交流电机绕组

交流绕组的作用旋转磁场感应电势，或交流电流旋转磁场主要问题:时空正弦分布—增强基波,削弱谐波绕组=连接的线圈整体。线圈通常嵌入电机定转子槽内,第三部分交流电机绕组例同步电机发电同步发电机的工作原理如图。转子有永磁或直流励磁磁场,空间按”正弦”分布。转子转速为n(r/min)时定子绕组感应电势,时间上正弦分布。每经过一对磁极，感应电势就交变一周，若电机有p对频率=极对数*每秒转数:f=pn/60n=60f/p一对磁极的“电角度”为360°,其空间几何角360°/p,

即（空间）电角度=空间几何角*p两导体如空间电角度差α则产生的电势时间相位差也是α

---时空一致性定子三相绕组在空间上互差120°电角度，感应电势相位差也120°

若定子绕组接负载输出电能.定子是电枢（功率输出电机外）第6章交流绕组基本要求1、基波电势(磁势)大,谐波电势(磁势)小2、各相绕组对称。3、用铜量少；4、制造简单，检修方便。交流绕组的分类1、单相、两相和多相绕组；2、槽内单层、双层绕组。单层分为链式、交叉式和同心式绕组，双层分为叠绕组和波绕组；3、

每极每相槽数:整数槽和分数槽。

现代交流电机主要是三相电机，下面介绍最常用的三相整数槽单层绕组和双层叠绕组。例总槽Z=24,极数2p=4极距τ=Z/2p=24/4=6--电角度180每极每相槽数q=τ/相数m=6/3=2线圈宽-节距y

~τ（两边电势迭加大）

y=τ：整距绕组y<τ：短距绕组槽距角α=180°/τ=180°/6=30°绕组的基本知识6.3三相单层绕组（每槽一个线圈边）例24槽4极：τ=6,q=2A相绕组形成1

按q=2:先定A相在第一极区占前2槽。5

按电流方向将线圈联结为绕组2

按τ=6，2P=4：+τ拓展到2P个极区3

按异极异向标出电流方向4

将电流反向的两槽环成线圈----多种方式联链式y=τ线圈4电流反向的两槽环成线圈5按线圈电流方向(串)联为绕组链式y=τA相B相移120°+2τ/3(=4)槽C相再移120°！！再+4槽(C端:9可改4?，21?)其它短跨式Y=5<τ=6省线,漏感小同心式易下线耗线多漏感大q>2交叉绕组例q=3XA链式短跨三相单层绕组单层绕组的特点：简单;线粗时不便排列.常用小容量电机6.4三相双层绕组-每槽2个线圈边双层叠绕组例Z=36，2p=4,τ=9、每极每相槽数q=3

半整整半槽下上上下Y=

τ-1三相双层绕组双层绕组的优点：分布范围大，可以改善电动势和磁动势的波形。定子冲片定子线圈铁心和机座6.5

正弦分布旋转磁场下的绕组电势基波行波磁通在N匝整距线圈中以频率f按正弦变化，(最大值Φ1m=(每极面积Lτ)*(2/π)B1m)

线圈基波电势有效值:4.44NfΦ1m因线圈间电势有相位差α注：空间相位=时间相位

时空一致总电势按相量合成绕组基波电势E1=4.44fkw1NΦ1mN—绕组串联匝数,

绕组系数kw1=|相量和|/(|相量|和)---反映电势相量加效应ααα各线圈匝数相等时(1)单层分布:分布因子

kq1=2R*sin(qα/2)/q

=sin(qα/2)/(qsin(α/2))(2)双层:上下层差α.

双层因子kc1=cos(α/2)(3)斜槽γ:相当qα=γ|q∞&α0

斜槽因子kγ1

=sin(γ/2)/(γ/2)

综合:

绕组系数kw1α高次谐波电势发电机旋转磁场有谐波,主要是5,7,11,13,.次相谐波电势Ev=4.44fV

NkwvΦmv谐波电势影响:增加损耗与扰动

N:相串联匝数,Φmv谐波磁通峰值绕组谐波系数kwv=kw1

|αv

α,γv

γ绕组系数kwv计算例:4极q=4双层(总槽数=4*3q=48)v=[1,5,7,11,13,17,19,23,25,29]q=4,a=(pi/3/q);c=2;r=pi/(3*q);kwv=cos((c-1)*a*v/2).*sin(q*a*v/2)./(q*sin(a*v/2));kwv=kwv.*sin(r*v/2)./(r*v/2);kwv=abs(kwv)V1571113171923

2529直槽Kwv(%)95169.61.61.69.616959516斜槽15°Kwv(%)951581.11.034442.6高次谐波电势谐波电势削弱方法:

(1)减弱旋转磁场谐波---v越高,Φmv越低

(2)绕组Y接,消线电势3倍次谐波

(3)增分布:双层&增q,可削弱谐波kwv

(4)斜槽γ=60/q,可降”齿谐波”(v=6q±1):

