第四章 交流绕组1

1、 第四章第四章 交流绕组交流绕组4.1 交流绕组交流绕组的构成原则和的构成原则和分类分类4.2 三相三相双层绕组双层绕组4.4 正弦磁正弦磁场下交流场下交流绕组的感绕组的感应电动势应电动势4.6 通有正弦通有正弦电流时单相绕组的电流时单相绕组的磁动势磁动势4.7 通有三相电流时三相绕组的磁动势通有三相电流时三相绕组的磁动势河南城建学院河南城建学院4.3 三相三相单层绕组单层绕组4.5 感应电感应电动势的高次动势的高次谐波谐波 本章主要内容本章主要内容1.交流绕组的连接规律交流绕组的连接规律 2.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 3.通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有

2、正弦电流时单相绕组的磁动势 4.通有对称三相电流时的磁动势通有对称三相电流时的磁动势 4.1 4.1 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)、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正 (2)、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，弦形、幅值要大；电阻、电抗要平衡； 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。 (4)、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，(3)、绕组的铜耗要小，用铜量要省；制造要方便。 的三相交流电机，其定子绕

3、组大多采用kwPN10（1）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组， （3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械（2）所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；主要优点：主要优点：特点：特点：绕组的线圈数等于槽数。 4.2 4.2 三相双层绕组三相双层绕组双层绕组。（双层绕组和单层绕组的比较、交流绕组的模型）以改善电动势和磁动势的波形；强度。一、槽电动势星形图和相带划分一、槽电动势星形图和相带划分3m42p36Q 体（槽号）是如何分配的。 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1 1、概念、概念定子每极每相槽数：定子每极每相槽数： 3322362pmQq式中，

4、 Q 定子槽数； p 极对数； m 相数。相邻两槽间电角度： 20363602360Qp此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。2 2、槽电动势的星形图、槽电动势的星形图 如图41表示36槽内导体感应电动势的相量图，亦称为槽电动势星形图。 以A相位例，由于 ，故A相共有12个槽 相带：每极下每相所占的区域。1A2AA相带： 1、2、3线圈组（ ） 与19、20、21（ ）X相带： 10、11、12 （ ）1X 与28、29、30（ ） 2X 将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。3q120240 同理，B相距离A相 电角度处，C相距离A相 电角度处，可按 (图41)所划分的相带连成

5、B、C6060相带绕组：每个相带各占 电角度。各个相带的槽号分布。（表4-1）两相绕组。由此可得到一个三相对称绕组。二、叠绕组二、叠绕组 叠绕组：叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，串联时应将极相组和极相组反向串联，即首首相 为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消， 极相组的电动势、电流方向与极相组的电动势（图4-3）后一个线圈紧“叠”在前一个线圈上。（图4-2）电流方向相反。连把尾端引出，或尾尾相连把首端引出。一、特点：一、特点：每个槽内只有一个线圈边线圈个数等于Q1/2线圈组个数= Q1/2q每相线圈组的个数= p （60相带时）每个线圈匝数Nc=每槽导体数每个线圈组的匝数qNc每相

6、串联匝数N=每相总的串联匝数/a = pqNc / a = 定子总导体数/2ma（即每条支路的匝数）4.3三相单层绕组三相单层绕组二、优点二、优点： 嵌线方便槽的利用率高不能做成短距（电气性能）波形差三、分类三、分类同心式绕组由不同节距的同心线圈组成链式绕组由相同节距的同心线圈组成采用不等距的线圈组成，节省铜线 4.4 4.4 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 1、电动势的波形、电动势的波形tEtlvBblvesin2sin112 2、正弦电动势的频率、正弦电动势的频率感应电动势的频率： 60pnf 同步转速： pfn603 3、导体电动势的有

7、效值、导体电动势的有效值 lBlBav12 将 代入上式得导体电动势 为 1122. 2222flBfElfBflBE11222 二、整距线圈的电动势二、整距线圈的电动势11112EEEEc匝电势11)1(144. 42fEEcNc单匝线圈电动势的有效值cN1144. 4ccfNE 线圈有 匝，则线圈电动势为三、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 ，用电角度表示时，节距为 1y1801y单匝线圈的电动势为 111110EEEEEc据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的1111144. 490sin22180cos2pfkyEE 为线圈的基波节距因数，表示线

8、圈短距时感应电动势比整距时应打的折扣， 1pk90sin1)(1)(1111yEEkycycp有效值 为) 1(1cNcE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 个线圈的合成电动势 为1qE2sin21qREq式中， 外接圆的半径。2sin21cER R把 代入上式，得 111112sin2sin2sin2sindcccqkqEqqEqEEq（图45） 式中， 个线圈电动势的代数和； 1cqEq 绕组的基波分布因数， 2sin2sin111qqqEEkcqd1dk 的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得1dkq1qEq1cqE11dk个分布线圈的合成电

9、动势 小于 个集中线圈的合成电动势 ，由此所引起的折扣 。一个极相组的电动势为111111)(44. 444. 4wcdpcqkqNfkkfNqE式中， 个线圈的总匝数； cqN 绕组的基波绕组因数。111dpwkkk 的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，1wkq整个绕组的合成电动势所须的总折扣。五、相电动势和线电动势五、相电动势和线电动势 设一相绕组的总串联匝数为 ，则一相的电动势应 为 N1E11144. 4wfNkE例例4-1、有一台三相同步发电机，有一台三相同步发电机，2P2，转速，转速n3000r/min，定子槽数，定子槽数Q60，绕组为双层、星形联，绕组为双层、星形联结，节距

