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交流电机基绕组的本理论培训稿 交流电机绕组的基本理论前言交流电机主要分为同步电机（主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机）和异步电机（主要作为电动机，有时也作发电机）两类，它们虽然在励磁方式和运行特性上有较大区别，但是它们定子绕组的结构形式是相同的，定子绕组的感应电动势、磁动势的性质，分析方法也相同，可一起进行讨论。 1、交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求如下 （1）绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波； （2）三相绕组的基波电动势（磁动势）必须对称； （3）在导体数一定时能获得较大的基波电动势（磁动势）。 为了满足以上三项基本要求，应该遵守什么样的设计原则？ 一、正弦分布的磁场在导体中感应正弦波电动势设有一台只有两极的交流发电机，转子是直流励磁形成的主磁极（简称主极）定子上放有一根导体，当转子由原动机拖动以后，形成一旋转磁场。 定子导体切割该旋转磁场感应电势。 be1nNSe1?a)二极交流发电机e1bB1?18003600N?定子0?tb)主极磁场在空间的分布c)导体中感应电动势的波形图4-10气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势设主极磁场在气隙内按正弦规律分布，则B?B1sin?其中B1磁场幅值离开原点的电角度设t?0时?0因定子旋转的角频率为，当时间为t时，转子转过，且=t则导体感应电势为e1?BlV?B1sin?tlV?2E1sin?t由上式可见导体中感应电势是随时间正弦变化的交流电动势，且结论容易推广到n个磁级的情况 二、用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称当正弦分布的磁场以转速n1旋转时，在定子圆周上每槽导体中感应的电动势都是正弦波，幅值相等，但在时间上相位上不同。 因而需要引入一些概念，来表示其相位差。 槽距角（）相邻两槽之间的机械角度。 ?360?Z其中Z为定子槽数槽距电角（1）相邻两槽间相距的电角度。 在一对磁极的范围内，电气角度等于360；对于p对磁极，电角度等于p360。 ?1?p*360?Z?p?每极每相槽数（q）即每一个磁极下每相所占的槽数q?Q2Pm m:相数P:极对数【实例】设电机有36槽，p=2,则槽距电角1=720/36=20，槽电动势星形图如上。 1、绘槽电势星形图因各槽在空间互差20度电角度，所以各槽中导体感应电势在时间上互差20度电角度。 如1号槽相位角设为0度，则2号槽导体电势滞后1号槽20度，依此类推，一直到18号槽滞后1号槽360度。 经过了一对极，在槽电势星形图上正好转过一周。 19号槽与1号槽完全重合，因为它们在磁极下分别处于相对应的位置，所以它们的感应电势同相位。 19号至36号槽经过了一对机，在电势星形图上又转过一周。 一般地，对于每极每相整数槽绕组，如电机有P对极，则有P个重叠的槽电势星形。 2、划分相带（每极下每相所占有的区域称为相带）以A相为例，q=3。 A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A相共有12个槽，为使合成电势最大，在第一个N极下取 1、 2、3三个槽作为A相带，在第一个S极下取 10、 11、12三个槽作为X相带， 1、 2、3三个槽向量间夹角最小，合成电势最大，而 10、 11、12三个槽分别于 1、 2、3三个槽相差一个极距，即相差180度电角度，这两个线圈组（极相组）反接以后合成电势代数相加，其合成电势最大。 同理将 19、 20、21和 28、 29、30也划为A相，然后把这些槽里的线圈按一定规律连接起来，即得A相绕组。 同理，为了使三相绕组对称，应将距A相120度处的 7、 8、 9、 16、 17、18和 25、 26、 27、 34、 35、36划为B相。 而将距A相240度处的 13、 14、 15、 22、 23、24和 31、 32、 33、 4、 5、6划为C相，由此得一对称三相绕组。 每个相带各占60度电角度，如图a）所示，称为60度相带绕组。 a）60相带也可按图b）所示接线，得到一个对称的120度相带绕组。 因120度相带合成电势较60度相带合成电势小，所以一般采用60度相带绕组。 （因同等数目和幅度的相量相加时，相量间夹角越小总和越大）b)120相带 2、三相单层绕组与双层绕组概念引入极距（）一个极在电机定子圆周上所跨的距离，一般以槽数计?Z2P节距（y1）一个线圈两边在电机定子圆周上所跨的距离，一般以槽数计当y1?时，称为整距；当y1?时，称为短距；当y1?时，称为长距。 叠绕组任何两个相邻的线圈都是后一个叠在前一个上面的，称为叠绕组。 波绕组两个相邻的线圈成波浪形前进，称为波绕组。 并联支路数在定子绕组内，每相中多个极相组的引线头直接与电源连接所构成的电路，叫做并联支路，并联支路数一般用a表示。 （并联支路数不是任意几路并联，而是有一定连接规律的，每相的极相组数必须为并联支路数所整除。 ）单层绕组每槽只有一个线圈边，所以线圈数等于槽数的一半。 这种绕组下线方便，槽利用率高（无层间绝缘）。 【实例】已知一交流电机定子槽数Z=36，级数2p=4，并联支路数a=1，绘制其单层绕组的相绕组展开图。 Q2Pm362?2?3q?3?1?p?360?Z?2?36036?20?每个极相组占q1=60，称60相带。 电势最大原则得出两种接线方式两图对比，单层叠绕组与单层同心式绕组相比，感应电动势的导体数相等，导体分布规律相同，且相绕组电动势相量相等，仅仅是端部连接不同。 （工艺要求的选择）三相双层绕组的线圈数等于槽数。 每个槽有上下两层，线圈的一个边放在一个槽的上层，另外一个边则放在相隔节距为y1槽的下层。 双层绕组有叠绕组和波绕组两种。 3、正弦磁场下交流绕组的感应电势 （1）导体的感应电势之前讨论过理想气隙下产生的正弦磁场中的单根导体感应电势为e1?BlV?B1sin?tlV?2E1sin?t 1、正弦电势的频率f若p=1，有电角度=机械角度n s转子转一周感应电势交变一次，设转子每分钟转ns转（即每秒转60转），于是导体中电势交变的频率应为f?n s60(HZ)若电机为P对极，则转子每旋转一周，导体中感应电势将交变P次，此时电势频率为f?Pns60(HZ)在我国工业用标准频率为50HZ，所以当P?1P?2n s?3000r/minn s?1500r/min 2、导体电势有效值E1?B1lV22?n s60R?n s60?V?R?B av?2B1?D?2P?n s60?2?f?1其中Bav为平均磁密，对正弦积分除以波长即得?E1?l2B12?f?f22?B1?l?f2B avl?f2?1?2.22f?11为一极下磁通量 3、整距线圈的感应电动势y1=时，则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，另一根导体恰好处于S极下的最大磁密处。 所以两导体感应电势瞬时值总是大小相等，方向相反，设线圈匝数Nc=1，则整距线圈的电势为E C1?E1?E1?2E1?4.44f?1若线圈有NC匝，则E C1?4.44fNC? 14、短距线圈的感应电动势y1=时，节距小于180度，有?y1?1800?两导体中的感应电势不是差180度，而是相差?y1?1800?y1?900E C1?E1?E1?2E1?sin?2?2E1sin?4.44f?1KP1节距因数（基波）KP1?siny1?90KP1?0EC1(y1?)EC1(y1?)若为Nc匝E C1?4.44f?1NC K P1Kp1表示线圈采用短距后感应电势较整距时应打的折扣当y1=时KP1=1当y1 5、线圈组的电动势、分布因数和绕组因数每极下每相有一个线圈组，线圈组由q个线圈组成，且每个线圈互差电角度，如q=3O?Dq?E q1?E c3?RC?E c2?B?E c1A图4-13极相组的合成电动势Eq1(代）?qE C1?q2R sinEq1(矢）Eq1(代）2R sin?q2R sin?2sin?q sinEq1(矢）?2R sinq?2q?2q?2?2?2?Kd1E q1?qEC1K d1?q?4.44f?1Kd1K P1N Cq个线圈分布在不同槽内，使其合成电动势小于q个集中线圈的合成电动势qEc1，所以kd11，分布因数kd1可理解为各线圈分布排列后感应电势较集中排列时应打的折扣。 E q1?qEC1K d1?q?4.44f?1Kd1KP1N C?4.44(qNC)f?1K W1Kw1为基波绕组因数，考虑了短距和分布后整个绕组合成电势所打的折扣。 6、相电动势和线电动势根据设计要求，将线圈组串联或并联起来得一相的绕组，只要将每相串联总匝数代入线圈组方程中变得一相绕组的电势，设一相绕组串联总匝数为N，则E?1?4.44fN?1K W1 （1）对单层绕组每对极具有一个线圈组，P对极时每相有q个线圈组，即Pq个线圈，若并联支路数为a