第4章　交流绕组及其

电机学,第4章交流绕组及其电动势和磁动势,4.1交流电机的工作原理4.2三相定子绕组4.3交流绕组的感应电动势4.4单相绕组的磁动势4.5三相绕组的磁动势,就原理而言，交流电机可以分成同步电机和感应电机两类。同步电机是指，在稳态运行时，转子转速与负载的大小无关、始终保持为某一固定的“同步转速”的一种交流电机。三相同步电机的转子(主磁极)通常由直流电源励磁，定子上装有对称的三相交流绕组，如图4-1a所示。转子旋转时，气隙中形成旋转的主极磁场，并在定子绕组中感生对称的三相电动势。另一方面，当定子绕组流过三相电流时，定子绕组也将在气隙内形成一个旋转磁场。稳态运行时，定、转子磁场在气隙内都以同步转速旋转，两者保持相对静止、并产生一定的电磁转矩，使机械能转换为电能或电能转换为机械能。,4.1交流电机的工作原理,4.1交流电机的工作原理,图4-1三相同步电机和感应电机a)同步电机b)感应电机,三相感应电机的气隙磁场是由电源输入定子绕组的三相交流所产生，正常运行时，气隙磁场为以同步转速旋转的旋转磁场，转子转速则略低(或略高)于同步转速，于是闭合的转子绕组将“切割”气隙磁场并产生感应电动势和电流，转子绕组中的感应电流与气隙磁场相作用，将产生电磁转矩并使转子持续旋转。由于转子转速总是略低(或略高)于旋转磁场的转速(同步转速)，所以感应电机也称为异步电机。,4.1交流电机的工作原理,4.2三相定子绕组,三相交流电机的定子铁心中通常嵌有一组三相交流绕组。对定子三相绕组的主要要求是：(1)气隙内有旋转磁场时，定子绕组中能感生幅值大、波形好(接近于正弦波)的对称三相电动势。(2)定子绕组通有对称的三相电流时，能产生幅值大、波形好的合成磁动势。(3)三相绕组的电抗和电阻要平衡。,1.三相双层绕组2.三相单层绕组,4.2三相定子绕组,1.三相双层绕组,(1)可以选择适当的线圈节距y1，以改善绕组的感应电动势和磁动势的波形，使电机得到较好的运行性能。(2)所有线圈具有同样的形状和尺寸，便于制造和嵌线，并有利于散热。,1.三相双层绕组,图4-2双层绕组a)双层绕组在槽内的布置b)绕组端部的安排,1.三相双层绕组,图4-3三相双层绕组中各个线圈的电动势相量(Q=36，2p=4),1.三相双层绕组,表4-1Q=36，2p=4，m=3时各相带内的槽号分配,1.三相双层绕组,图4-4叠绕和波绕元件示意图a)叠绕元件b)波绕元件,1.三相双层绕组,图4-5Q=36，2p=4的三相双层叠绕组中A相的展开图,1.三相双层绕组,1.三相双层绕组,图4-6波绕组的节距,1.三相双层绕组,1.三相双层绕组,图4-7三相双层波绕组中A相的展开图(Q=36，2p=4),1.三相双层绕组,2.三相单层绕组,2.三相单层绕组,链式绕组链式绕组的每个线圈具有相同的节距，就整个绕组的外形来看，一环套一环，形如长链。用槽数表示时，链式线圈的节距恒为奇数，即线圈的一条边若放在奇数槽，则另一边必在偶数槽内。,2.三相单层绕组,图4-8三相同心式绕组中A相的展开图(Q=24，2p=2，m=3),2.三相单层绕组,2.三相单层绕组,图4-9单层链式绕组中A相的展开图(Q=36，2p=6，m=3),4.3交流绕组的感应电动势,1.导体的电动势2.线圈的感应电动势3.极相组的电动势4.相电动势5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱,1.导体的电动势,图4-10气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势a)两极交流发电机b)主极磁场沿定子表面的分布c)导体内的感应电动势,1.导体的电动势,1.导体的电动势,2.线圈的感应电动势,2.线圈的感应电动势,图4-11线圈电动势a)整距和短距线圈b)展开图c)短距线圈的电动势,3.极相组的电动势,图4-12极相组的合成电动势,3.极相组的电动势,4.相电动势,5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱,图4-13主极磁场中的高次空间谐波,5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱,图4-14定子绕组电动势中的齿谐波,5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱,图4-15采用斜槽来削弱高次谐波电动势,4.4单相绕组的磁动势,(1)定、转子铁心的磁导率Fe=，即认为铁心的磁阻和磁位降可以忽略不计。(2)定、转子之间的气隙为均匀，不计开槽的影响。,1.整距线圈的磁动势2.分布绕组的磁动势3.单相绕组的磁动势,4.4单相绕组的磁动势,1.整距线圈的磁动势,图4-16整距线圈的磁动势(2p=2)a)整距线圈所产生的磁场b)整距线圈的磁动势,1.整距线圈的磁动势,1.整距线圈的磁动势,图4-17两组整距的定子载流线圈形成4极定子磁场,2.分布绕组的磁动势,图4-18整距分布绕组的磁动势(q=3)a)合成磁动势的波形b)基波合成磁动势c)用空间矢量来计算基波合成磁动势,2.分布绕组的磁动势,2.分布绕组的磁动势,图4-19双层短距分布绕组的基波磁动势a)双层短距分布绕组中A相带和X相带的载流导体b)A相上层和下层导体所产生的基波磁动势c)用空间矢量算出上、下层的基波合成磁动势,2.分布绕组的磁动势,3.单相绕组的磁动势,3.单相绕组的磁动势,图4-20不同瞬间时，单相绕组的基波脉振磁动势,4.5三相绕组的磁动势,图4-21三相电机定子示意图,4.5三相绕组的磁动势,4.5三相绕组的磁动势,图4-22t=0和时三相基波合成磁动势的位