电机学(2014)-交流电机理论汇编

1、电 机 学哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院(xuyun) Electrical Machinery2014.9共六十八页主讲(zhjing)教师 尚静Tel:六十八页交流电机理论(lln)的 共同问题共六十八页本章(bn zhn)主要内容交流绕组的构成原则和分类三相双层绕组气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势感应电动势中的高次谐波(xi b)通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有对称三相电流时三相绕组的磁动势共六十八页 第一节 交流绕组(roz)的构成原则和分类共六十八页交流绕组的构成原则：（1）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。（2）对三相绕组，

2、各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡(pnghng)。（3）绕组的铜耗要小，用铜量要省。（4）绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。共六十八页交流绕组分类： 单相、多相 单层（同心式绕组、链式绕组、交叉绕组） 多层（双层、多层正弦绕组）重点讲解(jingji)： 三相整数槽绕组 共六十八页第二节 三相(sn xin)双层绕组双层绕组的主要优点：（1）可以(ky)选择最有利的节距；（2）所有线圈具有相同尺寸；（3）端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度；共六十八页一、槽电动势星形图和相带划分(hu fn)每极每相槽数：电角度(jiod)：每对极相当于360度电角度，若电机为

3、2P极，则电角度为共六十八页例1： 共六十八页共六十八页共六十八页相带槽号极 对ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一(dy)对极下（1槽18槽）第二(d r)对极下（19槽36槽）各个相带的槽号分布 共六十八页A -1-2-3-10-11-12-19-20-21-28-29-30-XA1X1A2X2A相绕组(roz)线圈的连接图（一条并联支路）123192021101112282930XAA1X1A2X2A相绕组线圈的连接(linji)图（两

4、条并联支路）共六十八页共六十八页4.3 三相单层绕组 单层绕组每个槽只有一条线圈边，每个绕组的线圈数等于总槽数的1/2。 嵌线方便，没有层间绝缘，槽利用率高，但电势(dinsh)波形和磁势波形较差。包括：同心式绕组 链式绕组 交叉式绕组共六十八页4.4 气隙磁场正弦(zhngxin)分布时交流绕组 的感应电动势1.导体(dot)的感应电动势2.正弦电动势的频率感应电动势的频率： 同步转速： 共六十八页共六十八页有效值： 共六十八页二、整距线圈(xinqun)的电动势匝电势(dinsh)单匝线圈电动势的有效值共六十八页共六十八页三、短距线圈(xinqun)的电动势、节距因数采用(ciyng)短距

5、线圈：用电角度表示的节距：单匝线圈的电动势为： 共六十八页据相量图中的几何(j h)关系，得单匝线圈电动势 为线圈(xinqun)的基波节距因数，表示线圈(xinqun)短距时感应电动势比整距时应打的折扣 共六十八页四、分布绕组(roz)的电动势，分布因数和绕组(roz)因数q个线圈(xinqun)的合成电动势共六十八页式中， 个线圈(xinqun)电动势的代数和； 绕组的基波(j b)分布因数， 的意义：由于绕组分布在不同的槽内， q个分布线圈的合成电动势 小于 q 个集中线圈的合 成电动势 由此所引起的折扣 。 共六十八页五、相电动势和线电动势设一相绕组的总串联(chunlin)匝数 为，

6、则一相的电动势应 为 共六十八页4.5 感应电势(dinsh)中的高次谐波1. 高次谐波(xi b)电动势共六十八页共六十八页2. 削弱谐波电动势的方法(fngf)采用短距绕组：共六十八页4.6 通有正弦(zhngxin)电流时单相绕组的磁动势1、线圈(xinqun)的磁动势为整距线圈的磁动势共六十八页共六十八页整距线圈(xinqun)的基波磁动势共六十八页4.6 通有正弦电流(dinli)时单相绕组的磁动势一相绕组(roz)的磁动势为则单相绕组的基波磁动势为式中， 单相绕组基波磁动势的幅值，共六十八页单相绕组(roz)的基波磁动势在空间随角按 单相绕组(roz)的基波磁动势为脉振磁动势，其脉

7、振频率取决于电流的频率。 余弦规律分布，在时间上随按余弦规律脉振。共六十八页4.5 通有三相(sn xin)电流时三相(sn xin)绕组的磁动势三相绕组(roz)基波合成磁动势为式中， 三相绕组基波磁动势的幅值共六十八页 性质：是一个沿着气隙圆周连续(linx)推移的旋转磁动势波。a) 转速(zhun s)： ，即 。 b) 幅值位置：当某相电流达到交流的最大值时， 基波合成旋转磁动势波的幅值c) 方向： 取决于交流电流的相序。就将与该相绕组的轴线重合。共六十八页电动机的应用领域工农业生产(shngchn)自动化 日常生活及家用电器自动化 军事自动化领域 其它自动化领域共六十八页 什么是电机

