第四章-交流绕组及其电动势和磁动势课件

第四章

交流绕组及其电动势和磁动势第四章

交流绕组及其电动势和磁动势1本章研究：交流绕组的连接规律；正弦磁场下交流绕组的感应电动势；通有正弦电流时单相绕组的磁动势；通有对称三相电流时的磁动势。本章研究：2机械旋转磁场是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；旋转磁场是交流电机工作的基础前言电气旋转磁场是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机械旋转磁场是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；3一、基本知识1.交流绕组的基本要求合成电动势和合成磁动势波形接近正弦，幅值要大、各谐波分量要小；三相绕组基波电势、基波磁势对称，电阻、电抗要平衡；绕组的铜耗要小，用铜量要省；绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造方便。4.1交流绕组的构成原则和分类大小、频率、波形和对称的问题一、基本知识1.交流绕组的基本要求4.1交流绕组的构成原44.1交流绕组的构成原则和分类一、基本知识2.交流绕组的分类①相数：单相和多相绕组；②根据槽内层数：单层绕组和双层绕组；③每极下每相槽数：整数槽和分数槽。④根据绕法：叠绕组和波绕组；4.1交流绕组的构成原则和分类一、基本知识2.交流绕组的分5的三相交流电机，其定子绕组大多采用双层绕组。特点：绕组的线圈数等于槽数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；主要优点：4.2三相双层绕组的三相交流电机，其定子绕组大多采用双层绕组。6上层边下层边单层绕组双层绕组槽楔上层边下层边单层绕组双层绕组槽楔74.2三相双层绕组以Q=36，2p=4的三相双层叠绕组来进行分析（1）绘制槽电动势星形图（2）分相、构成线圈（3）计算极距和节距（用槽数计）（4）极相组划分（5）确定并联支路数（6）把属于各相的所有极相组串联起来，得到绕组展开图。4.2三相双层绕组以Q=36，2p=4的三相双层叠绕84.2三相双层绕组一、基本概念1.机械角度：一个圆周几何角度是360°，在电机分析中称为机械角度。2.电角度：在电路理论中，随着时间按正弦规律变化的物理量交变一次经过360°时间电角度。在电机中，导体经过一对磁极，其感应电动势交变一次，因此一对磁极所对应的空间电角度称为360°空间电角度（或者2π空间电弧度）。3.电角度和机械角度的关系：若电机极对数为p，则一个圆周代表p×360°空间电角度，因此与机械角度θ对应的空间电角度为p4.2三相双层绕组一、基本概念1.机械角度：一个圆周几何94.2三相双层绕组一、基本概念4.槽距角a：表示相邻两个槽之间距离的空间电角度。同时也是相邻槽中导体感应电动势的相位差。Q是槽数N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相双层绕组一、基本概念4.槽距角a：表示相邻两个槽104.2三相双层绕组一、基本概念5.极距

