第二篇交流电机绕组电动势和磁动势

1、第二篇交流电机绕组电动势和磁动势第1页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第五章 交流电机绕组及其感应电动势第六章 交流绕组的磁动势第2页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机。异步：主要作为电动机，有时也作发电机。 上述两大类交流电机虽然激磁方式和运行特性有很大差别，但电机定子中发生的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性问题，可统一进行研究。 交流电机分：第3页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第4页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第五章 交

2、流电机绕组及其感应电动势第六章 交流绕组的磁动势第5页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第一节 交流绕组构成的基本知识第二节 三相交流绕组连接实例第三节 正弦磁场下相绕组感应电动势第6页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第一节 交流绕组构成的基本知识第二节 三相交流绕组连接实例第三节 正弦磁场下相绕组感应电动势第7页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日一. 构成三相交流绕组的基本要求（1）三相绕组产生的基波电动势和磁动势应对称（即大小相等、相位互差120电角度，三相绕组的阻抗值相同）。（2）在导体数一定的条件下，力求获得尽可能大的

3、基波电动势，尽可能减少谐波，使电机电动势、磁动势呈正弦波形。（3）用铜（铝）量少，尽量节省材料。（4）绕组结构上要保证绝缘性能、机械强度、散热条件等满足条件，且制造工艺简单、便于维修。第8页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日二. 三相绕组构成的概念和几个定义1.线圈及其节距每相绕组由若干线圈按一定连接规律构成。由铜（铝）导线制成的成型线圈有叠绕组和波绕组两种。第9页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日 极距 绕组节距y式中：Q-电机槽数； p-电机极对数；第10页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日2.机械角度与电角度交流电机铁心内

4、圆几何上表示为360，称为机械角度360或2弧度。每对磁极的磁场（N极和S极）呈现一个周期，因此磁场一对极所占有的空间，记为占有360空间电角度。若电机有p对极：p机械角度=空间电角度第11页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日3.槽距角与导体电动势时间相位 相邻槽之间的电角度 ，称为槽距角。 式中：p-极对数； Q-定子槽数。第12页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日4.每极每相槽数q及相带 式中：p-极对数； m-相数。 每极每相槽数 每极下每相所占有的区域称为相带 。 60相带：第13页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日三.

5、 三相绕组的构成 将60相带绕组每对极下的六等分，依次命名为A、Z、B、X、C、Y，则A和X相带内的全部导体属于A相， B和Y相带内的全部导体属于B相， C和Z相带内的全部导体属于C相。 在属于同相的槽中嵌放同相的线圈，并按取得尽可能大电动势的原则连接线圈，即构成相绕组。第14页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第一节 交流绕组构成的基本知识第二节 三相交流绕组连接实例第三节 正弦磁场下相绕组感应电动势第15页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日一. 三相单层绕组例：Q=24,2p=4的电机铁心，连接三相60相带的交流绕组。1. 基本计算第16页，共6

6、8页，2022年，5月20日，20点33分，星期日2. 作A相绕组展开图第17页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日4. 改变线圈端接线得到的三相单层绕组的其它形式第18页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第19页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日二. 三相双层叠绕组例：Q=24,2p=4的电机铁心，连接三相双层绕组。1. 基本计算第20页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日2. 作A相展开图第21页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日三. 三相双层短距波绕组连接特点例：Q=36，2p=4，

7、m=3， 的三相双层短距波绕组。第22页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第一节 交流绕组构成的基本知识第二节 三相交流绕组连接实例第三节 正弦磁场下相绕组感应电动势第23页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日、导体感应电动势EC第24页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第25页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第26页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日二、线圈感应电动势Ey和节距因数Kp1第27页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第28页，共68页，2022年，5

8、月20日，20点33分，星期日 Kp1称节距因数，表示线圈采用短距后感应电势较整距时应打的折扣。第29页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日三、线圈组感应电动势Eq和分布因数Kd1 每极下每相有一个线圈组，线圈组由q个线圈组成，且每个线圈互差电角度。第30页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日q个线圈分布在不同槽内，使其合成电动势小于q个集中线圈的合成电动势，所以Kd11 分布因数Kd1可理解为各线圈分布排列后感应电势较集中排列时应打的折扣。第31页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日四、相绕组电动势Eph第32页，共68页，2022

9、年，5月20日，20点33分，星期日求出相电势后，根据“星”或“角”的接法，可求出线电势。对三角形连接：线电势=对星形连接：线电势=第33页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第五章作业P96 5-2，5-7第34页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第五章 交流电机绕组及其感应电动势第六章 交流绕组的磁动势第35页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第一节 单相绕组的磁动势-脉振磁动势第二节 三相绕组基波合成磁动势-圆形旋转磁动势第36页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第一节 单相绕组的磁动势-脉振磁动势第二

10、节 三相绕组基波合成磁动势-圆形旋转磁动势第37页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日一、整距线圈的磁动势 一台两极电机，设定子上有一整距线圈AX，匝数NC ，当通入交流电ic时，电流方向如图所示，（瞬时方向）由右手定则决定磁场方向，由全电流定律：作用于任何一闭合回路的磁势等于它所包围的全电流。第38页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日（1）将磁力线出转子进定子作为磁势正方向。取绕组轴为纵坐标y，在 范围内，磁力线向上为正值；在 范围内，磁力线向下为负值，即沿铁心内圆磁动势fc 呈矩形分布。 因磁力线两次通过气隙，如不计铁磁材料中的磁压降，则磁势NCi

