第3章交流绕组

1、3.1.1.1 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理 三相电流三相电流接负载接负载、感应感应 切割定子绕组切割定子绕组建立旋转磁场建立旋转磁场原动机拖动转子原动机拖动转子 主磁场主磁场产生转子磁场产生转子磁场励磁绕组通直流励磁绕组通直流 CBA f eee I 000 0 X1 定子 N 励磁绕组 A1 S 转子 S A2 N X1 定子绕组 min 1 60 r p f n 同同步步电电机机的的同同步步转转速速 3 交流旋转电机的共同问题交流旋转电机的共同问题 旋转磁势的同步转速旋转磁势的同步转速n1= 60f1/1 (r/min) i U t0 i Vi W 120240360

2、 3.1.1.2 交流绕组交流绕组 产生的旋转磁场产生的旋转磁场 1 U 1 V 1 W 2 U 2 V 2 W 1 U 1 V 1 W 2 U 2 V 2 W 1 U 1 V 1 W 2 U 2 V 2 W 1 U 1 V 1 W 2 U 2 V 2 W 0t 120t 240t 360t i U iW iV 0 120 240 360t 改变电源相序，即改变电源相序，即 U i W i U1 W1 V1V i 0 t N S 120t N S U2U1 V1 W2 V2W1 U2 U1 V1 W2 W1 V2 W i V i m I i ot Ui 060120180 P=2时旋转磁场在电

3、流变化一周时，时旋转磁场在电流变化一周时， 旋转磁场在空间旋转旋转磁场在空间旋转 180,同步转速同步转速n1=60f1/2 (r/min) 。 U1 U2 V1 V2 W1 W2 N S N S (a) 1 V 2 V 2 U 1 U 1 W 2 W W1 W2 V2 U2 V1 U1 (b) N S S N 2 W 1 W 2 U 1 V 1 U 2 V U2 U1 W1 V1 W2 V2 (d ) N N S S 1 U 1 V 2 U 1 W 2 V 2 W V1 V2 W1 U2 W2 U1 (c) N N S S 1 U 1 V 2 U 1 W 2 V 2 W 0 60120180

4、 p f n 1 1 60 同步转速同步转速n1与定子电流频率与定子电流频率f1、磁极对数、磁极对数p有关。有关。 同步转速和极对数的关系（同步转速和极对数的关系（f1=50Hz z) ) 3.1.1.3 3.1.1.3 异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理 1 U 1 V 1 W 2 V 2 W 2 U 1 n n f 。 y1，元件或元件组串联时是其电势相加。，元件或元件组串联时是其电势相加。 p 机机电电 p2 Q1 1 360Qp pmQq2 1 槽电势星形图槽电势星形图 1 2 4 3 7 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

5、21 22 23 24 U1 U2 V1 V2 W1 W2 1 6 19 13 8 2 3 4 5 7 18 12 16 15 14 9 10 24 17 23 22 21 20 11 N S S N n1 ，解解：6 22 24 p2 Q 1 1 槽电势星形图槽电势星形图 U1 13 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 W2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 U2 19 n1 30 24 3602360 3 1 Q p 相相带带；绘绘出出槽槽电电势势星星形形图图，分分4 ，5 6 5 y1 2 322 24 pm2 Q q2 1

6、。的的展展开开图图，并并联联支支路路数数三三相相相相绘绘出出1aA5 N S N S n1 1 2 7 8 13 14 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 U1 U2 注：导体下磁极向右运动注：导体下磁极向右运动 三相双层绕组展开图三相双层绕组展开图（a=2） A X A X AX A X AX 1 1 2 2 3 3 4 4 1 、27 、81 3 、1 4 1 9 、2 0 13 U1 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 W2 22 10 4 16 W1 9 5 21 1