：一个磁极在电枢表面的位置称为极距。它可用长度，所占槽数，电角度或者电弧度表示电角度：180°电弧度：

长度:槽数:N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相双层绕组一、基本概念5.极距：一个磁极在电枢114.2三相双层绕组6.线圈元件：由两根相距一定距离的元件边和端接线相连构成线匝，Nc匝串联构成线圈单匝线圈多匝线圈匝数Nc4.2三相双层绕组6.线圈元件：由两根相距一定距离的元件124.2三相双层绕组7.线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽数，称为线圈节距。整距y1=；短距y1<。单匝线圈多匝线圈匝数NcN2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2三相双层绕组7.线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽134.2三相双层绕组8.每极每相槽数q：表示每极下每相所占槽数。右图q等于3N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相双层绕组8.每极每相槽数q：表示每极下每相所占149.槽电动势星形图：把电枢上各槽内导体感应电动势用矢量表示，构成的图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2B9.槽电动势星形图：把电枢上各槽内导体感应电动势用矢量表示，159.槽电动势星形图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1B1-18经过了一对极，在向量图上恰好走了一圈槽距角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。19-36经过了一对极，在向量图上走第二圈9.槽电动势星形图1357911131517192123251610.相带：每极下每相所占的区域360度的星形图圆周分成三等分，每等分占120度，成为120度相带；获得的电动势较小。若分成六等分，则称60度相带；这种分法同样可以保证电势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。以A相为例：A相共有12个槽1,2,3(线圈组A1)19,20,21(线圈组A2)10,11,12(线圈组X1)28,29,30(线圈组X2)60度相带A相带X相带将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组极相组10.相带：每极下每相所占的区域以A相为例：A相共有12个槽17B相距离A相120电角度7,8,9(线圈组B1)25,26,27(线圈组B2)16,17,18(线圈组Y1)34,35,36(线圈组Y2)60度相带B相带Y相带将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到B相绕组B相距离A相120电角度7,8,9(线圈组B118C相距离A相240电角度13,14,15(线圈组C1)31,32,33(线圈组C2)4,5,6(线圈组Z1)22,23,24(线圈组Z2)60度相带C相带Z相带将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到C相绕组C相距离A相240电角度13,14,15(线圈组C1960相带绕组：每个相带各占60电角度各个相带的槽号分布：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第一对极下（1槽~18槽）第二对极下（19槽~36槽）60相带绕组：各个相带的槽号分布：相带槽号极对ABCXYZ204.2三相双层绕组满足交流绕组基本要求的方法（1）磁场B在空间按正弦规律分布，则它在交流绕组中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化。（2）用槽电动势星形图保证三相绕组基波电动势、基波磁动势对称。（3）用60相带的绕组获得较大的基波电动势。4.2三相双层绕组满足交流绕组基本要求的方法（1）磁场B在21N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n展开1234567N1N2192021222324252627282930313222二、叠绕组叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，后一个线圈紧“叠”在前一个线圈上。123101112192021282930三相双层叠绕组的A相绕组展开图磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468线圈节距y1＝8短距二、叠绕组叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，后一个线23二、叠绕组123101112192021282930三相双层叠绕组的A相绕组展开图磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468将每个极相组下的线圈串联起来导体相对磁场的运动方向二、叠绕组123101112192021282930三相双层24A-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-XA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30XAA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（两条并联支路）极相组A和X的电动势、电流方向相反，为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消，串联时应将极相组A和X反向串联，即首－首相连把尾端引出，或尾－尾相连把首端引出A-1-2-3--10-11-12--19-20-21-251—2—319—20—2110—11—1228—29—30XAA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（四条并联支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30X26第四章-交流绕组及其电动势和磁动势课件27小结由于每相的极相组数等于极数，所有双层叠绕组的最多并联支路数等于2p。实际支路数a通常小于2p，且2p必须是a的整数倍。叠绕组的优点是，短距时端部可以节约用铜量。缺点是一台电机的最后几个线圈的嵌线较为困难，极间连线较长，在极数较多时相当费铜。小结由于每相的极相组数等于极数，所有双层叠绕组的最多并联支路284.3正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的感应电动势电动势的波形2.正弦电动势的频率感应电动势的频率：同步转速：国家标准：f为50Hz掌握：1.电动势是一个时间量2.频率和磁场转速的关系4.3正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的感应电动势电293.导体电动势的有效值掌握：1.磁通的表示2.导体电动势和变压器中电动势的比较3.导体电动势的有效值掌握：1.磁通的表示2.导体电30二、整距线圈的电动势匝电势单匝线圈电动势的有效值线圈有Nc匝，则线圈电动势为：二、整距线圈的电动势匝电势单匝线圈电动势的有效值线圈有Nc匝31三、短距线圈的电动势，节距因数短距线圈的节距y1<τ，用电角度表示时，节距为单匝线圈的电动势为：据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的三、短距线圈的电动势，节距因数短距线圈的节距y1<τ，用电32kp1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.有效值Ec1(Nc=1)为:kp1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33四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数q个线圈的合成电动势Eq1为式中，－外接圆的半径。把R代入上式，得:四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数q个线圈的合成电动势34式中,qEc1－q个线圈电动势的代数和；kd1－绕组的基波分布因数，kd1的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势Eq1小于q个集中线圈的合成电动势qEc1，由此所引起的折扣式中,qEc1－q个线圈电动势的代数和；kd1－35一个极相组的电动势为qNc－个线圈的总匝数；kw1=kp1kd1－绕组的基波绕组因数。kw1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。一个极相组的电动势为qNc36五、相电动势和线电动势N：一相绕组的总串联匝数五、相电动势和线电动势N：一相绕组的总串联匝数37小结单个导体电动势E1整距线圈电动势Ec1短距线圈电动势Ec1分布线圈组电动势Eq1相电动势Eφ1=2pEq1/a线电动势小结单个导体电动势E1整距线圈电动势Ec1短距线圈电动势Ec38第四章