11、c全部消耗在气隙中，经过一次气隙，消耗磁势为0.5NCic。（2）磁动势fc 幅值按电流的变化规律在正、负幅值间脉动，而磁动势的突变点（电流所在位置）固定不变。这种幅值大小随电流变化规律在正、负幅值间脉动，而空间位置固定不变的磁动势，称为脉振磁动势。第39页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日 基波表示式： 按照傅里叶级数分解的方法可以把矩形波磁势分解为基波和一系列的谐波之和； 其中：第40页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日 基波表示式：整距线圈磁动势的基波，空间呈余弦分布（ ）；幅值F1为矩形波幅值的 倍；其波幅和波节位置固定不变；整个余弦波按电流

12、的变化规律（ ）脉振。这种波在物理上称为驻波。第41页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日 谐波表示式：整距线圈磁动势的各次谐波，空间呈余弦分布（ ）；幅值为基波幅值F1的 倍； 整距线圈的磁动势空间呈矩形波分布，随时间按电流的变化规律改变大小，是时间、空间函数、可以分解为基波和一系列谐波磁动势之和。 第42页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日二、线圈组磁动势1. 整距线圈组磁势以q=3的整距线圈组为例： 每个线圈磁势大小相等，所以不同的仅是每个线圈在空间相隔的电角度。 所以q个线圈组成线圈组时，合成磁势并不等于每个线圈电势的q倍，而是等于个线圈电势的

13、矢量和。 第43页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日 线圈组合成磁动势基波幅值： 线圈组合成磁动势v次谐波磁动势幅值： 第44页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日三、双层短距线圈组的磁动势 将上、下层整距线圈组磁动势基波用 表示，求得双层整距线圈组磁动势的基波幅值：其中：Kp1为短距系数。第45页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日四、相绕组磁动势及其性质由于每对极下的磁动势和磁阻组成一个对称的分支磁路。所以一相绕组的磁势是指每对极下一相绕组的磁势。即一个线圈组的磁势。对于单层绕组，为qNC所产生的磁势；式中：每相磁动势基波幅值为

14、：第46页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日对于双层绕组，为2qNC所产生的磁势；式中：每相磁动势基波幅值为： 第47页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日单相绕组磁动势基本性质：（1）单相绕组磁动势是空间呈阶梯形分布，随时间按电流的变化规律交变的脉振磁动势，是时间和空间的函数。（2）此脉振磁动势包含着基波和一系列谐波，基波和各次谐波空间均呈余弦分布，均按通入电流的频率脉振。（3）脉振磁动势的幅值为 ，且此振幅处于该相绕组轴线处，位置固定。（4）谐波次数越高，谐波磁动势幅值越小。采用绕组分布、短距可以削弱谐波分量。第48页，共68页，2022年，5月2

15、0日，20点33分，星期日第一节 单相绕组的磁动势-脉振磁动势第二节 三相绕组基波合成磁动势-圆形旋转磁动势第49页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日 单相绕组的磁势为脉振磁势。将三个单相磁势相加，即得三相绕组的合成磁势。用图解法和解析法两种方法进行分析。 一、基波圆形旋转磁动势概念1. 图解法证明 三相对称电流通入三相对称绕组。 (1) 电流瞬时值为正值，则相绕组首端A、B、C导体中电流用“”表示，尾端X、Y、Z导体中电流用“”表示 。(2) 按右手螺旋规则，正方向电流的相磁动势与相轴正方向一致，负方向电流的相磁动势与相轴正方向相反。(3) 相磁动势的幅值总是在相轴线，

16、且幅值大小正比于电流。第50页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日(1) 电流瞬时值为正值，则相绕组首端A、B、C导体中电流用“”表示，尾端X、Y、Z导体中电流用“”表示 。(2) 按右手螺旋规则，正方向电流的相磁动势与相轴正方向一致，负方向电流的相磁动势与相轴正方向相反。(3) 相磁动势的幅值总是在相轴线，且幅值大小正比于电流。第51页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第52页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第53页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第54页，共68页，2022年，5月20日，20点33分

17、，星期日二、用数学去分析三相合成基波磁动势第55页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第56页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日第57页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日(1)三相合成基波磁动势 是一个旋转磁动势，其幅值 恒定，是单相脉振磁动势幅值的1.5倍。以空间相量表示时，相量端点轨迹为圆，故称圆形旋转磁场。(2)转向和转速。观察正波幅瞬时所在位置，可以求取转向、转速。若要改变三相合成旋转磁动势的转向，只需改变通入三相绕组的电流相序。(3)幅值的瞬时位置。当三相电流中某相电流瞬时值达最大值时，三相合成磁动势基波正幅值到达该相绕组轴线处。第58页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日三、三相绕组的高次谐波磁动势1. 3次及3的倍数次谐波磁动势（v=3k，k=1,2,3,）第59页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日2. 5次及v=6k-1（k=1,2,3,）次谐波磁动势第60页，共68页，2022年，5月20日，20点33分，星期日3. 7次及v=6k+1（k=1,2,