第三篇交流电机理论的共同问题

1、第三篇第三篇 交流电机理论的共同问题交流电机理论的共同问题 第八章 交流绕组交流绕组 第九章 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势 第十章 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势 第十一章 电机的发热与温升限电机的发热与温升限 本篇主要内容本篇主要内容 1.交流绕组的连接规律交流绕组的连接规律 2.正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 3.通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有正弦电流时单相绕组的磁动势 4.通有对称三相电流时的磁动势通有对称三相电流时的磁动势 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类 一、构成原则：一、构成原则：电势最大、三相对称、正弦波电势

2、最大、三相对称、正弦波 (1)、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正 (2)、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称， 弦形、幅值要大； 电阻、电抗要平衡； 二、分类二、分类 按相数按相数 ：单相和多相绕组； 按槽内层数：按槽内层数：单层和双层； 按每极下每相槽数：按每极下每相槽数：整数槽和分数槽； 按绕法：按绕法：叠绕组和波绕组。 (4)、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好， (3)、绕组的铜耗要小，用铜量要省； 制造要方便。 （1）机械角度与电角度：）机械角度与电角度： 机械角度机械角度一圆周一圆周360度；度； 电角度电角度一对磁极占有的空间角度是一对磁极占有的空间角度是 360度电角

3、度关系：度电角度关系： 电角度电角度 = p * 机械角度机械角度 （ p为极对数）为极对数） 三、三、 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 首先假设：电机相数为m，电机极对数为p， 定子内圆总槽数为Q，定子内圆直径为D。 三、三、 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 （2）线圈线圈 又称为元件，是构成绕组的 基本单元。 直线边为感应电动势的 有效边 非直线边为端接部分 由单匝或多匝导线组成 画图时仅用一匝表示 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 （3）极距极距 定义：对应一个磁极即180空间电角度的定子内表面 圆周长度，用表示。 极距又有三种具体表达方式： l以长度表示： p D 2

4、（单位为长度单位） l以槽数表示： 2 Q p （单位为槽数） 180 () 或l以空间电角度或空间电弧度表示： p=2 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 （4）线圈节距线圈节距 定义：一个线圈的两个有效边之间所跨的槽数，称为线圈 的节距，用y表示，且与极距一样有三种表达方式。 特别是： y 称为整距 l当 y 称为长距 l当 y 称为短距 l当 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 （5）每极每相槽数每极每相槽数 Q 2 q pm 当q=1，称为集中绕组； 当q1，称为分布绕组； 当q1且为整数，称为整数槽绕组； 当q1且为分数，称为分数槽绕组。 定义：每个磁极下每一相所占的槽数，即为由

5、集中绕组 过渡到分布绕组时的小槽数。 极距、节距、每极每相槽数和电角度间的关系：极距、节距、每极每相槽数和电角度间的关系： =？ 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 （6）槽距角槽距角 定义：相邻两槽所对应的空间电角度或空间电弧度称为 槽距角，用表示。（相邻两个导体的相位差） 即： 360 Q p （7）相带相带 定义：每极每相绕组在定子内圆表面所占的范围称为相 带，以空间电角度表示。 即： Q360180 2Q p q pmm 3 60 m q 当 相带 A 60X A x B Y B Y C Z YCXBZA、 60 （8 8）极相组：）极相组： 每一极下属于同一相的每一极下属于同一相的

6、q q个相串联的线圈。个相串联的线圈。 这些术语对今后这些术语对今后 的学习十分重要的学习十分重要 ，希望同学们认，希望同学们认 真理解并掌握。真理解并掌握。 有关交流绕组的术语有关交流绕组的术语 （1）线圈线圈 （2）每极每相槽数每极每相槽数 （3）机械角与电角度机械角与电角度 （4）极距极距 （5）线圈节距线圈节距 （6）槽间角槽间角 （7）相带相带 三相单层绕组三相单层绕组 单层绕组单层绕组 三相单层绕组的特点三相单层绕组的特点 计算每极每相槽数q。 写出槽号分配表。 画每相绕组展开图。 按需要连成星形或三角形。 三相单层绕组的绘制方法三相单层绕组的绘制方法 同心式绕组同心式绕组 举例：

