交流电机绕组及其感应电动势.ppt

第四章交流电机绕组及其感应电动势 6 1旋转电机的基本作用原理 旋转电机的结构转子定子空气隙 铁芯 构成磁的通路绕组 构成电的通路励磁绕组 通产生磁场的电流电枢绕组 通传递能量的电流 旋转电机工作时 磁场与电枢绕组之间有相对运动 可以在电枢绕组内感应出电动势 同时 电枢电流与气隙磁场相互作用又会产生电磁转矩 由此实现机电能量转换 一 同步电机的基本作用原理 结构模型定子 嵌有三相对称绕组 匝数相同 空间位置互差120 转子 装有励磁绕组 通上直流电后可以产生恒定磁场 该磁场在气隙中按正弦规律分布 工作原理 原动机带动转子以恒定的转速旋转 则气隙中的磁场也随转子恒速旋转 相当于绕组反向切割磁力线 绕组中会有感应电动势产生 发电 感应电动势波形 正弦波三相绕组感应电动势之间的相位关系 互差120 注意时空量的对应关系 在转子恒速的情况下 气隙磁场在空间上按正弦规律分布 绕组感应电动势随时间按正弦规律变化三相绕组在空间上互差120 三相绕组的感应电动势在时间相位上互差120 若将三相绕组的x y z三个端点接在一起作为中性点 a b c三个端点接三相对称负载 则三相绕组内有三相对称电流流过 三相电流与励磁磁场相互作用产生电磁转矩 在发电运行状态下 该转矩与原动机输入的转距及转子的转向相反 为保持转子的转速不变 原动机必须不断地输入机械转矩 即不断输入机械能 二 异步电机的基本作用原理 异步机定子结构与同步机相同 转子绕组是一个闭合的绕组 定子三相对称绕组通入三相对称交流电时 会在空间产生一个旋转磁场 该磁场的转速称为同步速 由于旋转磁场与转子之间有相对运动 该磁场会在转子绕组内感应出电动势 由于转子绕组是一个闭合绕组 会有电流流通 转子的感应电流与气隙旋转磁场相互作用产生电磁转矩 电动状态下 该转矩将驱动转子旋转 如果电机轴上带有机械负载 则电机将带动负载旋转 输出机械能 三 直流电机的基本作用原理 一 有关术语电角度 几何上定义一个圆周为360 机械角度 电机理论中一个周期为360 电角度 对于p对磁极的电机 一个圆周对应p个周期 也就是p 360 电角度 所以 电角度 p 机械角度相带 每极每相占有的范围 单位为电角度 60 相带 将一个磁极所占范围等分给3相 每相占60 电角度 六分之一周期 120 相带 将一对磁极所占范围等分给3相 每相占120 电角度 三分之一周期 第二节交流绕组 每极每相槽数 槽距角 电角度 极距 弧长表示 槽数表示 q 1 集中绕组 q 1 分布绕组 q为整数 整数槽绕组 q为分数 分数槽绕组 节距y 线圈两圈边之间的距离 一般用槽数表示 y 称为整距 y 称为长距 y 称为短距 槽导体电势星形图 各槽导体电势组成的相量图 例 Z 24 p 2 m 3的电机 q 2 30 相邻两槽导体电势相差30 槽导体电势星形图如右图所示 交流绕组的基本要求 1 三相基波电动势和磁动势要对称 即大小相等 相位互差120 电角度 2 力求获得较大的基波电动势和磁动势 波形要接近正弦波 尽量减少或消除谐波分量 3 提高导线的利用率 提高制造的工艺性 绝缘可靠 机械强度高 散热条件好 制造方便 二 三相单层绕组 特点 每槽只有一个线圈边 例 槽数为24槽的3相4极电机单层绕组展开图 每极每相槽数 槽距角 采用60 相带 各相槽号分配如下 可见属于a相的有1 2 7 8 13 14 19 20等8个槽 按照导体电动势相加的原则 由两个导体构成一个线圈 再将一个极面下q个线圈串联 构成一个线圈组 每相有p个线圈组 它们可以串联或并联构成a相绕组 同样的方法可以构成b相和c相绕组 1 等元件绕组 特点 所有线圈都是整距 特点 所有线圈都是短距优点 端接部分较短 可以节省铜线较适用于q 2 p 1的小型交流电机 2 链式绕组 由于q 3 无法均分为两半 不能接成链式绕组 只能接成交叉式 3 交叉式绕组 适用于q较大的场合 4 同心式绕组 注意 虽然三相单层绕组有不同的绕组型式 但是各种绕组的电磁性质式一样的 因为属于某相的导体并没有改变 这些导体的电动势和电流方向也都没有改变 由于所有绕组都是由相差180 电角度相带内的导体组成的 所以单层绕组都是整距绕组 二 三相双层绕组 特点 每槽有两个线圈边 分上下层放置 两个线圈边一个在槽的上层 一个在另一槽的下层 例 槽数为24槽的3相4极电机双层绕组展开图 三相槽号分配与单层绕组相同 整距接法如下图 按照以上规律联接 每相有8个线圈 可组成4个线圈组 它们之间可以并联 串联或串并联 联接方式不同 每相并联支路数a不同 对应的每相电势和每相电流也不同 短距接法 y 用短距角 表示短距程度 注意 各相槽号分配不变 部分线圈的下层边在属于其他相的槽内 注意与单层短距的区别 优点 即可以节省铜线又可以削弱谐波 第三节绕组的感应电势 一 单根导体的电动势 每极总的磁通 感应电动势频率 感应电动势瞬时值 感应电动势有效值 二 线圈的电动势 Nc匝整距线圈电动势 Nc匝短距线圈电动势 线圈感应电动势的另一种推导方式 每极总的磁通 任意时刻线圈匝链的磁通 线圈感应电动势瞬时值 线圈感应电动势有效值 定义节距因数 很显然 Kp 1 即短距线圈的电动势比整距线圈的电动势有所减小 如果认为整距绕组的短距角 0 则线圈的电动势可表示为 三 线圈组的电动势 分布绕组q个线圈合成电势 单个线圈电势 定义分布因数 绕组感应电势有效值 很显然 Kd 1 即分布绕组线圈组q个线圈电动势的相量和比集中绕组线圈组q个线圈电动势的相量和略小 四 相绕组的电动势 N为每相绕组总的串联匝数 对于单层绕组 对于双层绕组 如用每槽导体数S表示 则不管是单层还是双层绕组 都有 第四节谐波电动势及其削弱方法 一 非正弦磁场下绕组的感应电动势 次谐波电动势频率 次谐波磁场的每极磁通 次谐波电动势 次谐波尺度上的槽距角和短距角分别为 和 则 次谐波电动势的分布因数 节距因数和绕组因数分别为 二 谐波电动势及其影响 谐波电动势的影响1 使设备损耗增加 温升增高 效率降低 性能下降 2 产生电磁干扰 影响通讯线路及设备 3 使电力设备产生谐振 产生大电流和过电压 工程上用电压波形正弦性畸变率来