10、结，节距y10.8，每相总串联匝数，每相总串联匝数N20，主磁场，主磁场在气隙中在气隙中正弦分布正弦分布，基波磁通量，基波磁通量11.504Wb.试求主磁场在定子绕组内感应的：试求主磁场在定子绕组内感应的：(1)电动势频率；电动势频率；(2)基波电动势的节距因数和分布因数，基波电动势的节距因数和分布因数，(3)相电动势和线电动势。相电动势和线电动势。解：解：（1）电动势的频率）电动势的频率（2）基波节距因数和基波分布因数）基波节距因数和基波分布因数Hzpnf50603000160 6603601360 Qp 10132602 mpQq955. 026sin102610sin2sin2sin1

11、qqkd（3）相电动势和线电动势）相电动势和线电动势VfNKEw6063504. 1908. 0205044. 444. 4111 908. 0955. 0951. 0111 dpwkkkVEEL1050060633311 4.5感应电动势中的高次谐波 因为磁场波形相对于磁极中心线左右对称，所以谐波磁场中无偶次谐波，故=3，5，7，9，11一、高次谐波电动势谐波电动势谐波磁场的极对数：p =p p激波磁场的极对数谐波磁场的极距： =/ 激波磁场的极距谐波磁场的槽距角：d =d 谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（同步转速）谐波感应电动势的频率：f= p* n/60 = p ns/60=

12、f1谐波感应电动势的节距因数kp 谐波感应电动势的分布因数kd谐波感应电动势的绕组因数kw= kp kd谐波电动势（相值） E = 4.44 fNkw2、齿谐波电动势齿谐波谐波次数与一对极下的齿数Q/p具有特定关系的谐波 即 = Q/p1=2mq1的谐波齿谐波的特点 kW（=2mq1）= kW1 3、谐波的相电动势和线电动势 EL = EEL中三次及3的倍数次谐波。因为3次谐波电动势同相位、幅值相同，所以星接时线电动势为零。三角形连接时产生环流，环流产生的压降恰好被抵消。4.谐波的弊害使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加，从而影响用电设备的运行性能干扰临近的通讯线路二、消除谐波电动势的方法因为

13、E=4.44fNkw所以通过减小KW或可降低E 1.采用短距绕组 2.采用分布绕组3.改善主磁场分布4.斜曹或斜极 4.6 4.6 通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有正弦电流时单相绕组的磁动势一、整距集中绕组的磁动势设气隙均匀，通以正弦交流电流， Nc匝，则 每个气隙上的磁动势为： tIi sin2 iNiHdlctFtINiNfcccc sinsin2221 结论：波形：矩形波； 脉动磁动势：空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势。 分解：其中： 用电角度表示的空间距离。基波磁动势的幅值： xtFxtFxtFtxfcccc cossin3cossincossin),(31ININF

14、ccc9 . 02241 次谐波磁势的幅值： 基波磁动势的性质：按正弦规律变化的脉动磁动势。二、分布绕组的磁势1.整距分布绕组的磁势（q个）2.双层短矩分布绕组的基波磁动势INFcc9 . 01 1111)(9 . 0qcqcqkIqNkqFF IkqNIkkqNkIkqNkFFcyqcyqcyqq11111111)2(9 . 0)2(9 . 0)9 . 0(22 三、单相绕组的磁动势 相电流为I、每相串联匝数N、绕组并联支路数a、则单相磁动势为： IpNkFw119 . 0 xtIpNkxtFtxfw cossin9 . 0cossin),(111 单相脉动磁动势的分解xtFtxf coss

15、in),(11 )sin(21)sin(2111xtFxtF ),()(1),()(1txtxff 结论结论：两个磁动势的性质：圆形旋转磁动势；幅值为单相磁动势幅值的一半； 转速： f2 min)/(60)/(221rpfsrpfpfn1、圆形旋转磁动势数学法分解后相加的三相合成磁动势为： 4.7 4.7 通有三相电流时三相绕组的磁动势通有三相电流时三相绕组的磁动势xtFfA cossin11 )120cos()120sin(11 xtFfB )120cos()120sin(11 xtFfC )sin(2311xtFf 图解法结论：三相对称绕组流过三相对称电流产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动

16、势；性质：幅值： 转速： 转向：从载有超前电流相转到载有滞后电流相； 某相电流达最大值时，合成磁动势的幅值恰好在该相绕组的轴线上 。 2、椭圆形旋转磁动势当其中一个不对称时，便为椭圆形旋转磁动势。 IpNkIpNkFFww111135. 19 . 02323 min)/(601rpfn AZBXCY图图4 41 1 三相双层绕组的槽电动势星形图三相双层绕组的槽电动势星形图(36,24)Qp相带相带槽号槽号极极 对对ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,12 13,14,15 16,17,1819,20,2122,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36第一对极下第一对极下（1槽槽18槽）槽）第二对极下第二对极下（19槽槽36槽）槽）表4-1 各个相带的槽号分布 1 35 7 9 11 13151719 21232527 29313335