第二篇 交流电机共同问题

（1）交流绕组基本概念和构成原理

（2）交流绕组的感应电动势的波形、频率、大小（3）交流绕组磁动势的时空概念（1）电角度概念（2）交流绕组磁势的时空概念难点内容：2交流电机的共同问题重点内容：2.1交流绕组的构成原则和分类2.2三相双层绕组2.4交流绕组的感应电动势2.6单相绕组的磁动势2.7三相绕组的磁动势2.3三相单层绕组2交流电机的共同问题2.1交流绕组的构成原则和分类一、构成原则(1)合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦形、幅值要大；(2)对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡；(3)绕组的铜耗要小，用铜量要小；(4)绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。二、分类按相数：单相和多相绕组；按槽内层数：单层和双层；

按每极下每相槽数：整数槽和分数槽；按绕法：叠绕组和波绕组。定子铁心定子绕组定子铁心和绕组横截面U1X1V1Y1Z1W1U1V1

W1X1Y1

Z1

流出为负

流入为正

U←V←W←U1X1V1Y1Z1W1i1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3

t=0O

时i1=0，i2＜0，i3

＞0××NSIm

tOi1t=0O

时i1=0，i2＜0，i3＞0U1X1V1Y1Z1W1NSt=120O

时i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1X1V1Y1Z1W1NSU1X1V1Y1Z1W1U1X1V1Y1Z1W1NSt=240O

时i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

时i1=0，i2＜0，i3＞0NSi

变化一周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈(2)旋转磁场的转速n0——同步转速

n0

=3000=60f1(r/min)U1U2V1V2W2W1每相绕组由一个线圈组成U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3每相绕组由两个线圈串联组成U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3××××t=0O

时

i1=0，i2＜0，i3

＞0NSNS

磁极对数p

p=2

电流变化一周

→旋转磁场转半圈

n0

=1500当磁极对数p=3时

n0

=1000

60f12=

60f13=60f1pn0=

f=50Hz时：

123456300015001000750600500pn0/(r/min)

(3)旋转磁场的转向(n0的方向)

U(i1)→V(i2)→W(i3)※由超前相转向滞后相。※由通入绕组中的电流的相序决定的。

怎样改变n0的方向?V(i1)→U(i2)→W(i3)2.2三相双层绕组（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；*10kW以上电机，一般采用双层绕组*双层绕组中，线圈数正好等于槽数*双层绕组的优点：一、基本概念1、极距τ相邻两个磁极轴线间沿着定子铁心表面所跨过的距离，一般用槽数表示。τ=Q/2p2、绕组元件、有效边、端接线绕组元件：用绕线模具制成一定形状的单匝或多匝线圈。有效边：放在电机定子槽内的绕组直线部分，能量转换。端接线：两个有效边之间的联线。3、线圈节距y1绕组两个有效边之间的距离，用槽数表示。为了得到尽可能大的电势、磁势，y1应接近于τy1=τ，整距绕组y1<τ，短距绕组y1>τ，长距绕组4、电角度机械角度：电机圆周的几何角度电角度：定子导体中感生电势变化所对应的角度。定子导体中电势变化一个周期，为360o电角度。对于p对极，机械上旋转一周，导体电势变化p个周期则：电角度=p*机械角度5、每极每相槽数qq=1，集中绕组q≠1，分布绕组通常q个绕组元件联成一组，称为一个极相组。6、槽距角α7、相带每极下每相所占有的区域，用电角度表示。相邻两槽间电角度：

此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。8、槽电势星形图每槽导体电势用一矢量表示，由此做出全部槽的电势，构成的星形图形。定子每极每相槽数：式中，

Q—定子槽数；

p

—极对数；

m—相数。相邻两槽间电角度：

二、槽电动势星形图和相带划分

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体（槽号）是如何分配的。槽电动势的星形图三相双层绕组槽电势星形图