交流绕组及其电动势和磁动势第四章

交流绕组及其电动势和磁动势39本章研究：交流绕组的连接规律；正弦磁场下交流绕组的感应电动势；通有正弦电流时单相绕组的磁动势；通有对称三相电流时的磁动势。本章研究：40机械旋转磁场是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；旋转磁场是交流电机工作的基础前言电气旋转磁场是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机械旋转磁场是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；41一、基本知识1.交流绕组的基本要求合成电动势和合成磁动势波形接近正弦，幅值要大、各谐波分量要小；三相绕组基波电势、基波磁势对称，电阻、电抗要平衡；绕组的铜耗要小，用铜量要省；绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造方便。4.1交流绕组的构成原则和分类大小、频率、波形和对称的问题一、基本知识1.交流绕组的基本要求4.1交流绕组的构成原424.1交流绕组的构成原则和分类一、基本知识2.交流绕组的分类①相数：单相和多相绕组；②根据槽内层数：单层绕组和双层绕组；③每极下每相槽数：整数槽和分数槽。④根据绕法：叠绕组和波绕组；4.1交流绕组的构成原则和分类一、基本知识2.交流绕组的分43的三相交流电机，其定子绕组大多采用双层绕组。特点：绕组的线圈数等于槽数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；主要优点：4.2三相双层绕组的三相交流电机，其定子绕组大多采用双层绕组。44上层边下层边单层绕组双层绕组槽楔上层边下层边单层绕组双层绕组槽楔454.2三相双层绕组以Q=36，2p=4的三相双层叠绕组来进行分析（1）绘制槽电动势星形图（2）分相、构成线圈（3）计算极距和节距（用槽数计）（4）极相组划分（5）确定并联支路数（6）把属于各相的所有极相组串联起来，得到绕组展开图。4.2三相双层绕组以Q=36，2p=4的三相双层叠绕464.2三相双层绕组一、基本概念1.机械角度：一个圆周几何角度是360°，在电机分析中称为机械角度。2.电角度：在电路理论中，随着时间按正弦规律变化的物理量交变一次经过360°时间电角度。在电机中，导体经过一对磁极，其感应电动势交变一次，因此一对磁极所对应的空间电角度称为360°空间电角度（或者2π空间电弧度）。3.电角度和机械角度的关系：若电机极对数为p，则一个圆周代表p×360°空间电角度，因此与机械角度θ对应的空间电角度为p4.2三相双层绕组一、基本概念1.机械角度：一个圆周几何474.2三相双层绕组一、基本概念4.槽距角a：表示相邻两个槽之间距离的空间电角度。同时也是相邻槽中导体感应电动势的相位差。Q是槽数N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相双层绕组一、基本概念4.槽距角a：表示相邻两个槽484.2三相双层绕组一、基本概念5.极距