增q也可降齿谐波

(5)分数槽可降齿谐波[例]相电势为相电压220v的87.7%，气隙基波B1m为0.738T，每极面积98.8cm2，kw1=0.945,求每相串联匝数N。解

基波磁通量

相电动势

基波绕组因数电势计算第7章绕组电流磁动势一、单相绕组的磁动势–脉振磁动势（一）整距线圈的磁动势为满足f∝i,以A槽中点为f=0起始点磁动势方波分布如下图，幅值Ni/2绕组电流磁动势：f(x,t)=∫i(x,t)dx气隙使磁路近线性，磁场B时空分布与f相近交流电机中期望F从而B空间正弦分布并恒速恒幅旋转整距线圈空间方波磁动势的基、谐波分布（N1为每极串联匝数）方波可分解为基波与奇次v=2k+1谐波基、谐波幅值Fv=(4/πv)方波幅值F=(4/πv)(N1/2)i(t)--v越高,Fv越低整距线圈磁势空间分布f(x,t)=ΣVfV(x,t)|v=1,3,5,….基、谐波磁势空间正弦分布:fv(x,t)=Fv(t)*cos[vπ(x-xv)/τ]幅值Fv(t)=(4/πv)(N1/2)i(t)极对数vp注:三相合成磁势无三倍次谐波（后述）只考虑“奇非3”谐波v=6k±1=1，5，7，11，13，。。。磁势向量—表达磁势空间正弦分布的向量

--其模为磁势幅值F,其角指向磁势幅值位置

各相、线圈同次谐波磁势可向量合成（运算同相量）用于研究旋转磁场合成与谐波抑制等谐波抑制分布绕组能增基波，减谐波。原理及计算与电势谐波相量分析相同。效果也用Kwv反映：绕组v次谐波幅值Fv=(4/πv)(N1Kwv/2)i例三相异步机四极48槽双层绕组斜槽15°V:1571113171923Kwv94.715.28.31.11.03.44.04.1(%)Fv/F1:1003.21.30.10.10.20.20.2(%)可见无论电势还是磁势，利用分布可以有效削弱谐波磁势向量（ueiφ）相量：表达物理量时间正弦分布的向量磁势向量：表达磁势空间正弦分布的向量

--正弦分布量合成满足向量合成法则单相交流(基波)磁势脉振磁势=双旋转磁势单相交流基波磁势向量:脉振与旋转clear;clfforwt=0.2:0.1:4*pi+0.2f1=exp(j*wt);f2=exp(-j*wt);f=f1+f2;f=f*0.999;holdoff;compass([2],'w');holdon;compass([f1],'r');holdon;compass([f2],'g');holdon;

compass([f],'b');holdon;

drawnowend单相交流基波磁势：行波与脉振驻波x=0:0.1:9;forwt=0:0.05:4*pif1=sin(x*pi/3-wt);%~→f2=sin(x*pi/3+wt);%←~f=f1+f2;%~↑↓holdoff;axis([0,10,-2,8]);plot(x,f,x,f2+3,x,f1+6,x,-2,x,7);gridon;hold

on;drawnow;end时空对称多相交流磁势合成

圆形旋转磁势的一般条件---多相交流绕组时空对称

即①绕组空间对称②电流相幅对称。合成幅值

F=(m/2)F1

转速

n1=60f/p(rpm),

转向时间领先到落后相绕组

三相对称绕组交流基波合成磁势电流ABC差120°。各相F+、F-向量初相位图：A相:位于A轴；B相:按转向差B轴120°;C相:差240°。F+合成磁势---圆形旋转,恒幅恒速三相交流绕组基波合成磁势向量图clear;clfa=2*pi/3;forwt=0.4:0.2:4*pi+0.4fa=1*cos(wt);fb=exp(j*a)*cos(wt-a);fc=exp(j*2*a)*cos(wt-2*a);f=fa+fb+fc;f=f*0.999;holdoff;compass([fa,fb,fc,f]);holdon;drawnowend三相交流绕组基波合成磁势波形图clear;clfx=[0:100]*2*pi/100;a=2*pi/3;fort=0:400wt=t*2*pi/100;

fa=sin(x)*cos(wt);

fb=sin(x-a)*cos(wt-a);

fc=sin(x-2*a)*cos(wt-2*a);f=fa+fb+fc;holdoff;plot(x,fa+8,x,fb+6,x,fc+4,x,f,x,10);

grid;hold

on;drawnowend结论：三相时空对称绕组基波磁势为圆形恒幅恒速旋转；幅值:(3/2)F1m转速：n1=60f/p(rpm)转向：从时间(电流)领先到落后相绕组

ABC改变转向:交换两个绕组电流相序三相绕组基波合成磁动势二相交流绕组圆转磁势的条件条件:时间相位差=180°-空间相角差转向：领先绕组滞后绕组例(1)二相电机空间差90°

电流相位差180°-90°=90°--相当于四相电机(2)3相改2相电机：空间差120°

--电流相位差

180°-120°=60°

总磁势幅值=0.866*(1)一般多相交流绕组基波磁势(1)F+=0或F-=0:

圆形旋转,恒幅恒速(2)F+,F-同存不等幅:

椭圆旋转不恒幅不恒速(3)F+,F-等幅:--脉振多相交流绕组基波磁势(1)F+=0或F-=0:圆(2)F+,F-同存不等幅:椭圆(3)F+,F-等幅:脉振例1:不对称三相电流磁势?

必有负序(反转)分量

I1=I2？“Y”

；“N”

.

2:三相绕组断一绕组后磁势?Δ:

;Y:

.3：距60度二相绕组的磁势圆转,

电流相位差:

?

度.组合谐波磁动势f(时u,空v),u,v奇次转速大小

n(u，v)=±60（uf）/（vp）=±(u/v)n1u，v均分三类6k+3，6k+1，6k-1V0:{6k+3}(*120°≡0°)三相同相,0序对称U+,V+:{6k+1}(*120°≡120°)三相正序对称U-