第二篇 交流电机的共同问题

1、第二篇 交流电机的共同问题（1 1）交流绕组基本概念和构成原理）交流绕组基本概念和构成原理 （2 2）交流绕组的感应电动势的波形、频率、大小）交流绕组的感应电动势的波形、频率、大小 （3 3）交流绕组磁动势的时空概念）交流绕组磁动势的时空概念（1 1）电角度概念）电角度概念（2 2）交流绕组磁势的时空概念）交流绕组磁势的时空概念 难点内容：难点内容：重点内容：重点内容：第二篇 交流电机的共同问题2.1 2.1 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类2.2 2.2 三相双层绕组三相双层绕组2.4 2.4 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势2.6 2.6 单相绕组的磁动势单相绕组的

2、磁动势2.7 2.7 三相绕组的磁动势三相绕组的磁动势2.3 2.3 三相单层绕组三相单层绕组第二篇 交流电机的共同问题2.1 2.1 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类一、构成原则一、构成原则(1)(1)合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦形、幅值要大；弦形、幅值要大；(2)(2)对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡；电阻、电抗要平衡；(3)(3)绕组的铜耗要小，用铜量要小；绕组的铜耗要小，用铜量要小；(4)(4)绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，绝缘要可靠，机械强度、散热条

3、件要好，制造要方便。制造要方便。第二篇 交流电机的共同问题 二、分类二、分类按相数：按相数：单相和多相绕组；按槽内层数：按槽内层数：单层和双层； 按每极下每相槽数：按每极下每相槽数：整数槽和分数槽； 按绕法：按绕法：叠绕组和波绕组。第二篇 交流电机的共同问题定子铁心定子铁心第二篇 交流电机的共同问题定子绕组定子绕组第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题定子铁心和绕组定子铁心和绕组第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题横截面横截面U1X1V1Y1Z1W1U1 V1 W1X1 Y1 Z1 流出为负流出为负 流入为正流入为正 第二篇 交流电机的共同问题U V WU1X1V

4、1Y1Z1W1i1 = Imsin ti2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 时时i1 = 0，i2 0， i3 0NSIm tOi1第二篇 交流电机的共同问题 t = 0O 时时i1 = 0，i2 0， i30U1X1V1Y1Z1W1NS t = 120O 时时i10，i2 = 0，i3 0U1X1V1Y1Z1W1NS第二篇 交流电机的共同问题U1X1V1Y1Z1W1U1X1V1Y1Z1W1NS t = 240O 时时i1 0，i20，i3 = 0 t = 360O 时时i1= 0，i2 0，i30NS第二篇 交流电机的共同问

5、题i 变化一周变化一周i 每秒钟变化每秒钟变化 50 周周i 每分钟变化每分钟变化 (5060) 周周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈 (2) 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0 同步转速同步转速 n0 = 3000 = 60 f1 (r / min)第二篇 交流电机的共同问题U1U2V1V2W2W1每相绕组由每相绕组由一个线圈组成一个线圈组成U1 V1 W1U2 V2 W2U3 V3 W3U4 V4 W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个每相绕组由两个线圈串联组成线圈串联组成第二篇 交流电机的共同问

6、题U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3 t = 0O 时时 i1 = 0，i2 0， i3 0 NSNS 磁极对数磁极对数 p p = 2 电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转旋转磁场转半半圈圈 n0 = 1 500 当磁极对数当磁极对数 p = 3 时时 n0 = 1 000 60 f1 2= 60 f1 3=60 f1pn0 =第二篇 交流电机的共同问题 f = 50 Hz 时：时： 1 2 3 4 5 6 3 000 1 500 1 000 750 600 500 pn0/(r/min) (3) 旋转磁场的转向旋转磁场的转向 ( n0 的的方向方向) U (i1) V(i2)

7、 W(i3) 由超前相转向滞后相。由超前相转向滞后相。 由通入绕组中的电流的相序决定的。由通入绕组中的电流的相序决定的。 怎样改变怎样改变 n0 的方向的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3)第二篇 交流电机的共同问题2.2 2.2 三相双层绕组三相双层绕组（1）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，以 改善电动势和磁动势的波形；（3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。（2）所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；*10kW以上电机，一般采用双层绕组*双层绕组中，线圈数正好等于槽数*双层绕组的优点：第二篇 交流电机的共同问题一、基本概念1 1、极距、极距相邻两个磁极轴线间沿着定子