7、三相举例：三相24槽槽2极极 计算每极每相槽数q。 写出槽号分配表。 24 4 22 3 Q q pm 三相二极三相二极24槽电机槽号排列表槽电机槽号排列表 相带 AZBXCY 槽号1,2,3,45,6,7,8 9,10,11, 12 13,14,15, 16 17,18,19, 20 21,22,23, 24 3.画每相绕组展开图。 链式绕组链式绕组 ，p1的小型异步电动机的小型异步电动机 举例：三相举例：三相24槽槽4极极 计算每极每相槽数q。 写出槽号分配表。 24 2 22 2 3 Q q pm 三相四极三相四极24槽电机槽号排列表槽电机槽号排列表 2q 3.绘制单相绕组展开图。 交叉

8、式绕组交叉式绕组q为奇数的四极或六极三相为奇数的四极或六极三相 小型感应电动机小型感应电动机 举例：三相举例：三相36槽槽4极极 计算每极每相槽数q。 36 3 22 2 3 Q q pm 写出槽号分配表。 绘制单相绕组展开图。 三相单层绕组优点三相单层绕组优点： 嵌线方便 槽的利用率高 不能做成短距（电气性能）波形差 (4)采用不等距的线圈组成，节省铜线 优点：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 分类分类 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 三相双层绕组三相双层绕组

9、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，每个元件均有一个边放在上层， 一个边放在另一槽的下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。 例：绘制三相四极36槽叠绕组展 开图，取y1=8. 1.计算q，。 36 9 22 2 36 3 22 2 3 Q p Q q pm 槽 槽 2.分相，以A相为例，写出槽号分配表。 三相四极三相四极36槽电机双层绕组槽电机双层绕组A相槽号排列表相槽号排列表 相带 磁极 AZBXCY N1，S1 槽号12345678910

10、1112 131415161718 上层 下层 N2，S2 槽号192021222324252627282930 313233343536 上层 下层 3.连线。 双层叠绕组双层叠绕组 并联支路的概念并联支路的概念 a=1 a=2 链式绕组链式绕组 ，p1的小型异步电动机的小型异步电动机 举例：三相举例：三相24槽槽4极极 计算每极每相槽数q。 写出槽号分配表。 24 2 22 2 3 Q q pm 三相四极三相四极24槽电机槽号排列表槽电机槽号排列表 2q 3.绘制单相绕组展开图。 交叉式绕组交叉式绕组q为奇数的四极或六极三相为奇数的四极或六极三相 小型感应电动机小型感应电动机 举例：三相举

11、例：三相36槽槽4极极 计算每极每相槽数q。 36 3 22 2 3 Q q pm 写出槽号分配表。 绘制单相绕组展开图。 三相单层绕组优点三相单层绕组优点： 嵌线方便 槽的利用率高 不能做成短距（电气性能）波形差 (4)采用不等距的线圈组成，节省铜线 优点：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 分类分类 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 三相双层绕组三相双层绕组 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

12、有一个边放在上层，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。 例：绘制三相四极36槽叠绕组展 开图，取y1=8. 1.计算q，。 36 9 22 2 36 3 22 2 3 Q p Q q pm 槽 槽 2.分相，以A相为例，写出槽号分配表。 三相四极三相四极36槽电机双层绕组槽电机双层绕组A相槽号排列表相槽号排列表 相带 磁极 AZBXCY N1，S1 槽号123456789101112 131415161718 上层 下层 N2，S2 槽号192021222324252627282

13、930 313233343536 上层 下层 3.连线。 双层叠绕组双层叠绕组 并联支路的概念并联支路的概念 a=1 a=2 第九章 交流绕组的感应电 动势 导体电动势星形图 1.一对极，集中绕组 已知：已知： Q 2 2 q pm 求得：求得： 2p 3mQ24 360 30 p Z 2.两对极，分布绕组两对极，分布绕组 槽电动势的星形图槽电动势的星形图 如图41表示36槽内导体感应电动势的相量图， 亦称为槽电动势星形图。 以A相位例，由于 ，故A相共有12个槽 相带：每极下每相所占的区域。 1 A 2 AA相带： 1、2、3线圈组（ ） 与19、20、21（ ） X相带： 10、11、12

