电机学-三相交流绕组ppt课件

1、第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组是交流电机感应电机和同步电机的共同问题是交流电机感应电机和同步电机的共同问题三相交流绕组的结构；第三相交流绕组的结构；第6章章 三相交流绕组产生的磁势分析；第三相交流绕组产生的磁势分析；第7章章 三相交流绕组产生的感应电势分析；第三相交流绕组产生的感应电势分析；第8章章 第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组三相对称绕组建立的磁场三相对称绕组建立的磁场三相交流绕组的作用是产生旋转磁场和感应电势，三相交流绕组的作用是产生旋转磁场和感应电势，即当三相对称电流通过空间作对称分布的三相交流绕组，即当三相对称电流通过空间作对称分布的三相交流绕组，将产生三相合成旋转磁

2、场将产生三相合成旋转磁场,该旋转磁场与静止的三相交流绕组该旋转磁场与静止的三相交流绕组发生相对切割运动，在三相交流绕组内感应产生对称的三相发生相对切割运动，在三相交流绕组内感应产生对称的三相电势。电势。 第六章第六章 三相交流绕组对交流绕组的要求三相交流绕组对交流绕组的要求（1交流绕组通对称电流时后，气隙中有规定的磁场极交流绕组通对称电流时后，气隙中有规定的磁场极数旋转磁场；数旋转磁场；（2气隙中有旋转磁场时，绕组中感应产生对称的三相气隙中有旋转磁场时，绕组中感应产生对称的三相电势；电势； （3交流绕组的电势应为按正弦规律变化的时间波交流绕组的电势应为按正弦规律变化的时间波,要求要求旋转磁场空

3、间波为正弦，即其谐波分量尽可能小；旋转磁场空间波为正弦，即其谐波分量尽可能小；（4三相交流绕组在空间作对称分布即其轴线互差三相交流绕组在空间作对称分布即其轴线互差120电角度）；电角度）；(5)多相绕组必须对称，多相绕组必须对称， 不仅要求不仅要求m相绕组的匝数相绕组的匝数N、跨、跨距距y1、线径及在圆周上的分布情况相同，、线径及在圆周上的分布情况相同， 而且而且m相绕相绕组的轴线在空间上互差组的轴线在空间上互差3600/m电角度。电角度。采用分布绕组和短距绕组。用铜少；下线方便；强度好。采用分布绕组和短距绕组。用铜少；下线方便；强度好。第六章 三相交流绕组基本概念 线圈绕组元件）：是构成绕组

4、的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等节距节距Y1跨槽数）跨槽数） 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用1y表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。 1y 单层绕组一个槽中只放一个元件边； 双层绕组一个槽中放两个元件边。第六章 三相交流绕组基本概念第六章第六章 三相交流绕组基本概念三相交流绕组基本概念p极对数极对数, 2p极数极数, z1槽数槽数极数极数2p=2, 槽数槽数z1=6极

5、数极数2p=4, 槽数槽数z1=24Da 极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围；极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围； 用长度表示用长度表示/用槽数表示；用槽数表示； 电角度：电角度： 定转子铁心的横截面是一个圆，定转子铁心的横截面是一个圆，其机械角度为其机械角度为360度。度。 从电磁角度看，一对从电磁角度看，一对N,S极构极构成一个磁场周期，即成一个磁场周期，即1对极为对极为360电角度；电角度； 第六章第六章 三相交流绕组基本概念三相交流绕组基本概念电角度电角度= p 机械角度机械角度pZpDap221极数极数2p=4, 一个槽所占的电角度数称为槽距角，一个槽所占的电角度数称为槽距角

6、，用用表示；表示； 每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示。表示。pmZq2第六章第六章 三相交流绕组基本概念三相交流绕组基本概念Zp360 q=1 集中绕组；集中绕组； q1 分布绕组。分布绕组。 减小谐波减小谐波交流绕组交流绕组单层绕组单层绕组双层绕组双层绕组同心式绕组同心式绕组链式绕组链式绕组交叉链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组等元件式整距叠绕组双层叠绕组双层叠绕组双层波绕组双层波绕组第六章第六章 三相交流绕组交流绕组的形式三相交流绕组交流绕组的形式第六章 三相交流绕组等元件式整距单层叠绕组61y同心式绕组62571y链式绕组

7、51y交叉链式绕组双层叠绕组第六章第六章 三相交流绕组单层叠绕组的构成三相交流绕组单层叠绕组的构成1. 分极分相：分极分相： 将总槽数按给定的极数均匀分开将总槽数按给定的极数均匀分开N、S极相邻分布并标记极相邻分布并标记假设的感应电势方向各极下假设的电势方向相同）假设的感应电势方向各极下假设的电势方向相同） 。 实例：实例：Z24槽）、槽）、m3相）、相）、2p4极的单层叠绕极的单层叠绕组组基本步骤：基本步骤：pmZq2每极每相槽数每极每相槽数234242pmZq2. 连线圈和线圈组：连线圈和线圈组： 将一对极域内属于同一相的某两个线圈边连成一个线圈，共有将一对极域内属于同一相的某两个线圈边连

