交流电机绕组的基本理论.doc

1、第四章交流电机绕组的基本理论41 交流绕组的基本要求1电势和磁势波形接近正弦，各谐波分量要小。2三相绕组基波电势、基波磁势对称。3在导体数一定时，获得较大的基波电势和基波磁势。4节省有效材料，绝缘性能好，机械强度高，散热条件好。5制造工艺简单，检修方便。a. 要获得正弦波电动势或磁动势， 则根据 e=blv, 只要磁场 B 在空间按正弦规律分布，则它在交流绕组中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化。b. 用槽电势星形图保证三相绕组基波电势、基波磁势对称槽电势星形图：把电枢上各槽内导体感应电势用矢量表示，构成的图。概念：槽距角 -相邻两个槽之间的自然（机械）角度，3600Z槽距电角 -用电角度

2、来表示的相邻两个槽之间的角度，1p 3600Z电角度 -是磁场所经历的角度。c. 用 600 相带的绕组获得较大的基波电动势相带：（1）360 度的星形图圆周分成三等分，每等分占 1200，成为 120 度相带；这种分法简单，但电势相量分散，其相量和较小，获得的电动势较小。（2）若分成六等分，则称 600 相带；这种分法同样可以保证电势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。42 三相单层绕组特点：线圈数等于二分之一槽数；通常是整距绕组；嵌线方便；无层间绝缘；槽利用率高。缺点：电势、磁势波形比双层绕组差。一般用于小型（ 10kW 以下）的异步电动机。例题：一台交流电机定子槽数 z=36, 极

3、数 2p=4,并联支路数 a=1，绘制三相单层绕组展开图。解：0步骤 1绘制槽电势星形图槽距电角1p 360=200, 槽电势星形图如上图Z（注意：不是槽星形图，而是槽电势星形图）步骤 2分相、构成线圈每极每相槽数 qZ=36/4/3=3；每相在每个极2 pm下所占有的槽数。步骤 3极距Z =36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。2 p节距 y1=，整距 ; 一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。y1, 长距根据极距画磁极（笔记） ，根据节距画线圈；绘制绕组展开图。步骤 4由于相同极相组的绕组串联连接，与端部无关，可以把单层叠绕变成单层同心绕制。各线圈边连接的先后次

4、序不影响每相电势的大小， 适当改变每相线圈边的连接顺序，除了同心式外，还可以得到交叉式、链式绕组的展开图。步骤 5确定并联支路数。（一般单层绕组每相最大并联支路数等于极对数）. 本例 a=1步骤 6把属于 A相的所有极相组串联起来，形成A 相。同理可得 B、C相。A1,10 2,11 3,12 -19,28 20,29 21,30 X43 三相双层绕组 (适合 10kW 以上交流电机 )0步骤 1绘制槽电势星形图槽距电角1p 360=200, 槽电势星形图如上图Z（注意：不是槽星形图，而是槽电势星形图）步骤 2分相、构成线圈每极每相槽数 qZ=36/4/3=3；每相在每个极2 pm下所占有的槽

5、数。步骤 3极距Z =36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。2 p节距 y1=7 , 短距 ; 一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。交流绕组中，通常5 次和 7 次谐波对电势、磁势波形影响比较大，为此选择双层短距绕组，节距 y15。这里 y1=7 说明线圈的一个边放在 m6槽上层，另一边放在m+y1 槽的下层。步骤 4极相组划分（按上层边划分）步骤 5确定并联支路数。（一般双层绕组每相最大并联支路数等于极数）. 本例 a=2步骤 6展开图44 在正弦分布磁场下的绕组电动势1导体电势导体电势幅值导体电势有效值Ec1mBm1lvEc11 Bm1lv1Bm1l 2 p

6、n12Bm1lpn121 f 2.22 f 122606022匝电势、短距系数（1） 整距线匝：线匝电势为两个导体电势矢量和，. .E t1Ec1E c12E c1线匝电势有效值 Et1 2Ec14.44 f 1（2） 短距线 匝： 此时 两个 导体电 势矢 量夹 角为y1 ，根据 矢量 图得sin( 1Et1y1)2 ，合成矢2Ec1量有效值为，E t1 2E c1 s i ny1， 记Et12Ec1k y1 ， 称2y1为短距系数。k y1 s i n2其物理意义： 线圈短距时的电动势比整距时（ ky1）应打折扣。 ky11=1线 圈 有 Nc个线匝时，线圈的基波电动势为E y1N c E

7、t1 = 2Ec1 Nc ky13线圈组电势、分布系数每个线圈组由 q 个线圈串联组成， 这 q 个线圈电势的相量和就是线圈组电动势。每个线圈电动势为 Ey1，线圈间相差槽距电角 。q 个分布线圈相位关系假设如图示（笔记）则：Eq1 2R sinq 12E y1因此线圈组电动势：sin122Rsin q1sin q122Eq1Eq1 qE y11qEy1 kq1 kq1q sin1q sin1qE y122物理意义：线圈分布时的电势比集中绕组应该打的折扣。绕组系数：要打的折扣。kN1k y1 kq1它是考虑到绕组短距、分布排列后感应电动势需整距绕组 ky1=1；短距绕组 kq1=1.4相电势一

