交流绕组及其电动势和磁动势.ppt

第四章 交流绕组及其电 动势和磁动势 4.1交流绕组的构成原则和分类 4.2三相双层绕组 4.3三相单层绕组 4.4正弦磁场下交流绕组的感应电动势 4.5感应电动势中的高次谐波 4.6通有正弦交流电时单相绕组的磁动势 4.7通有对称的三相电流时三相绕组的磁动势 4.1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正 弦形（基波、谐波） 2.三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、 空间互差电角度）（即保证各相电动势磁 动势对称，电阻电抗相同） 3.铜耗减小，用铜量减少。 4.绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制 造方便 二、交流绕组的分类 按相数分为：单相、三相、多相 按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉式 ）、双层（叠绕组、波绕组）、单双层 每极每相槽数q：整数槽、分数槽 三、基本概念 1.极距： 2.线圈节距y： 整距y=； 短距y。 3.槽距角（电角度）： 4.每极每相槽数q: 5. 电角度=p360=p机械角度 计量电磁关系的角度称为电角度（电气角 度）。电机圆周在几何上占有角度为360 ，称为机械角度。而从电磁方面看，一对 磁极占有空间电角度为360。一般而言， 对于p对极电机，电角度=p机械角度。 6.并联支路数a 7.相带：60度相带将一个磁极分成m 份，每份所占电角度 120度相带将一对磁极分成m 份，每份所占电角度 8.极相组将一个磁极下属于同一相（ 即一个相带）的q个线圈，按照一定方式 串联成一组，称为极相组（又称为线圈组 ）。 9.线圈组数 = 线圈个数/ q 相距360度电角 度，导体电势 时间上同相位 分析工具：槽导体电势星形图 把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量 表示，构成一辐射星形图 4.2三相双层绕组 一、特点： 每个槽内放置上下两个线圈边 线圈个数等于槽数Q1（定子） 线圈组个数 = Q1/q 每相线圈组数 每个线圈匝数为 =每槽导体数/2 每个线圈组的匝数为 *q 每相串联匝数N（即每极每条支路的匝数 ） 二、优点： 可采用短距，改善电动势、磁动势的波形 线圈尺寸相同，便于绕制 端部排列整齐，利于散热机械强度高 三、分类 叠绕组相邻两个串联绕组中，后一个绕 组叠加在前一个线圈上 波绕组两个相连接的线圈成波浪式前进 三相双层绕组 双层每槽中有两个元件边，分为上 下两层放置。靠近槽口的为上层，靠近 槽底部为下层。每个元件均有一个边放 在上层，一个边放在另一槽的下层，相 隔距离取决于节距。 元件的总数等于槽数，每相元件数即为 槽数的三分之一。 构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距,m=3) 分极分相: 将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 连线圈和线圈组： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈） 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？） 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） 以上连接应符合电势相加原则 连相绕组： 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法构造其他两相。 连三相绕组 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 接法或者Y接法 例：设相数m3，极数2p4，槽数Z24，则 每极每相槽数q2，槽距角a30 步骤： 绘槽电势星形图 分相使各相电势最大，且三相电势对称 绘绕组元件平面展开图 首先画出等距离的24根平行线段以表示 槽号表示各元件的上层边。在实线近旁 画出虚线以表示下层元件边。把各槽按顺序 编号，取槽号作为上层边的代号，取槽号加 注上标作为下层边代号。 整矩绕组：跨距y6，每个元件的上层边与下 层边相距6个槽。例如第l槽的上层边应与第7槽的 下层边接成一个元件。同理2-8，3-9，4-10， .相连，共计有24个元件。 a相8个元件分成4个元件组，各元件组的连接 规律为l-7-2-8，7-13-8-14，13-19-14-20， 19-1-20-2，分别用I、表示。 当磁场切割绕组时，该四个元件组的电势大小相等，I、 组电势时间上同相，、IV组电势与I、组电势反相 。 各元件组可以串联、并联、或一半串联后再并联。相绕 组可以有不同连接方式，当通以电流形成4极磁场。 