第10章交流电机的绕组和电动势.ppt

1、第三篇 交流电机的绕组电动势和磁动势 (The Electromotive force and Magnetomotive force of AC machine winding),第十章 交流电机的绕组和电动势(The Winding and Electromotive Force of AC Machine),交流电机的基本工作原理,交流绕组的构成,绕组感应电势的分析,对交流绕组及其感应电势的要求,分析推导过程：,交流电机,同步电机,同步发电机,同步电动机,异步发电机,异步电动机,异步电机,同步电机,异步电机,交流电机的分类,链接同步电机基本结构动画,同步电机：多用作发电机使用，在不调速情

2、况， 也用作电动机，可改变电网功率因 数（通过调节励磁电流）。,基本结构,定子：定子铁心、 定子绕组（电枢绕组）。,转子：转子铁心（主磁极）、 转子绕组（励磁绕组）。,链接异步电机拆卸动画,异步电机： 主要用作电动机， 只有特殊场合才用作发电机。,两种类型的交流电机在涉及的基本电磁理论、 基本结构原理方面具有下面三个共同部分： 交流绕组的基本结构 交流绕组中感应的电动势 交流绕组产生的磁动势,10-1 交流电机的基本工作原理、 对绕组的基本要求,一、交流电机的基本工作原理,1.同步电机的基本工作原理,手动同步电动机模型动画,当转动手柄使外磁铁转动时， 转子磁极就会随之转动，重物就会上升。如果重

3、物重量不大，转子磁极转动的角速度总是等于外部磁铁的角速度。,感应电动势的产生（1）,链接发电机模型动画,给励磁绕组通入直流电流，电机里就产生了磁场，由原动机拖动主磁极以恒速 ，逆时针旋转，磁场与定子上的导体之间就有了相对运动（定子导体相对主磁极顺时针旋转切割），于是，在定子绕组里便感应出交流电势。,感应电动势的产生（2）,一根导体感应电势公式：,其中 导体所在处的磁通密度； 导体的轴向长度； 磁场切割导体的线速度。,链接同步电机模型动画,链接一对极电机 感应电势频率动画,电机的磁极对数（极对数 ）、感应电势的频率 及电机转速 的关系,两对磁极电机( ),对磁极电机,链接两对极电机 感应电势频率

4、动画,外部磁场旋转，转子也旋转，重物上升。但是转子转速小于磁铁转速。,2.异步电机的基本工作原理,链接手动异步电动机模型动画,链接异步电动机模型动画,定子： 定子铁心、 定子绕组，与同步电机相同。,转子： 转子铁心、鼠笼绕组,二、对交流绕组及其感应电动势的要求,1.对交流绕组感应电动势的要求,1）感应电动势的频率为 ； 2）三相绕组感应的电动势应是对称的，相位上依 次相差 时间角； 3）三相绕组感应的电动势波形应尽量接近正弦波形。,1）绕组导体数一定情况的下，能产生较大的基波 电动势，允许流过较大的电流，以便产生较大 的磁场； 2）三相绕组在电机定子内圆应该对称分布的，互差 空间电角度； 3）

5、电动势和磁动势波形应尽量接近正弦波，即谐波分量尽量小。,2.对三相交流绕组的要求,10-2 三相绕组的构成及其感应电势,如右图，当转子的励 磁绕组通入励磁电流 产生的在定子内圆表 面磁场分布情况（磁 力线表示）。 下图是定子内圆磁密 的分布波形。,一、转子产生的气隙主极磁 场（磁密）的分布及波形,电机气隙磁密波:,N,S,电机气隙磁密波及其分解 :,二、名词解释（1）,空间电角度 ：把一对主磁极表面占的空间距离用空间电角度表示，定义为 360空间电角度。,两极电机电角度,四极电机电角度,极距 ：定子内表面用长度表示的每极所占空间距离，可以用所跨槽数表示，也可以用所占空间电角度表示。,槽距角 ：

6、一个定子槽在定子内圆表面所占的空间 电角度。,线圈节距 ：一个线圈的两个线圈边沿定子内表面跨过的距离。,三、导体、单匝和多匝线圈（整矩和短距） 及其感应电动势,单层绕组：一个槽内只放一个线圈边。,集中绕组：一个极下每相只有一个定子槽，或每对极下每相只有一个线圈。,1.单根导体感应电动势分析,基波磁场感应的电势,基波磁场感应的电势有效值,思考：导体空间相位与电动势相位关系？,1.单根导体感应电动势分析（续）,3次谐波磁场感应的电势有效值,3次谐波磁场感应的电势,次谐波磁场感应的电势有效值,思考： 红色导体感应的电动 势和黄色导体感应电 动势有何区别？,2. 单匝线圈和多匝感应电动势分析,如果黄色

7、和红色导体串联构成一个单匝线圈，其基波电势：,如果是一个匝数为 线圈，其基波电势：,其 次谐波电势：,整距线圈：线圈节距 为一个极距 或 。,3.整矩、短距线圈感应 电动势分析（整矩）,整矩线圈,3.整矩、短距线圈感应 电动势分析（短距）,短距线圈： 线圈节距小于极距，即,短距线圈的感应电动势计算,基波电动势,短距线圈基波电动势有效值,短距系数的物理意义： 采用短距线圈要比相同匝数的整矩线圈感应电势要小，其减小的倍数即为短距系数。,线圈组：由依次相邻一个槽的 个结构相同的线圈串联构成的一组线圈组，称为线圈组。,四、（分布绕组相关）名词解释（2）,每极每相槽数 ：每个主磁极下一相所占的槽数。,分

8、布绕组实例,链接单层分布绕组感应电势动画,五、分布绕组基波与谐波电势分析,线圈组感应电动势的计算,图示， 三个整距线圈组成的线圈组基波电动势相量为 。,分布系数的物理意义： 采用分布放置的绕组要比相同匝数下集中放置的绕组产生的感应电势要小，其减小的倍数即为分布系数。,次谐波分布系数,基波分布系数,线圈组的谐波电动势,单层集中整距绕组实例（两极）,六 、三相交流绕组联结实例,1.,单层集中整距绕组实例( 四极),2.,双层分布短距绕组实例（两极）,3.,双层分布短距绕组联结实例（两极）,4. 三相双层分布短距绕组的安排（四极）,七、一相绕组的电动势,一相绕组的电动势“等于”一条支路中线圈组的数目乘以每个线圈组的电动势。 对于单层绕组：一相有p个线圈组，它们可以串、并、混三种连接方法。 1) 全并联：有p条并联支路，a=p，每条支路只有一个线圈； 2) 全串联：a=1，每条支路有p个线圈串联； 3) 混联：每条支路有 个线圈串联。,对于双层绕组：一相有2p个线圈组，它们也可以串、并、混三种连接方法。 1) 全并联：有2p条并联支路，a=2p，每条支路只有一个线 圈； 2) 全串联：a=1，每条支路有2p个线圈串联； 3) 混联：每条支路有 个线圈串联。,每相串联匝数； 电机极对数； 每极每相槽数； 每相绕组并联支路数。,一相绕组基波、谐波电势有效值,基波绕组系数； 谐波绕组