7、7 8 6 V1 20 7 18 19 U2 -7 -6 /2 - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相电势叠加相电势叠加 - - - - U E 双层波绕组双层波绕组 No Image No Image 三相双层波绕组展开图 AX 1234 56 78 910 11 12 13 14 15 1617 18 19 2021 22 23 24 1 SNSN 1122 对多极、支路导线截面较大的交流电机，为节约极间连线对多极、支路导线截面较大的交流电机，为节约极间连线 用铜，常采用波绕组。其特点是把所有同一极性下用铜，常采用波绕组。其特点是把所有同一极性下

8、( (如如N N1 1、 N N2 2)属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成一组；属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成一组； 再把所有另一极性下再把所有另一极性下( (如如S S1 1、S S2 2)属于同一相的线圈按照属于同一相的线圈按照 一定的次序串联组成另一组，最后把这两大组线圈根据需一定的次序串联组成另一组，最后把这两大组线圈根据需 要接成串联或并联，构成一相绕组。要接成串联或并联，构成一相绕组。多用于大、中型水轮多用于大、中型水轮 发电机定子绕组和绕线转子异步电机的转子绕组中。发电机定子绕组和绕线转子异步电机的转子绕组中。 7198201 1324 N极 下 绕 组 S极 下 绕

9、 组 AX 波绕组A相各线圈连接次序 双层绕组的特点：双层绕组的特点： 1 1）线圈数等于槽数；）线圈数等于槽数； 2 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数； 3 3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 优 点 可以选择最有利的节可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波势波形更接近正弦波 所有线圈的形状所有线圈的形状 和尺寸相同，便和尺寸相同，便 于实现机械化于实现机械化 端部排列整齐端部排列整齐 机械强度高机械强度高 可组成较可组成较 多的并联多的并联 支路支路

10、缺点 嵌线 困难 用铜用铜 量大量大 U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 U1 U2 链式绕组的每个线圈节链式绕组的每个线圈节 距相等并且制造方便；线圈端距相等并且制造方便；线圈端 部连线较短并且省铜。主要用部连线较短并且省铜。主要用 于于q=2的的4、6、8极小型三相异极小型三相异 步电动机。步电动机。 单层交叉式绕组由两大单层交叉式绕组由两大 一小线圈交叉布置。线圈端一小线圈交叉布置。线圈端 部连线较短，有利于节省材部连线较短，有利于

11、节省材 料，并且省铜。广泛用于料，并且省铜。广泛用于q1 的且为奇数的小型三相异步的且为奇数的小型三相异步 电动机电动机。 单层同心式绕组端部单层同心式绕组端部 连线较长，适用于连线较长，适用于q=4、 6、8等偶数的等偶数的2极小型极小型 三相异步电动机。三相异步电动机。 优点优点 不适宜于大 中型电机 元件少，结构简元件少，结构简 单，嵌线方便，单，嵌线方便， 槽内无层间绝缘槽内无层间绝缘 广泛应用于广泛应用于10kW10kW以下的以下的 异步电动机定子绕组异步电动机定子绕组 单层绕组为单层绕组为 整距绕组整距绕组 缺点 电动势和磁动电动势和磁动 势波形较差势波形较差 铁损和噪铁损和噪 声

12、较大声较大 起动性 能较差 三相三相 单层单层 绕组绕组 的优的优 缺点缺点 三相定子绕组建立的磁场三相定子绕组建立的磁场 m 1 xtB xt F txB m cos cos 1 1 01 ， 气隙长度气隙长度 漏磁场漏磁场 主磁场主磁场 tcostcoslB 2 ldxxtcosB m1m 2 2 1m1 气隙磁通气隙磁通 U1 U2 f tsinN dt d Ne my U y1y1y 线圈电势线圈电势 整距线圈的感应电势整距线圈的感应电势 lB 2 1mm 每极磁通量每极磁通量 my1my1 my 1y Nf44. 4Nf2 2 N E 的感应电势的感应电势 1c1cy1y EEE 1