8、铁心表面所跨过的距离，一般用槽数表示。 =Q/2p第二篇 交流电机的共同问题2 2、绕组元件、有效边、端接线、绕组元件、有效边、端接线绕组元件：用绕线模具制成一定形状的单匝或多匝线圈。有效边：放在电机定子槽内的绕组直线部分，能量转换。端接线：两个有效边之间的联线。3 3、线圈节距、线圈节距y1绕组两个有效边之间的距离，用槽数表示。为了得到尽可能大的电势、磁势，y1应接近于y1=，整距绕组y1，长距绕组第二篇 交流电机的共同问题4 4、电角度、电角度机械角度：电机圆周的几何角度电角度：定子导体中感生电势变化所对应的角度。定子导体中电势变化一个周期，为360o电角度。对于p对极，机械上旋转一周，导

9、体电势变化p个周期则：电角度=p*机械角度5 5、每极每相槽数、每极每相槽数q qq=1，集中绕组q1，分布绕组2Qqpm通常q个绕组元件联成一组，称为一个极相组极相组。第二篇 交流电机的共同问题6 6、槽距角、槽距角7 7、相带、相带每极下每相所占有的区域，用电角度表示。相邻两槽间电角度： 360pQ此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。8 8、槽电势星形图、槽电势星形图每槽导体电势用一矢量表示，由此做出全部槽的电势，构成的星形图形。第二篇 交流电机的共同问题定子每极每相槽数： 3322362pmQq式中， Q 定子槽数； p 极对数； m 相数。相邻两槽间电角度： 20363602360

10、Qp二、槽电动势星形图和相带划分3m42p36Q 现以一台相数 ，极数 ，槽数 的定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导体（槽号）是如何分配的。第二篇 交流电机的共同问题槽电动势的星形图槽电动势的星形图 AZBXCY三相双层绕组槽电势星形图三相双层绕组槽电势星形图(36,24)Qp第二篇 交流电机的共同问题 同理，B 相距离A 相1200 电角度处,C 相距离A 相2400电角度处，可按图所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可得到一个三相对称绕组。 将四个线圈组按一定规律连接，即可得A相绕组。第二篇 交流电机的共同问题相带相带槽号槽号极对极对ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910

11、,11,12 13,14,15 16,17,1819,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36第一对极下第一对极下（1 1槽槽-18-18槽）槽）第二对极下第二对极下（1919槽槽-36-36槽）槽）表4-1 各个相带的槽号分布 第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题槽数槽数=36=36极距极距=9=9节距节距=9=9第二篇 交流电机的共同问题槽数槽数=36=36极距极距=9=9节距节距=9=9第二篇 交流电机的共同问题槽数槽数=36=36极距极距=9=9节距节距=9=9极相组极相组A A1 1极相组极相组A A2 2极

12、相组极相组X X1 1极相组极相组X X2 2第二篇 交流电机的共同问题槽数槽数=36=36极距极距=9=9节距节距=9=9第二篇 交流电机的共同问题槽数槽数=36=36极距极距=9=9节距节距=8=8第二篇 交流电机的共同问题三、绘制绕组展开图绘制绕组展开图的步骤是：绘制绕组展开图的步骤是： a a、绘制槽电动势星型图、绘制槽电动势星型图 b b、划分相带、划分相带 c c、将各相线圈按一定规律连接成对称三相绕组。、将各相线圈按一定规律连接成对称三相绕组。根据线圈的形状和连接规律，根据线圈的形状和连接规律，双层绕组可分为叠绕组和波双层绕组可分为叠绕组和波绕组两类。绕组两类。第二篇 交流电机的

13、共同问题1 1、双层叠绕组、双层叠绕组任何两个相邻线圈的都是后一个叠在前一个上面的，任何两个相邻线圈的都是后一个叠在前一个上面的，称为称为叠绕组叠绕组。例如，绘制例如，绘制4 4极三相极三相3636槽的双层叠绕组展开图。槽的双层叠绕组展开图。第二篇 交流电机的共同问题三相双层叠绕组的A绕组的展开图第二篇 交流电机的共同问题 -1-2-3- -10-11-12-19-20-21- -28-29-30-A A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）相绕组线圈的连接图（一条并联支路）123192021101112282930两条并联支路两条并联支路1A1X2A2XXXAA1A1X2A2X第二篇 交流电机的

