自动 第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势.ppt

1,第六章交流电机的电枢绕组与磁通势,6.1交流电机电枢绕组的电动势,6.2交流电机电枢绕组,6.3交流电机电枢单相绕组产生的磁通势,6.4三相电枢绕组产生的磁通势,背景介绍,交流旋转电机分两大类：同步电机：主要用作发电机异步电机（感应电机）：主要用作电动机,背景介绍,同步电机与异步电机的区别主要体现在励磁方式和运行特性两个方面。两类电机虽然存在着很大差别，但是电机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性的问题，可以统一起来进行研究。本章主要讨论交流电机电枢绕组、电动势及磁动势等问题。这些问题对以后分别研究异步电机和同步电机的运行性能有着重要的意义。,旋转电机的基本结构,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,电枢绕组是电机中机电能量转换的关键部分，直流电机的电枢指转子部分，交流电机的电枢是指定子部分。,本章主要介绍交流电机的电枢绕组（交流绕组）,5,定子,定子,交流电机结构,6.2交流电机的电枢绕组,6,定子,7,定子铁心,8,交流绕组_定子线圈,9,交流绕组_定子绕组,1.交流绕组产生的合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦波形，幅值要大。2.三相绕组对称，即其产生的三相感应电动势对称，三相感应电动势幅值相等，相位互差120电角度。3.绕组的铜耗要小，用铜量要省。4.绝缘要可靠、机械强度高、散热条件好、制造方便。,1、构成原则,交流电机电枢绕组的基本概念,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,2、交流绕组的分类,3、基本概念,一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。,整距绕组=，短距绕组1的小型交流电机,以三相四极24槽说明链式绕组结构组成(A相),A相带：1，27,8X相带（A负相带）：13,1419,20,以三相四极36槽说明交叉式绕组结构组成,交叉式,由线圈个数和节距都不同的两种线圈组构成,适用于q1，且q为奇数的四极或六极三相小型感应电动机定子中。,A相带：1，2，319，20，21X相带（A负相带）：10，11，1228，29，30,与等元件绕组比较，交叉式和同心式绕组只改变了同一相中各线圈边电动势相加的先后次序，这不会影响电动势的大小。同时，每相都有相同数目的不同节距的线圈，所以各相绕组的阻抗也是相等的，因此，交叉式和同心式绕组也是三相对称绕组。,交流电机电枢绕组,一般而言，对于单层绕组有以下关系成立：,绕组最大并联支路数=极对数=线圈组数,分析交流电机电枢绕组的电动势，对于认识交流电机机电能量转换有着非常重要的意义。由于交流电机的电枢绕组具有类似的结构，为便于理解，先以一台交流发电机为例进行分析，所得结论也适用于其他交流电机。,6.1交流电机电枢绕组的电动势,分析时以凸极同步发电机的定子绕组为例，从导体电动势开始，逐步引伸到整距匝电动势、短距匝电动势、短距线圈电动势、线圈组电动势和相电动势，所得结论同样适用于异步电机。,引：交流电机基本工作原理,同步电机：常做发电机异步电机：常做电动机,同步发电机的基本原理,结构定子：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（转子的极弧制造成特殊形状）。,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，相当于定子绕组反向切割磁力线，定子绕组中会产生正弦波形的感应电动势（发电）。,转子转过一对磁极，既转子转一周，感应电势就变化一个周期，设转子每分钟转转，若转子有P对磁极，则每分钟内感应电动势变化个周期。,电动势在1s内所变化的周期数就是电动势的频率,电动势频率和转速之间保持严格不变的关系，这就是同步发电机的特点。,磁场分布电角度一对主磁极表面占有的空间距离用电角度表示，360或2,正弦分布,一、一根导体的感应电动势,一、一根导体的感应电动势,上图为一台两极交流发电机，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产生感应电势。,设主极磁场在气隙内按正弦规律分布，则：,：离开原点的电角度,导体感应电动势有效值,二、线圈的感应电动势,整距线圈的电动势,若有Nc匝线圈：,短距线圈的电动势,既两导体中的感应电势在相位上差度,若有Nc匝线圈：,短矩系数（基波节距因数）：,采用短距线圈后对基波电动势的大小稍有影响，但当主磁场中含有谐波时，它能有效地抑制谐波电动势，所以一般交流绕组大多采用短距绕组。,短距系数,三、线圈组的电动势,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=3,q个线圈组成集中绕组,q个线圈集中放置在相同的槽内,三相双层整距分布绕组,q个线圈分布在不同槽内,首端对应边放上层，尾端对应边放下层；,A相带：1，2，319，20，21X相带（A负相带）：10，11，1228，29，30,R,R,R,如：q=3,联立短距绕组线圈电动势方程,基波分布系数,其中：,基波绕组系数,是即考虑短距又考虑绕组分布，整个绕组的合成电动势的绕组系数,四、相电动势和线电动势,a为并联支路数，N为每相串联总匝数,双层绕组相电动势,单层绕组相电动势,（1）相电动势,（2）线电动势,星形连接时,三角形连接时,例6-4,6.3交流电机单相绕组的磁动势,交流绕组（定子绕组）,磁场（定子磁场和转子磁场）,对于交流电机来说，无论是发电机还是电动机，当电枢绕组流过电流时，都要产生磁动势和磁场。思路：在分析交流电机电枢绕组产生的磁动势时，先讨论一个线圈产生的磁动势，接着依次讨论线圈组、单相绕组和三相绕组的磁动势。,通有单相交流电的单匝线圈定子取某一时刻进行研究电流流向线圈所产生的磁场磁场的极数:2极定子的磁极性,t,i,定子,一、线圈的磁动势,整距线圈的磁动势,气隙磁动势分析沿任意一条磁力线,应用磁路基尔霍夫定律定子展开时的气隙磁动势分布,整距线圈的磁动势,结论：波形：矩形波；脉振磁动势：空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势。,利用傅里叶级数，分解上式得：,基波磁动势的幅值：,基波磁动势:,傅里叶分解,整距线圈磁动势幅值（p189）,短距线圈的磁动势,基波节距因数,二、分布绕组的磁动势,单层整距分布绕组,单层整距分布绕组,二、分布绕组的磁动势,用表示,双层整距分布绕组,对于双层绕组，一对磁极对应两个线圈组，因此双层线圈组磁动势应为单层线圈组磁动势的两倍。,相电流和之间满足：,考虑短距时单层绕组的磁动势,双层分布短距绕组的磁动势,双层