13、 的感应电势的感应电势 11 1 yy1y 1 1c 1cy1y kE90 y sinE2 2 sinE2E 180 y1 -6 -7 13 U1 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 1 W2 1/2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 19 U2 2 sinR 2 E 11 yy 1 2 3 y1= 的感应电势的感应电势 Ey10 Ey1- q Eq1 Ey1-2 1 2 sinq 2 q sin k 1 q 2 q sinR 2 E 1 q 1 1 y1111 qyyyq kqE 2 sinq 2 q sin qEE - EU -

14、 - - - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相电势叠加相电势叠加 myq11 11 kNkf44. 4E 相电势相电势 y N a pq2 N 又又， 例例: 一台三相异步电动机（双层迭绕组），一台三相异步电动机（双层迭绕组），Q1=48，p=2，N=200，y1=11， a=1， f=50Hz，额定运行时每相电势为，额定运行时每相电势为238V，求每极磁通量。，求每极磁通量。 12 22 48 p2 Q 1 解解： 15 48 360p Q 360p 1 991.090 12 11 sin90 y sink 1 1y 4 322 48 pm2 Q

15、 q 1 958.0 2 15 sin4 2 154 sin 2 sinq 2 q sin k 1q Wb1064.5 958.0991.02005044.4 238 Nkf44.4 E 3 1W1 1 m 2 3 22 1 222 1 xiN xiN f y y y ， ， 气气隙隙磁磁势势 U1 U2 f f Nyi/2 -/2 /2 3/2 规定：定子指向转子的磁场为正向；相反为负。规定：定子指向转子的磁场为正向；相反为负。 气隙均匀，气隙均匀， 忽略铁心忽略铁心 磁压降磁压降 矩形波矩形波 t1 t2 t3 t4 t5 0 t i t=t1 t=t2 t=t3 t=t4 t=t5 tc

16、osI2i 设设线线圈圈电电流流 矩形波矩形波 (t=t1)幅值幅值 x tcosF 2 3 x 2 tcosIN 2 2 2 x 2 tcosIN 2 2 txf ym y y y ， ， ， txxxINtxf INF yy yy cos 5 cos 5 13 cos 3 1 cos9 . 0 9 . 0 1 ， ，高高次次谐谐波波： ININdxxxFF txFxFxF ffftxFtxf yyymy yyy yyyymy 9 . 0 2 24 cos 1 cos 5 cos 3 coscos cos 2 0 1 531 531 因因， ， 矩形波磁势的谐波分析矩形波磁势的谐波分析 AX

17、A X Fym Fy1 Fy3 Fy5 1800 3600 /3 1 2 3 y1= 2 f Fq1 Fy1 - 0 基波组磁势图基波组磁势图 f 4Nyi/2 Nyi/2 x -/2 /2 3/2 2 sinR 2 F 1 y Fy10 Fy1- q Fq1 Fy1-2 qyq kqFF 1 2 sinq 2 q sin k 1 q 令令， 2 sinq 2 q sinq F F 1 1 y q 2 q sinR 2 F 1 q 11111 qyqyyq IqkN9 . 0kqF 2 sinq 2 q sin qFF 2 sinq 2 qsin k 1 1 q 180- F1 Fq1 0 1

18、q F 2 1q F 1 F ， 1 y 1 1111 1 9 . 02 2 2 cos2 yqy yqq kIkqN kFFF 90sin 2 1 y k kFF y yvqv 90 y sin 2 cosk 1 1y IaI pINkF W 9 . 0 tcosxcosk p NI 9 . 0tcosxcosFf 1w11 相相绕绕组组基基波波磁磁势势瞬瞬时时： 11 111 9 . 0 W qyW k p NI F kkk 令令， y y qN2 p aN a pqN2 N 数数：每每相相每每一一条条支支路路串串联联匝匝 3.3.3 三相绕组的基波合成磁势三相绕组的基波合成磁势圆形旋转磁势圆形旋转磁势 tcosxcosFtxf 11U ， xtcosF 2 1 xtcosF 2 1 txf 111U ， 整整理理得得： xtcosFxtcosF 2 3 txftxftxftxf 11 1W1V1U1 ，三三相相合合成成磁磁势势基基波波 120tcos120