14、 （ ） 1 X 与28、29、30（ ） 2 X 将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。 3q 第九章 交流绕组的感应电动势 正弦磁场下交流绕组的感应电动势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。 空间坐标的建立空间坐标的建立 纵坐标：纵坐标：设在转子磁极轴线，气隙磁密由定设在转子磁极轴线，气隙磁密由定 子到转子为正。子到转子为正。 横坐标：横坐标：设在转子表面，顺时针为正（设转设在转子表面，顺时针为正（设转 子逆时针旋转）

15、，以空间电角度表示。子逆时针旋转），以空间电角度表示。 正弦磁场下的感应电势： 分析思路： 相绕组线圈组线圈导体 1、导体电势：（平均值） tEtlBlBe mtmtt coscos 1111 111111 11 1 22. 2 2 2 1 2 222 fff l llBE E mmt t 2、单匝线圈电势及短距系数： 1111 11 24.44 ccdtdc EN kEkf N 1 1 sin90 d y k 3、线圈组的电势及分布系数： 1111 2 sin 2 sin qywq kkk q q k 111111 44. 4 ccqq NfqkEqkE 相电动势及线电动势相电动势及线电动势

16、 相电动势有效值相电动势有效值 每相基波电动势有效值 l单层绕组： l双层绕组： 每相每条支路的线圈组数为： p a 则： 111 1 4.44 w c q pqN a p EEfk a 每相每条支路的线圈组数为： 2p a 则： 111 1 4.44 22 qw c pp E qN a Efk a l统一令每相绕组每条支路串联匝数为 ： 2 c c pqNa N pqNa 双层 （单层） （） 则： 11 1 4.44 w EfNk 相电动势及线电动势相电动势及线电动势 相电动势有效值相电动势有效值 同理每相谐波电动势有效值 4.44 w Ef Wk 相电动势总有效值 . 2 7 2 5 2

17、 3 2 1 EEEEE 线电动势有效值线电动势有效值 星形连接 三角形连接 .3 2 7 2 5 2 1 EEEEl . 2 7 2 5 2 1 EEEEl 即三相接线的线电动势中不含3及3的倍数次谐波。 交流绕组电动势与变压器电动势交流绕组电动势与变压器电动势 的比较的比较 变压器电势与运动电势的区别。变压器电势与运动电势的区别。 磁通随时间变化幅值与每极磁通量的区别。磁通随时间变化幅值与每极磁通量的区别。 集中绕组与分布短距绕组的区别集中绕组与分布短距绕组的区别 11 1 4.44 N w Ef k 1 4.44 N m Ef变压器电动势： 交流绕组相电动势： 区别在于： 二、谐波电势的

18、特点及其削弱方法： 1、谐波磁场的特点： 2、谐波电势的特点： nn pp ff NfkE44. 4 3、谐波电势的削弱方法： （1）磁场分布接近正弦波； （2）三相采用Y接，消除线电势中3次及其倍数谐波； （3）采用短距； （4）采用分布； qy kkk 1 k y y k y 2 090sin 2 sin 2 sin q q k q 齿谐波电势及其削弱方法齿谐波电势及其削弱方法 槽的影响： 齿槽开口引起气隙磁 导不均匀，产生齿 谐波电势。 有：2mq + 1 次谐波 2mq 1 次谐波 1 2 12mq 12mq 1yy kk 1qq kk 削弱方法：削弱方法： 采用磁性槽楔 及半开口槽； 增大q，使定子内 表面接近光滑； 采用斜槽 斜一个定子齿距。 齿谐波 磁场 转子导条 定子齿槽 S N S N 通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有正弦电流时单相绕组的磁动势 一相绕组的磁动势为 s w i p Nk f cos 2 4 1 1 则单相绕组的基波磁动势为 tFtI p Nk tf ss w s coscoscoscos 2 24 ),( 1 1 1 式中， 单相绕组基波磁动势的幅值， 1 F p Nk I p Nk F ww1 1 1 1 9 . 0 2 24 单相绕组的基波磁动势在空间随角按余弦规律 单相绕组的基波磁动势为脉振磁动势，其脉振频率 取决于电流