短距绕组 取y5，每个元件跨5个槽，a相的4个元件组， 分别是l-6-2-7，7-12-8-13，13-18-14-19，19- 24-20-l 4.3三相单层绕组 一、特点： 每个槽内只有一个线圈边 线圈个数等于Q1/2 线圈组个数= Q1/2q 每相线圈组的个数= p （60相带时） 每个线圈匝数Nc=每槽导体数 每个线圈组的匝数qNc 每相串联匝数N=每相总的串联匝数/a = pqNc / a = 定子总导体数/2ma（即每条支路的匝数） 二、优点： 嵌线方便 槽的利用率高 不能做成短距（电气性能）波形差 三、分类 同心式绕组由不同节距的同心线圈组成 链式绕组由相同节距的同心线圈组成 采用不等距的线圈组成，节省铜线 4.4正弦磁场下交流绕组的感应电动势 一、一根导体的电动势 1.电动势频率： 2.电动势波形：由e=BLV可知，由气隙磁密 沿气隙分布的波形决定； 3.基波电动势大小： 式中：为每个磁极基波电动势的大小。 二、线匝电动势及短矩系数 ，短矩系数： 三、线圈电动势 设线圈为Nc匝数，则有： 四、线圈组电动势及分布系数 q个线圈组成，集中绕组： 分布绕组： 分布系数： 绕组系数： 五、相电动势和线电动势 设一相绕组的串联匝数为N（即一条支路的串 联匝数）则一相的感应电动势 对于单层绕组，因为每相有p个线圈组所以每 相串联匝数 对于双层绕组，因为每相有2p个线圈组所以每 相串联匝数 式中:a为并联支路数 若已知定子槽数为 ，每槽导体数为Z， 则电机总导体数为 ，电机总匝数为 每相全部线圈串联匝数为 ， 每相支路串联匝数N= 线电动势星接时 角接时 若已知定子槽数为 ，每槽导体数为Z ， 则电机总导体数为 ，电机总匝数为 每相全部线圈串联匝数为 ， 每相支路串联匝数N= 线电动势星接时 角接时 4.5感应电动势中的高次谐波 因为磁场波形相对于磁极中心线左右对称，所以 谐波磁场中无偶次谐波（见P114图4-14），故 =3，5，7，9，11 一、高次谐波电动势 谐波电动势 谐波磁场的极对数：p =p p激波磁场的极对数 谐波磁场的极距： =/ 激波磁场的极距 谐波磁场的槽距角：d =d 谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（ 同步转速） 谐波感应电动势的频率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1 谐波感应电动势的节距因数kpv 谐波感应电动势的分布因数kdv 谐波感应电动势的绕组因数kwv= kpv kdv 谐波电动势（相值） Ev = 4.44 fNRwrr 2、齿谐波电动势 齿谐波谐波次数v与一对极下的齿数Q1/p具 有特定关系的谐波 即v = Q1/p1=2mq1的谐波 齿谐波的特点 kWV（V=2mq1）= kW1 3、谐波的相电动势和线电动势 E = EL EL中三次及3的倍数次谐波。因为3k次谐波电动势 同相位、幅值相同，所以星接时线电动势为零 角接时产生环流，环流产生的压降恰好被抵消 。 4.谐波的弊害 使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加 ，从而影响用电设备的运行性能 干扰临近的通讯线路 二、消除谐波电动势的方法 因为Ev=4.44fNRwvv所以通过减小 KWr或r可降低Er 1.采用短距绕组 2.采用分布绕组，降低。 3.改善主磁场分布 4.斜曹或斜极 4.6通有正弦交流电时单相绕组的磁动势 一、.整距集中绕组的磁动势 设气隙均匀，通以正弦交流电流， Nc匝，则 每个气隙上的磁动势为： 结论：波形：矩形波； 脉动磁动势：空间位置固定、幅值 大小和方向随时间而变化的磁动势。 分解： 其中： 用电角度表示的空间距离。 基波磁动势的幅值： 次谐波磁势的幅值： 基波磁动势的性质：按正弦规律变化的脉 动磁动势。 二、分布绕组的磁势 1.整距分布绕组的磁势（q个） 2.双层短矩分布绕组的基波磁动势 三、单相绕组的磁动势 相电流为I、每相串联匝数N、绕组并联支 路数a、则单相磁动势为： 单相脉动磁动势的分解 结论：两个磁动势的性质：圆形旋转磁动势 ； 幅值为单相磁动势幅值的一半； 转速： 4.7通有对称的三相电流时三相绕组的磁动 势 1.圆形旋转磁动势 数学法 分解后相加的三相合成磁动势为： 图解法 结论：三相对称绕组流过三相对称电流产生的 合成基波磁动势为圆形旋转磁动势； 性质： 幅值： 转速： 转向：从载有超前电流相转到载有滞后电流相 ； 某相电流达最大值时，合成磁动势的幅值恰好 在该相绕组的轴线上 。 2.椭圆形旋转磁动势 当其中一个不对称时，便为椭圆形旋转磁动 势。 退 出 x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w- A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w- 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