同理，B相距离A相1200

电角度处,C相距离A相2400电角度处，可按图所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可得到一个三相对称绕组。将四个线圈组按一定规律连接，即可得A相绕组。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）表4-1各个相带的槽号分布槽数=36极距=9节距=9槽数=36极距=9节距=9槽数=36极距=9节距=9极相组A1极相组A2极相组X1极相组X2槽数=36极距=9节距=9槽数=36极距=9节距=8三、绘制绕组展开图绘制绕组展开图的步骤是：

a、绘制槽电动势星型图

b、划分相带

c、将各相线圈按一定规律连接成对称三相绕组。根据线圈的形状和连接规律，双层绕组可分为叠绕组和波绕组两类。1、双层叠绕组任何两个相邻线圈的都是后一个叠在前一个上面的，称为叠绕组。例如，绘制4极三相36槽的双层叠绕组展开图。三相双层叠绕组的A绕组的展开图

-1-2-3--10-11-12--19-20-21--28-29-30-A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）1—2—319—20—2110—11—1228—29—30两条并联支路2、波绕组

2.3三相单层绕组二、单层链式绕组

2.4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、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：

3、导体电动势的有效值

将

代入上式得导体电动势

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匝，则线圈电动势为三、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。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：其有效值为四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数考察一个极相组内q个线圈的合成电动势Eq1Ec2Ec1Ec3极相组的合成电动势

q个线圈的合成电动势Eq1为式中，—外接圆半径。把R代入上式，得

式中，—q个线圈电动势的代数和；

—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qEc1小于q个集中线圈的合成电动势Eq1，由此所引起的折扣kd1<1。一个极相组的电动势为式中，—q个线圈的总匝数；—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。2.6单层集中整距绕组的一相磁动势

交流电机模型图（A相集中绕组）1.磁动势表示方法

线圈中通入电流(i≠0）所产生的磁场分布图链接单个线圈产生磁动势图线圈磁动势的空间分布在定子内圆表面建立空间坐标，以A相绕组轴线与定子内表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度θ表示。把气隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆周方向的空间距离。正磁势规定：磁感应线方向是出定子进转子为正值。结论：通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周分布是一个矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁动势发生突跳。不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于整个磁路磁动势的一半，为Nci/2，即：转子定子2.用傅里叶级数分解矩形波磁动势

3次谐波5次谐波结论:1.基波磁动势的幅值为4/πfk，是矩形波磁动势的4/π倍3.线圈中通入交变电流产生脉振磁动势链接脉振磁动势动画当线圈电流交变时，线圈磁势在空间上沿气隙分布仍是矩形，而且轴线固定不动，但其幅值在时间上按余弦规律变化，也就是说整个磁势波不能移动而只能脉振。结论：1)单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在空间按矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。2)线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有3、5、7等谐波磁势分量。A相电流表达式A相脉振磁势表达式A相脉振磁势幅值B相与C相电流建立的脉振磁场

B相电流建立的磁场的磁极与对称轴iB

iB

相磁势空间分布波形4.脉振磁动势分解为两个旋转磁动势

结论：

1)一个脉振磁动势波，可分解为两个波长与原脉振波完全相同，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转角速度（ω）与脉振波的脉振频率（f）有关，每个旋转波的幅值是原脉振波的一半。

2)当线圈中电流为正的最大值时，脉振波的波幅为正的最大值，此时两个旋转波的正波幅正好转到α=0°的位置，即在通电线圈的轴线处，两个旋转波重叠在一起。链接脉振磁场动画5.线圈的分布和短距对磁势的影响

一.线圈分布的影响在交流绕组中，每相绕组都是由若干个线圈串联或并联组成。各线圈依次沿圆周错开一个槽（槽距角1）。对基波错开一个槽（槽距角1）对v次谐波错开电角度v1用矢量相加可以求得该线圈组磁势的v次谐波幅值分布绕组排布图1232ττ1多线圈的空间位置Fcv1Fcv2Fcv3v1v1V次谐波矢量v1v1Fcv1Fcv2Fcv3FqvV次谐波矢量合成显然，Fqv<qFcv,这一效应可用分布系数Kqv表示：基波分布系数：Kqv