個磁極下屬于同一相（即一個相帶）的q個線圈，按照一定方式串聯(lián)成一組，稱為極相組（又稱為線圈組）。9.線圈組數(shù) = 線圈個數(shù)/ q例：下圖是一臺三相同步發(fā)電機(jī)的定子槽內(nèi)導(dǎo)體沿電樞內(nèi)圓周的分布情況，已知2p=4,電樞槽數(shù)Z=24,轉(zhuǎn)子磁極逆時(shí)針方向

3、旋轉(zhuǎn)，試?yán)L出槽電動勢星形圖。解：先計(jì)算槽距角： 設(shè)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極磁場的磁通密度沿電機(jī)氣隙按正弦規(guī)律分布，則當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，均勻分布在定子圓周上的導(dǎo)體切割磁力線，感應(yīng)出電動勢。由于各槽導(dǎo)體在空間電角度上彼此相差一個槽距角，因此導(dǎo)體切割磁場有先有后，各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動勢彼此之間存在著相位差，其大小等于槽距角。 從槽電動勢星形圖上我們可以看出： 槽電動勢星形圖的一個圓周的距離使用電角度3600，即一對磁極的距離。所以，112號相量和1324重合。一般來說,當(dāng)用相量表示各槽的導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢時(shí),由于一對磁極下有Z/P個槽,因此一對磁極下的Z/P個槽電動勢相量均勻分布在3600的范圍內(nèi),構(gòu)成一

4、個電動勢星形圖.二、三相雙層繞組1、特點(diǎn)：每個槽內(nèi)放置上下兩個線圈邊線圈個數(shù)等于槽數(shù)（定子）線圈組個數(shù) = 每相線圈組數(shù)每個線圈匝數(shù)為=每槽導(dǎo)體數(shù)/2每個線圈組的匝數(shù)為*q每相串聯(lián)匝數(shù)N=（即每極每條支路的匝數(shù)）2、優(yōu)點(diǎn)： 可采用短距，改善電動勢、磁動勢的波形線圈尺寸相同，便于繞制端部排列整齊，利于散熱機(jī)械強(qiáng)度高3、分類疊繞組相鄰兩個串聯(lián)繞組中，后一個繞組疊加在前一個線圈上主要缺點(diǎn)在于：嵌線較困難，特別是一臺電機(jī)的最后幾個線圈；線圈組間連線較多，極數(shù)多時(shí)耗銅量較大。一般10KW以上的中、小型同步電機(jī)和異步電機(jī)及大型同步電機(jī)的定子繞組采用雙層疊繞組。波繞組兩個相連接的線圈成波浪式前進(jìn)例：三相交流

5、電機(jī)Z=24，2p=4，試?yán)L制a=2的三相雙層疊繞組展開圖。解：（1）先計(jì)算：（2）畫出電動勢星形圖（3）分相（4）繪制繞組展開圖:將同一磁極下屬于同一相帶的線圈依次連成一個線圈組則A相可得四個線圈組，分別為1-2，7-8，13-14，19-20。同理B、C兩相也各有4個線圈組。四個線圈組的電動勢的大小相等，但同一相的兩個相帶中的線圈組電動勢相位相反 .疊繞組展開圖三、三相單層繞組1、特點(diǎn)：每個槽內(nèi)只有一個線圈邊線圈個數(shù)等于Q1/2線圈組個數(shù)= Q1/2q每相線圈組的個數(shù)= p （60相帶時(shí)）每個線圈匝數(shù)Nc=每槽導(dǎo)體數(shù)每個線圈組的匝數(shù)qNc每相串聯(lián)匝數(shù)N=每相總的串聯(lián)匝數(shù)/a = pqNc

6、/ a = 定子總導(dǎo)體數(shù)/2ma（ 即每條支路的匝數(shù)）2、優(yōu)點(diǎn)： 嵌線方便槽的利用率高不能做成短距（電氣性能）波形差3、分類同心式繞組由不同節(jié)距的同心線圈組成鏈?zhǔn)嚼@組由相同節(jié)距的同心線圈組成交叉式繞組采用不等距的線圈組成，節(jié)省銅線4.2交流電機(jī)繞組的電動勢一、一根導(dǎo)體的電動勢1.電動勢頻率：2.電動勢波形：由e=BLV可知，由氣隙磁密沿氣隙分布的波形決定； 3.基波電動勢大小： 式中：為每個磁極基波電動勢的大小。二、線匝電動勢及短矩系數(shù) ，短矩系數(shù)： 三、線圈電動勢設(shè)線圈為Nc匝數(shù)，則有：四、線圈組電動勢及分布系數(shù) q個線圈組成，集中繞組： 分布繞組：分布系數(shù)： 繞組系數(shù)： 五、 相電動勢和線