8、相绕组中一条支路所串联的线圈组电动势和就是每相电动势。.E 12 fNkN1 1 4.44 fNkN 1 1E 1 滞后磁通900N 每相绕组每条支路串联总匝数。N=电机绕组总匝数 /3a或者N2 p qN（双层） Np qN（单层）acac例题 p191-4.345 在非正弦分布磁场下电动势中的高次谐波及其削弱方法4.5.1 感应电动势中的高次谐波只要励磁磁势在气隙中产生的磁场非正弦分布， 就存在谐波。 同样，感应电动势中除了基波外还有其它高次谐波。 例如在同步电机中， 磁极磁场沿着电枢表面分布为平顶波，在磁极对称和磁密分布对称时，可以分解出基波和3、5、7、9 等高次谐波。次谐波极对数pp

9、槽距电角1次谐波极距次谐波转速nn1次谐波频率fp nf160k yy 1次谐波短距系数sin2q1s i n次谐波分布系数kq121q s i n2次谐波相电势有效值： E4.44 f Nk N高次谐波电势对基波电势的大小影响不大，主要影响到电势波形。危害包括：1）附加损耗大，效率降低，温升增高2）对邻近的通讯线路有干扰3）可能引起输电线路的电感和电容发生谐振，产生过电压4）使感应电动机产生有害的附加转矩和损耗452 削弱谐波电动势的方法1 气隙磁场分布尽量接近正弦-通过调整极靴形状或改善励磁线圈分布2 三相绕组对称 -消除 3 次及其倍数次电势谐波3 采用短距绕组 -节距缩短 ，消除 次谐

10、波。通常 y15同时削弱 5、7 次6谐波。4 采用分布绕组 -q 越大，抑制谐波电动势的效果越好。 但是 q 大会使电机成本增加。一般是q=2646 单相绕组的磁动势（脉振磁势）前面主要研究交流绕组的电动势。 现在研究磁动势。 交流电机绕组的磁势是建立电机磁场的根本。也是电机进行机电能量转换的媒介。气隙磁场可以由定子磁势建立， 可以由转子磁势建立。 当电机中定转子绕组都有电流流过时，则磁场由定转子磁势共同建立。磁势分析时，为了方便假设：1）绕组电流随着时间按正弦规律变化2）槽内导体集中于槽中心处3）忽略铁心磁压降（即磁势消耗在气隙上）4）气隙均匀460 整距线圈产生的磁势导体 -线匝 - 线

11、圈 - 线圈组（极相组） - 绕组如右图所示：假设一个 Nc 匝线圈放置在槽中，槽中每根导体流过的电流为i c,则根据H d li N c i c 再沿着箭头方向展开得下图，它是沿着空间分布的磁势，但是幅值随着电流变化-脉振磁势。若电流 i c2I cos t ，（通过两个气隙）方波磁势幅值2IN c ，方波磁势进行富氏分解，得基波磁势幅值：F42IN c ，位于轴线处。c1单边气隙幅值为：2IN cFc2方波磁势进行富氏分解，得基波磁势幅值：Fc142IN c0.9IN c2461p=1 q=1 短距绕组磁势以分析 A 相绕组为例短距绕组基波磁势幅值4 2IN c42F y1k y1N c

12、k y1 I ； 空间上位于绕组轴线处基波磁势短距系数：k y1siny12462p=1 q 1 分布短距绕组的磁动势每极每相有 q 个线圈时，这 q 个方波磁动势的基波叠加起来就是该分布绕组磁势的基波。分布短距绕组的基波磁势幅值：q1sin42422F A1 Fy1Nc k y1Iqk q1qN ck y1kq1 I ； 该基波磁势幅值位于相绕组sin 12轴线上。qNc- 每极每相串联匝数q 1sin2基波磁势分布系数： kq1q sin12463 p1q 1 一般情况下的相绕组磁动势p 对极， q 个极相组时分析如下：令 N 表示绕组每相串联总匝数，则N-每相串联匝数N/2p- 每极每相

13、串联匝数q-每极每相槽数Nc- 单个线圈匝数qNc- 每极每相串联匝数。关系式成立：qN cN变换为2qNcN代入 FA1 式中得：2 pp一般情况下相绕组磁势幅值为：22k y1 kq1I因此22 NkN1I 0.9NIFA12qNcFA1pk N1p其中，单层绕组pqNc双层绕组 N2 pNqN caa47 三相绕组的基波合成磁动势旋转磁势对称的三相绕组在空间上彼此相差 1200，三相磁势互差 1200。绕组中通入对称三相电流，其在时间上彼此相差 1200 电角度。把空间坐标的原点取在 A 相绕组的轴线上，把 A 相电流达到最大值的时刻作为时间坐标的起点，则：i A2 I c o st三相电流为i B2 I c o s2t3iC2I c o s4t3f三相绕组脉振磁势ffA1F 1 c o sc o st22B1F 1 c o sc o s t3344C1F 1 c o sc o s t33三相合成磁动势： f1 (t , )f A1f B1f C1F1 cos t三相合成磁动势基波幅值：F13F 13 2Nk N1 I1.