14、共同问题2、波绕组第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题 2.3 2.3 三相单层绕组三相单层绕组第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题二、单层链式绕组第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题 2.4 2.4 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的感应电动势1、电动势的波形tEtlvBblvesin2sin112、正弦电动势的频率感应电动势的频率： 60pnf 同步转速： pfn60第二篇 交流电机的共同问题3、导体电动势的有效值 lBlBav12 将将 代入上式得导体电动势代入上式得导体电动势

15、为为 1122. 2222flBfElfBflBE11222222pvRRfpp 第二篇 交流电机的共同问题 二、整距线圈的电动势11112EEEEc匝电势匝电势11)1(144. 42fEEcNc单匝线圈电动势的有效值单匝线圈电动势的有效值cN1144. 4ccfNE 线圈有线圈有 匝，则线圈电动势为匝，则线圈电动势为第二篇 交流电机的共同问题三、短距线圈的电动势，节距因数三、短距线圈的电动势，节距因数短距线圈的节距短距线圈的节距 ，用电角度表示时，用电角度表示时，节距为节距为 1y1801y单匝线圈的电动势为单匝线圈的电动势为 111110EEEEEc据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势

16、。据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势。第二篇 交流电机的共同问题1111144. 490sin22180cos2pfkyEE 为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应电动势比整距时应打的折扣：电动势比整距时应打的折扣：1pk90sin1)(1)(1111yEEkycycp其有效值其有效值 为为) 1(1cNcE第二篇 交流电机的共同问题四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数考察一个极相组内考察一个极相组内q q个线圈的合成电动势个线圈的合成电动势E Eq1q1E Ec2c2E Ec1c1E Ec3c3极相组的

17、合成电动势第二篇 交流电机的共同问题 q个线圈的合成电动势个线圈的合成电动势E Eq1q1为为2sin21qREq式中式中， 外接圆半径。外接圆半径。2sin21cER 把把R R代入上式，得代入上式，得 11111sinsin22sinsin22qcccdqqEEqEqE kq第二篇 交流电机的共同问题 式中式中， q个线圈电动势的代数和；个线圈电动势的代数和； 1cqE 绕组的基波分布因数，绕组的基波分布因数， 2sin2sin111qqqEEkcqd1dkk kd1d1的意义的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得：由于绕组分布在不同的槽内，使得q q个个分布线圈的合成电动势分布线圈的合成

18、电动势qEqEc1c1小于小于q q个集中线圈的合个集中线圈的合成电动势成电动势E Eq1q1，由此所引起的折扣，由此所引起的折扣k kd1d111。第二篇 交流电机的共同问题一个极相组的电动势为一个极相组的电动势为111111)(44. 444. 4wcdpcqkqNfkkfNqE式中，式中， q q个线圈的总匝数；个线圈的总匝数； cqN绕组的基波绕组因数。绕组的基波绕组因数。111dpwkkk k kw1w1的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。整个绕组的合成电动势所须的总折扣。第二篇 交流电机的共同问题 交

19、流电机模型图（交流电机模型图（A A相相集中绕组）集中绕组）第二篇 交流电机的共同问题1. 1. 磁动势表示方法磁动势表示方法线圈中通入电流线圈中通入电流( (i i00）所产生的磁场分布图所产生的磁场分布图链接单个线圈产生磁动势图链接单个线圈产生磁动势图第二篇 交流电机的共同问题线圈磁动势的空间分布线圈磁动势的空间分布在定子内圆表面建立空间坐标，以在定子内圆表面建立空间坐标，以A A相绕组轴线与定子相绕组轴线与定子内表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度内表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度表示。把气隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆表示。把气隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆

20、周方向的空间距离。周方向的空间距离。第二篇 交流电机的共同问题n正磁势规定：磁感应线方向是出定子进转子为正值。正磁势规定：磁感应线方向是出定子进转子为正值。第二篇 交流电机的共同问题结论：结论： 通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周分布是一个矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁动分布是一个矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁动势发生突跳。势发生突跳。 不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于整个磁路磁动势的一半，为整个磁路磁动势的一半，为 N Nc ci/2i/2，即：即：1212( )223( )22kc