7、電動勢1. 設(shè)一相繞組的串聯(lián)匝數(shù)為N（即一條支路的串聯(lián)匝數(shù)）則一相的感應(yīng)電動勢 對于單層繞組，因?yàn)槊肯嘤衟個線圈組所以每相串聯(lián)匝數(shù)N = 對于雙層繞組，因?yàn)槊肯嘤?p個線圈組所以每相串聯(lián)匝數(shù)N = 式中:a為并聯(lián)支路數(shù)若已知定子槽數(shù)為，每槽導(dǎo)體數(shù)為Z，則電機(jī)總導(dǎo)體數(shù)為，電機(jī)總匝數(shù)為每相全部線圈串聯(lián)匝數(shù)為，每相支路串聯(lián)匝數(shù)N=2. 線電動勢（星接時(shí)，角接時(shí)=）六、感應(yīng)電動勢中的高次諧波因?yàn)榇艌霾ㄐ蜗鄬τ诖艠O中心線左右對稱，所以諧波磁場中無偶次諧波，故=3，5，7，9，111、諧波電動勢諧波磁場的極對數(shù)：p =p p基波磁場的極對數(shù)諧波磁場的極距： =/ 基波磁場的極距諧波磁場的槽距角：d =d

8、基波磁場的槽距角諧波磁場的轉(zhuǎn)速：nr = ns主磁極的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）諧波感應(yīng)電動勢的頻率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1諧波感應(yīng)電動勢的節(jié)距因數(shù)kpv 諧波感應(yīng)電動勢的分布因數(shù)kdv諧波感應(yīng)電動勢的繞組因數(shù)kwv= kpv kdv諧波電動勢（相值）Ev = 4.44 fNRwrr2、齒諧波電動勢齒諧波諧波次數(shù)v與一對極下的齒數(shù)Q1/p具有特定關(guān)系的諧波即v = Q1/p1=2mq1的諧波齒諧波的特點(diǎn)kWV（V=2mq1）= kW13、諧波的相電動勢和線電動勢E = ELEL中三次及3的倍數(shù)次諧波。因?yàn)?k次諧波電動勢同相位、幅值相同，所以星接時(shí)線電動勢為零角接時(shí)產(chǎn)生

9、環(huán)流，環(huán)流產(chǎn)生的壓降恰好被抵消。4.諧波的弊害. 使電動勢波形變壞，發(fā)電機(jī)本身能耗增加，從而影響用電設(shè)備的運(yùn)行性能干擾臨近的通訊線路七、消除諧波電動勢的方法因?yàn)镋v=4.44fNRwvv所以通過減小KWr或r可降低Er1. 采用短距繞組 基波f次諧波 則 取 消除次諧波電勢例如：5、7次諧波，選2. 采用分布繞組，降低。3. 改善主磁場分布4. 斜槽或斜極5. 其他措施4.3 交流電機(jī)繞組的磁動勢電機(jī)是一種利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，而這種能量轉(zhuǎn)換必須有磁場的參與，因此，研究電機(jī)就必須研究分析電機(jī)中磁場的分布及性質(zhì),不論是定子磁動勢還是轉(zhuǎn)子磁動勢，它們的性質(zhì)都取決于產(chǎn)生它們的電流的類

10、型及電流的分布，而氣隙磁通則不僅與磁動勢的分布有關(guān)，還和所經(jīng)過的磁路的性質(zhì)和磁阻有關(guān)。同步電機(jī)的定子繞組和異步電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組均為交流繞組，而它們中的電流則是隨時(shí)間變化的交流電，因此，交流繞組的磁動勢及氣隙磁通既是時(shí)間函數(shù)，又是空間的函數(shù)。一、整距集中繞組的磁動勢設(shè)氣隙均勻，通以正弦交流電流，Nc匝，則 每個氣隙上的磁動勢為：結(jié)論：波形：矩形波； 脈動磁動勢：空間位置固定、幅值大小和方向隨時(shí)間而變化的磁動勢。分解： 其中：用電角度表示的空間距離。 基波磁動勢的幅值： 次諧波磁勢的幅值： 基波磁動勢的性質(zhì)：按正弦規(guī)律變化的脈動磁動勢。二、分布繞組的磁勢1.整距分布繞組的磁勢（q個） 2.雙層短矩分布繞組的基波磁動勢 三、單相繞組的磁動勢相電流為I、每相串聯(lián)匝數(shù)N、繞組并聯(lián)支路數(shù)a、則單相磁動勢為：單相脈動磁動勢的分解 結(jié)論：兩個磁動勢的性質(zhì)：圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢； 幅值為單相磁動勢幅值的一半； 轉(zhuǎn)速： 即：一個脈動磁勢可以分解為兩個大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。四、通有對稱的三相電流時(shí)三相繞組的磁動勢1、圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢數(shù)學(xué)法： 分解后相加的三相合成磁動勢為：