8、？ 电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁(dinc)机械装置。 什么是电机学？ 研究电机基本电磁关系与原理的学说(xu shu)。是法拉第电磁学经典应用。 共六十八页新能源领域(ln y)新能源包括太阳能、生物质能、核能(hnng)、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。 又推出与之相对应的发电机机组共六十八页2kw 500w50kw Harbin Institute of Technology共六十八页 Harbin Institute of Technology共六十八页三峡电机(dinj)转子共六十八页共六十八页共六十八页三峡水电站装机总容量为1820万kW，年均发电量8

9、47亿kWh三峡水电站若电价暂按0.180.21/（kWh)计算，每年(minin)售电收入可达181亿219亿元 三峡水库发电机组共六十八页电机(dinj)的分类分类(fn li)方法之一: 从能量转换角度，分为电动机（M）和发电机（G）两大类。 绪论共六十八页电机机电(jdin)能量转换图共六十八页发电机: 将机械能转化为电能的装置。机械能： 通过原动机将各类一次能源转化为机械能，然后(rnhu)通过发电机将机械能转化为电能。一次能源： 燃料、水位能、原子能、风能等。 绪论(xln)共六十八页 绪论(xln) 根据一次能源不同(b tn)又可以分为不同(b tn)的发电机：一次能源为水能

10、水轮发电机一次能源为燃料 汽轮发电机一次能源为风能 风力发电机 电机的分类方法之二：共六十八页电机(dinj)的分类方法之三：电动机可以根据电源性质进行(jnxng)分类： 根据选用电源类型不同分为不同电动机：直流电源-直流电动机交流电源-交流电动机-交流同步电动机 交流异步电动机 (感应电动机) 共六十八页电动机电磁(dinc)型电动机非电磁型 （超声波电动机、压电控制电动机、磁滞(c zh)控制、静电控制）电动机直流电动机电磁型直流电动机永磁直流电动机有刷直流电动机无刷直流电动机交直两用电动机通用型电动机交流电动机感应电动机三相IM笼型绕线型二相IM单相IM分相启动电动机电容启动电动机反发

11、启动电动机罩极启动电动机同步电动机永磁型电磁型磁阻磁滞步进电动机（VR型、PM型、HB型、齿极型）共六十八页共六十八页共六十八页电机(dinj)的分类方法之四： 也是电机学的分类方法四大(s d)机种: 直流电机 变压器 感应电机 同步电机共六十八页电磁力的种类： （1）洛伦兹力 强制电磁力 （同步电机、直流电机） （2）感应(gnyng)电磁力 （感应电机、开关磁阻电机、步进电机） 共六十八页 绪论(xln)共六十八页 第二节 电机(dinj)发展简史共六十八页一、直流电机的产生(chnshng)和形成时期1821年，法拉第发现了载流导体在磁场内受力现象；1831年，法拉第发现了电磁感应定律

12、；1882年，是电机发展史上的一个转折点， Deprez把米斯巴哈水电站发出的 2KW直流电，用一条(y tio)57Km的输电线将电能输送到慕尼黑。共六十八页二、交流电机的形成和发展(fzhn)时期早在1832年，单相交流发电机就已出现。交流感应(gnyng)电机的发明，与产生旋转磁场关系密切。1894年前后，Potier又建立了交轴磁场理论。1899年，凸极同步电动机的电枢反应，并提出了双反应理论。共六十八页三、电机理论(lln)、设计和制造工艺逐步达到完善化的时期20世纪是电机发展史中的一个新时期。20世纪40年代前后，由于第二次世界大战的影响，出现了一系列新的控制电机。1954年，柯伐

13、煦提出了空间矢量法。20世纪70年代，电力电子器件的发展(fzhn)达到了最快的发展(fzhn)速度，带动控制电机的快速发展(fzhn)。共六十八页第三节 我国电机工业(gngy)发展概况相继研制出125MW，250MW，550MW，700MW的水轮发电机；电力变压器的最大容量已经(y jing)做到840MVA，电压最高为750kV。中小型电机的生产产量已经达到4000KW, 我国已经成为世界中小型电机生产基地。 共六十八页共六十八页共六十八页共六十八页第4节电机学课程的任务以及学习(xux)方法 主要学习要求(yoqi)：掌握四大机种基本电磁原理、基本平衡方程、等效电路、相量图及参数、性能运算方法。实践要求: 按照要求进行四大机种的实验, 掌握基本实验方法。共六十八页几点建议的学习(xux)方法弄清各类电机的基本结构；分析空载和负载(fzi)运行时，主磁场和电枢磁场在电机内部分布情况；基本公式和基本方程（包括：电动势公式、电磁转矩公式、磁动势公式）科学实验过程；课堂、课后习题、复习共六十八页参考书目：1、电机学许实章主编(zhbin)，华中科技大学 出版社2、电机学李发海主编，清华大学 共六十八页内容摘要电 机 学。（1）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。34,35,36。（19槽36槽）。282930。为线圈的基波(j b)节距因数，表示线圈短距时感应电