21、kcffN iffN i 到：到：第二篇 交流电机的共同问题第二篇 交流电机的共同问题02232AAX转子定子Af12ciN02232f12kiN4 12ciN3次谐波5次谐波44 14 1( )cos( )cos(3 )cos(5 )35kkkffff 第二篇 交流电机的共同问题结论结论: : 1 1. .基波磁动势的幅值为基波磁动势的幅值为4/f4/fk k，是矩形波磁动势的是矩形波磁动势的4/4/倍倍44 14 1( )cos( )cos(3 )cos(5 )35kkkffff第二篇 交流电机的共同问题 当线圈电流交变时，线圈磁势在空间上沿气隙分布仍是矩当线圈电流交变时，线圈磁势在空间上

22、沿气隙分布仍是矩形，而且轴线固定不动，但其幅值在时间上按余弦规律变化，形，而且轴线固定不动，但其幅值在时间上按余弦规律变化，也就是说整个磁势波不能移动而只能脉振。也就是说整个磁势波不能移动而只能脉振。第二篇 交流电机的共同问题结论：结论：1)1)单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在空间按单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在空间按矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负随时间在变化的矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。2)2)线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有线圈磁势

23、除包含基波磁势外，还包含有 3 3、5 5、7 7 等谐波磁势分量等谐波磁势分量。2cosciItA相电流表达式相电流表达式11(2cos)4( , )coscoscos2ccANItftFtA相脉振磁势表达式相脉振磁势表达式1420 .92ccccFNINIA相脉振磁势幅值相脉振磁势幅值第二篇 交流电机的共同问题11( , )cos(120 )cos(120 )BftFt1( , )cos(240 )cos(240 )CftFtB相电流建立的磁场的磁极与对称轴iB iB 相磁势空间分布波形第二篇 交流电机的共同问题4. 4. 脉振磁动势分解为两个旋转磁动势脉振磁动势分解为两个旋转磁动势 结论

24、：结论：1) 1) 一个脉振磁动势波，可分解为两个波长与原脉振波完全一个脉振磁动势波，可分解为两个波长与原脉振波完全相同相同，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转角速度（分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转角速度（）与与脉振波的脉振频率（脉振波的脉振频率（f f）有关，每个旋转波的幅值是原脉振有关，每个旋转波的幅值是原脉振波的一半。波的一半。 2) 2) 当线圈中电流为正的最大值时，脉振波的波幅为正的当线圈中电流为正的最大值时，脉振波的波幅为正的最大值，此时两个旋转波的正波幅正好转到最大值，此时两个旋转波的正波幅正好转到=0=0的位置，的位置，即在通电线圈的轴线处，两个旋转波重叠在一起。即在通电线圈的

25、轴线处，两个旋转波重叠在一起。链接脉振磁场动画链接脉振磁场动画第二篇 交流电机的共同问题5. 5. 线圈的分布和短距对磁势的影响线圈的分布和短距对磁势的影响 一. 线圈分布的影响在交流绕组中，每相绕组都是由若干个线圈串联或在交流绕组中，每相绕组都是由若干个线圈串联或并联组成。各线圈依次沿圆周错开一个槽（槽距角并联组成。各线圈依次沿圆周错开一个槽（槽距角 1 1）。）。对基波错开一个槽（槽距角对基波错开一个槽（槽距角 1 1）对对v v次谐次谐波错开电角度波错开电角度v v 1 1用矢量相加可以求得该线圈组磁势的用矢量相加可以求得该线圈组磁势的v v次谐波幅值次谐波幅值360pQ分布绕组排布图分

26、布绕组排布图第二篇 交流电机的共同问题1 2321多线圈的空间位置Fcv1Fcv2Fcv3v1v1V次谐波矢量v1v1Fcv1Fcv2Fcv3FqvV次谐波矢量合成显然，FqvqFcv, 这一效应可用分布系数Kqv表示：1122sinsinqvqvqvvcvFKqFq第二篇 交流电机的共同问题11212sinsinqqKq基波分布系数：Kqv随v的次数增加而明显衰减，可见，分布绕组可以有效削弱谐波磁势。第二篇 交流电机的共同问题二. 线圈短距的影响在交流绕组中，在交流绕组中，相对节距：相对节距：1y短距线圈比整距线圈缩短的距离为：短距线圈比整距线圈缩短的距离为：1y11y yyvyFKF122cosvycFF短距系数：短距系数：其中：其中：第二篇 交流电