8、成一个线圈，共有q个线圈。个线圈。 将一对极内属于同一相的将一对极内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组；个线圈连成一个线圈组； 以上连接以上连接应符合电势相加原则。应符合电势相加原则。 连线圈和线圈组连线圈和线圈组线圈组连接 将属于同一相的将属于同一相的p个线个线圈组连成一相绕组，并圈组连成一相绕组，并标记首尾端。标记首尾端。 串联与并联：电势相串联与并联：电势相加原则。加原则。最大并联支路数最大并联支路数ap。连相绕组连相绕组将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角电角度。度。将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；将三个构造好

9、的单相绕组连成完整的三相绕组； 接法或接法或Y接法；接法；连三相绕组连三相绕组三相Y连接三相衔接连三相绕组连三相绕组第七章 交流绕组建立的磁动势分析一对极的磁动势分析一对极的磁动势对于每相电势、电流，根据并联支路数对于每相电势、电流，根据并联支路数a，进行串并，进行串并联计算。联计算。转矩直接迭加转矩直接迭加7-1 7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势 一个整距线圈在异步电机中产生的磁势一个整距线圈在异步电机中产生的磁势(每极每相中的其中一个整距线圈）每极每相中的其中一个整距线圈）设该线圈的匝数为设该线圈的匝数为CN。线圈中通过的交变电流为。线圈中通过的交变电流为 tIicco

10、s2式中，式中，cI线圈中电流的有效值；线圈中电流的有效值； 电流的角频率，电流的角频率，ft2。iNciNciNc 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计势降可以忽略不计 ，线圈在一个气隙上施加的磁势为：，线圈在一个气隙上施加的磁势为： iNfcc21 如果通过线圈的电流为正弦波，如果通过线圈的电流为正弦波， 则矩形波的高度也则矩形波的高度也将按正弦规律变化。将按正弦规律变化。 一个位置固定，幅值一个位置固定，幅值随时间按正弦变化，随时间按正

11、弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势。7-1 7-1 单个整距集中绕组的磁势矩形脉振单个整距集中绕组的磁势矩形脉振磁势磁势7-1 7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势 矩形波脉振磁势的分解矩形波脉振磁势的分解矩形脉振磁势可以表示为矩形脉振磁势可以表示为 tcosF tcos22)(ccccINtfcccINF22为幅值为幅值 按照富立叶级数分解的方法可以把空间矩形波分解为基按照富立叶级数分解的方法可以把空间矩形波分解为基波和一系列谐波波和一系列谐波 空间基波幅值为：空间基波幅值为：tINtINfccccccos9 . 0cos2244空间基波幅值的最大空间基波幅值的最大值为值为:

12、cccccININF9 . 02241cF1cF基波在空间位置按正弦分布；在时间上，任何一个时刻的基波在空间位置按正弦分布；在时间上，任何一个时刻的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势。其表达式为：磁势。其表达式为：cos tcos11ccFfcF1cF7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势cccccININF9 . 02241），（表示可用空间角度ccccINfF9 . 011 高次谐波的幅值为vFfcvcvcos tcos1111917151311191715131ccccccccccFFFFFFFFFF7-

13、1 单个整距集中绕组的磁势cF1cF7-2 （1整距分布绕组的磁势整距分布绕组的磁势 由由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽距角槽距角，称为分布绕组。，称为分布绕组。 取单个线圈的基波进行分析为正弦分布脉振磁势），取单个线圈的基波进行分析为正弦分布脉振磁势）， q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角； 线圈组的磁势为：线圈组的磁势为：11119 . 0qccqcqkqNIkqFF2sin2sin111qqqFFkcqq 矢量式3211cccqFFFF7-2 （1整距分布绕组的磁势111qcq

14、kqFF 2sin2sin111qqqFFkcqq2sin22sin211qRFRFqc7-2 （1整距分布绕组的磁势线圈组的谐波磁动势qcqkqFF2sin2sinqqqFFkcqq4017. 0191. 0637. 0955. 0177. 0217. 0667. 0960. 0311111753175317531qqqqqqqqqqqqKKKKqKKKKqKKKKq7-2 （2双层短距绕组的磁势双层短距绕组的磁势分析思路分析思路1双层整距绕组可以等双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组效为两个整距单层绕组2两个等效单层绕组在空两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，间分布上错开一定的角