：一个磁极在电枢表面的位置称为极距。它可用长度，所占槽数，电角度或者电弧度表示电角度：180°电弧度：

长度:槽数:N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相双层绕组一、基本概念5.极距：一个磁极在电枢494.2三相双层绕组6.线圈元件：由两根相距一定距离的元件边和端接线相连构成线匝，Nc匝串联构成线圈单匝线圈多匝线圈匝数Nc4.2三相双层绕组6.线圈元件：由两根相距一定距离的元件504.2三相双层绕组7.线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽数，称为线圈节距。整距y1=；短距y1<。单匝线圈多匝线圈匝数NcN2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2三相双层绕组7.线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽514.2三相双层绕组8.每极每相槽数q：表示每极下每相所占槽数。右图q等于3N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2三相双层绕组8.每极每相槽数q：表示每极下每相所占529.槽电动势星形图：把电枢上各槽内导体感应电动势用矢量表示，构成的图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2B9.槽电动势星形图：把电枢上各槽内导体感应电动势用矢量表示，539.槽电动势星形图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1B1-18经过了一对极，在向量图上恰好走了一圈槽距角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。19-36经过了一对极，在向量图上走第二圈9.槽电动势星形图1357911131517192123255410.相带：每极下每相所占的区域360度的星形图圆周分成三等分，每等分占120度，成为120度相带；获得的电动势较小。若分成六等分，则称60度相带；这种分法同样可以保证电势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。以A相为例：A相共有12个槽1,2,3(线圈组A1)19,20,21(线圈组A2)10,11,12(线圈组X1)28,29,30(线圈组X2)60度相带A相带X相带将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组极相组10.相带：每极下每相所占的区域以A相为例：A相共有12个槽55B相距离A相120电角度7,8,9(线圈组B1)25,26,27(线圈组B2)16,17,18(线圈组Y1)34,35,36(线圈组Y2)60度相带B相带Y相带将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到B相绕组B相距离A相120电角度7,8,9(线圈组B156C相距离A相240电角度13,14,15(线圈组C1)31,32,33(线圈组C2)4,5,6(线圈组Z1)22,23,24(线圈组Z2)60度相带C相带Z相带将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到C相绕组C相距离A相240电角度13,14,15(线圈组C5760相带绕组：每个相带各占60电角度各个相带的槽号分布：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第一对极下（1槽~18槽）第二对极下（19槽~36槽）60相带绕组：各个相带的槽号分布：相带槽号极对ABCXYZ584.2三相双层绕组满足交流绕组基本要求的方法（1）磁场B在空间按正弦规律分布，则它在交流绕组中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化。（2）用槽电动势星形图保证三相绕组基波电动势、基波磁动势对称。（3）用60相带的绕组获得较大的基波电动势。4.2三相双层绕组满足交流绕组基本要求的方法（1）磁场B在59N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n展开1234567N1N2192021222324252627282930313260二、叠绕组叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，后一个线圈紧“叠”在前一个线圈上。123101112192021282930三相双层叠绕组的A相绕组展开图磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468线圈节距y1＝8短距二、叠绕组叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，后一个线61二、叠绕组123101112192021282930三相双层叠绕组的A相绕组展开图磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468将每个极相组下的线圈串联起来导体相对磁场的运动方向二、叠绕组123101112192021282930三相双层62A-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-XA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30XAA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（两条并联支路）极相组A和X的电动势、电流方向相反，为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消，串联时应将极相组A和X反向串联，即首－首相连把尾端引出，或尾－尾相连把首端引出A-1-2-3--10-11-12--19-20-21-631—2—319—20—2110—11—1228—29—30XAA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（四条并联支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30X64第四章-交流绕组及其电动势和磁动势课件65小结由于每相的极相组数等于极数，所有双层叠绕组的最多并联支路数等于2p。实际支路数a通常小于2p，且2p必须是a的整数倍。叠绕组的优点