电机学课件第六章交流绕组的共同问题(华夏)

第六章交流电机电枢绕组的电动势与磁动势交流电机电枢绕组的电动势与磁动势交流电机主要包括异步电机和同步电机两大类；两类电机在结构上既具有共同之处，又各有其自身特点。

共同之处在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。

交流电机的共同问题包括：

(1)三相交流绕组的结构；

(2)三相交流绕组产生的磁势分析；

(3)三相交流绕组产生的感应电势分析；

交流电机图片同步发电机定子结构汽轮发电机定子下线汽轮发电机转子1汽轮发电机转子3汽轮发电机转子4水轮电机组装水轮电机组装

掌握交流电机三相绕组构成原则。

能够绘制三相单层和三相双层短距分布绕组展开图。

本章要求：

掌握基波磁场下双层、短距分布绕组相电势计算。掌握三相电机线、相电势关系。掌握单相绕组产生脉振磁势及其主要结论。熟练掌握单相绕组产生脉振磁势基波可以分解为两个转向相反的旋转磁势。掌握三相绕组产生旋转磁势的条件、性质及其主要结论。熟练掌握三相对称绕组产生圆形旋转磁势基波的大小、转向、速度

。掌握基波磁场下集中、分布绕组线圈组电势计算。

§6-1交流绕组的感应电动势在交流电机中，一般要求电机绕组中的感应电动势随时间作正弦变化，这就要求电机气隙中磁场沿空间为正弦分布。要得到完全严格的正弦波磁场很难实现，但是可以采取各种结构参数尺寸使磁场尽可能接近正弦波，例如从磁极形状、气隙大小等方面进行考虑。在国家标准中，常用波形正弦性畸变率来控制电动势波形的近似程度。本节首先研究在正弦分布磁场下定子绕组中感应出的电动势，我们先看一根导体内的电动势的大小，再看一个线圈内的,最后得出一相绕组的感应电势6.1.1导体电动势NSAOnα展开Bm⊙⊙NSω0Bπα2πα=ωtBδ空间电角度α：一对主磁极表面所占的空间距离，用空间角度表示时，定为3600

。

机械角度β：电机整个转子表面所占空间几何角度3600

。

β

＝α×3600

。当气隙磁场的磁通密度

在空间按正弦波分布时，设其最大磁密为Bm，则：=Bmsinα于是导体切割气隙磁场时：其中：所以导体电动势的有效值为：可见导体中感应电势随时间变化的波形，决定于气隙中磁密的分布波形。0eEmπ2πωtω+j04极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz,转速应为多少？又因为正弦波磁通密度的平均值为：每极磁通为：都代入上式：这是一根导体内的电动势。小结：绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势有效值/频率/波形均相同；但是他们的相位不相同。

例：在电机的定子上放了相距1500空间电角度的两根导体A与X；转子绕组通入直流励磁电流产生一对极性的气隙磁密，并规定导体电动势出纸面为正，如图所示。已知原动机拖动电机转子逆时针方向以n的转速恒速旋转时，在每根导体中感应的基波电势有效值都是10V。画出图示瞬间两根导体A与X的感应基波电势相量在复平面上的位置。NSAn1500X+j15006.1.2整距线匝基波电动势线圈一般由w匝构成，当w=1时，为单匝线圈。称为整距线圈。如图所示：由于整距线匝两有效边感应电动势的瞬时值大小相等而方向相反，故整距线匝的感应电动势为：y1=τ+j

其有效值为:Bm⊙⊙NSn0Bπα2πAX+j6.1.3整距线圈基波电动势如果线圈不只一匝，而是匝，则：6.1.4短距线圈基波电动势而对于的短距线圈，其线圈节距，其中y1<τ⊙⊙NSn0Bπα2πAX+j6.1.5线圈组电动势和分布系数：线圈在下线时，是以线圈组为单位的，每个极（双层绕组时）或每对极（单层绕组时）下有q个线圈串联，组成一个线圈组，所以线圈组的电动势等于q个串联线圈电动势的相量和。⊙⊙⊙⊙⊙⊙α1231’2’3’eq槽距角每极每相槽数一个线圈的电势为:由图可知，线圈组电动势的有效值为：式中：当q=1时，kq=1，称为集中绕组。线圈组电动势的有效值为：由于短距和分布引起线圈组电动势减小的程度。相电动势和线电动势：我们知道在多极电机中每相绕组均由处于不同极下一系列线圈组构成，这些线圈组既可串联，也可并联。此时绕组的相电动势等于此相每一并联支路所串联的线圈组电动势之和。如果设每相绕组的串联匝数（即每一并联支路的总匝数）为N，每相并联支路数为a时，相电动势为：ANSn1A’6.2交流电机的磁势§

交流电机的绕组交流电机的绕组由嵌放在定子铁心槽内的线圈按一定规律联接而成的。交流电机的绕组分为：单相绕组（m=1）和三相绕组（m=3）交流电机:异步电机、同步电机（电动机、发电机）一、交流电机的基本工作原理

1、同步发电机的基本工作原理三相电势波形图2

三相异步电动机的转动原理二、旋转磁场

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生oo规定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出(

)电流入

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。动画任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0

to3.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：o

tAXBYCZAXYCBZ

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC4.旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2时0旋转磁场转速n0与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:7.2.2电动机的转动原理1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2