15、度，这个角度等于短距角；这个角度等于短距角；3双层短距绕组的磁势双层短距绕组的磁势等于错开一个短距角的两等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁势在空间个单层绕组的磁势在空间叠加。叠加。2sin222sin22sin2sin11111qcqqFFqqqFFk双层短距绕组的磁势为：双层短距绕组的磁势为：111111)2(9 . 022cos2yqccyqqkkqNIkFFF)90sin()180)1 (21cos(2cos20101111yyFFkqy短距系数为：短距系数为：单层和整距时单层和整距时,1,11yky7-2 （2双层短距绕组的磁势双层短距绕组的磁势2sin22cos2sin22sin2

16、22sin2111qyFFk111)(9 . 0qccqkqNIFF 为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流I、每相串联、每相串联匝数匝数N1等概念等概念,并联支路数并联支路数a。单层绕组）双层绕组）；(2 ;11apqNNapqNNaIIccc 统一公式：统一公式：1111119 . 0229 . 0NyqkpNIkkpqaNqaIF 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。 tcoscos11Ff111

17、yqNkkk绕组系数绕组系数:7-3 单相绕组的磁势单相脉振磁单相绕组的磁势单相脉振磁势势NyqkpNIkkpqaNqaIF119 . 0229 . 01 单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉振。正弦规律脉振。 tcoscosFf 考虑单相绕组电流产生的谐波磁势，考虑单相绕组电流产生的谐波磁势， 其统一表达式为：其统一表达式为：7-3 单相绕组的磁势单相绕组的磁势 设设A相绕组通过电流：相绕组通过电流： tcos2Iia 其基波磁势为其基波磁势为:fftFtFFfa)cos(21)cos(21 tcoscos111 f最高点

18、的运行轨迹为最高点的运行轨迹为 t ，即最高点的位置随时间，即最高点的位置随时间以角速度以角速度运动。运动。 f最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为 t ，即最高点的位置随时，即最高点的位置随时间以角速度间以角速度运动。运动。7-3 单相绕组的磁势单相绕组的磁势 单相脉振磁势分解为两个单相脉振磁势分解为两个旋转磁场旋转磁场 F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度波是一个旋转波，在气隙空间以角度速速旋转，转速为：旋转，转速为：min)/(601601rpffpn 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相反的园形旋转磁势。相反的园形旋转磁势。7-3 园形旋转磁势园形旋转

19、磁势7-4 三相基波磁势合成旋转磁势三相基波磁势合成旋转磁势 三相对称电流：三相对称电流：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：)480 cos(21) cos(21)240 cos()240cos()240 cos(21) cos(21)120 cos()120cos() cos(21) cos(21 coscos011001011001111tFtFtFftFtFtFftFtFtFfcba)120 tcos(2)120- tcos(2 tcos200IiIiIicba每极三相合成磁势为每极三相合成磁势为) cos(2311tFffffc

20、ba 三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生园形旋三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生园形旋转磁势。转磁势。7-4 三相基波磁势合成旋转磁势三相基波磁势合成旋转磁势)120 tcos(2)120- tcos(2 tcos200IiIiIicba) cos(2311tFf 改变旋转磁场转向改变旋转磁场转向的方法：调换任意的方法：调换任意两相电源线改变两相电源线改变相序）相序） 旋转磁势旋转磁势7-4 关于旋转磁势的进一步讨论关于旋转磁势的进一步讨论 三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋转磁势在空间错开转磁势在空间错开120电角

21、度相互抵消，三个正向旋转磁势电角度相互抵消，三个正向旋转磁势在空间同相位，合成一个圆形旋转磁势。在空间同相位，合成一个圆形旋转磁势。圆形旋转磁势圆形旋转磁势幅值不变，幅值的位置随时间不断沿同幅值不变，幅值的位置随时间不断沿同一方向移动的旋转磁势最大值轨迹为圆形）一方向移动的旋转磁势最大值轨迹为圆形）每极合成磁动势幅值大小为：每极合成磁动势幅值大小为：11111135. 19 . 02323NNkpNIkpNIFF 圆形旋转磁势的转速为：圆形旋转磁势的转速为：pfn60100FF或7-4 关于旋转磁势的进一步讨论脉振磁势脉振磁势空间位置不变，而波幅以频率按正空间位置不变，而波幅以频率按正弦规律交变弦规律交变 FF椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势幅值在一定范围内变化，幅值的位置幅值在一定范围内变化，幅值的位置 随时间不断沿同一方向移动的旋转磁势随时间不断沿同一方向移动的旋转磁势 （最大值轨迹为（最大值轨迹为 椭圆形）椭圆形）0, 0,FFFF旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋转磁场： (1) 机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场(2) 电气旋转磁场 三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。第八章 交流绕组的感应电动势 感应电势随时间变化