交流电机绕组的基本理论

1、电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论n 主要内容：交流绕组构成；电势；磁势。主要内容：交流绕组构成；电势；磁势。n 交流电机分：交流电机分：u同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机u异步：主要作为电动机，有时也作发电机异步：主要作为电动机，有时也作发电机n 区别：两区别：两类交流电机类交流电机在励磁方式和运行特性有很大差别在励磁方式和运行特性有很大差别n 相同点：电机定子中发生的电磁现象和机电能转换的原理相同点：电机定子中发生的电磁现象和机电能转换的原理基本相同基本相同第四章第四章 交流电机绕组的基本理论交流电机绕组的基本理论电机学 第四章

2、交流电机绕组的基本理论4.1 4.1 交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求一、基本要求：一、基本要求：电气要求：电气要求：1.1. 绕组产生的电动势（磁动势）绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波接近正弦波-谐波分量少。谐波分量少。2.2. 三相绕组的基波电动势对称三相绕组的基波电动势对称3.3. 一定导体数下，产生尽可能大一定导体数下，产生尽可能大的基波电动势的基波电动势4.4. 绕阻铜耗小，用铜量少。绕阻铜耗小，用铜量少。5.5. 绝缘可靠，机械强度高，散热绝缘可靠，机械强度高，散热条件要好，制造方便。条件要好，制造方便。例：例：Z=36Z=36，2p=42p=4槽槽内放置绕组电机学 第四章

3、 交流电机绕组的基本理论二、设计原则二、设计原则1 1、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势2 2、用槽电势星形图分布保证三相绕组的感应电动势、用槽电势星形图分布保证三相绕组的感应电动势对称对称3 3、采用、采用6060 相带可获得尽可能大的基波电动势相带可获得尽可能大的基波电动势电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论1 1、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势n 保证励磁磁动势在气隙中产生的磁场在空间按正弦规律分保证励磁磁动势在气隙中产生的磁场在空间按正弦规律分布，则它在交流绕组中感应的电动势就随时间按正弦规律布，则

4、它在交流绕组中感应的电动势就随时间按正弦规律变化变化cos)(mBBcos)(lvBlvBemccos)(lvBlvBemc0t某根导体对准磁极轴线某根导体对准磁极轴线060/21pntf=pn/60f=pn/60见下页见下页电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论电动势的频率电动势的频率 f=pn/60f=pn/60n 当转子为一对极时，转子旋转一周，绕组中的感应电当转子为一对极时，转子旋转一周，绕组中的感应电动势正好交变一次动势正好交变一次(一周期一周期)；n 设转子每分钟转数为设转子每分钟转数为n(r/min)，则转子每秒旋转，则转子每秒旋转n/60(转转/秒秒) f=n/60f=n/60

5、电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论n 当电机有当电机有p p对极时，转子旋转一周时，感应电动势交对极时，转子旋转一周时，感应电动势交变变p p次次( (即即p p个周期个周期) )；n 转子每秒钟旋转转子每秒钟旋转n/60n/60(转转/秒秒) ，感应电动势每秒交变，感应电动势每秒交变pn/60pn/60次，即电动势的频率为次，即电动势的频率为 我国国标工业交流电动势的频率为我国国标工业交流电动势的频率为50Hz50Hz，因此电机，因此电机的极数和转速成反比关系。的极数和转速成反比关系。f=pn/60f=pn/6060/221pnf磁极切割导体角速度磁极切割导体角速度电机学 第四章 交流电

6、机绕组的基本理论n电角度：电角度： u转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360360 。 u从电磁角度看，一对从电磁角度看，一对N,SN,S极构成一个磁场周期，即极构成一个磁场周期，即1 1对极为对极为360360 电角度。电角度。2、用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称、用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称2p2p2 2一周一周360360 (2(2) )-机械角度机械角度空间角度空间角度一对极一周一对极一周360360 -电角度电角度 空间角度空间角度电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论机械角度机械角度360360 电角度电角度=

7、p=p360360 =720=720 电角度电角度=p=p机械角度机械角度2p2p4 4两对两对N,SN,S极构成极构成2 2个感应电势周期个感应电势周期电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论n 电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用相量表电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用相量表示，这些相量构成一个辐射星形图，称示，这些相量构成一个辐射星形图，称槽电势星形图槽电势星形图。n 槽距角：一个槽所占的机械角度称为槽距角，用槽距角：一个槽所占的机械角度称为槽距角，用表示表示 槽距电角：一个槽所占的电角度称为槽距电角，用槽距电角：一个槽所占的电角度称为槽距电角，用1 1表示表示10363

8、6036000Z2036360360001papZp电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论例：例：Z=36Z=36，2p=4, 2p=4, 绘制槽电势星形图。绘制槽电势星形图。解：解： 槽距角槽距角=360=360 /Z=10/Z=10 槽距电角槽距电角1 1=p=p360360 /Z=20/Z=20 将星形图圆周分为三等份，将星形图圆周分为三等份，每等份每等份120120 （称（称120120 相带），相带），将每个相带内的所有导体将每个相带内的所有导体电电动势相量正向串联起来（动势相量正向串联起来（蓝蓝色为色为A A相；相；黑色为黑色为B B相，相，红色红色为为C C相相），得到相电动势。

9、），得到相电动势。1(19)1(19)2(20)2(20)3(21)3(21)4(22)4(22)A A相相5(23)5(23)6(24)6(24)7(25)7(25)8(26)8(26)9(27)9(27)B B相相10(28)10(28)11(29)11(29)12(30)12(30)13(31)13(31)14(32)14(32)15(33)15(33)C C相相16(34)16(34)17(35)17(35)18(36)18(36)相带：是指一相绕组在一个磁极下相带：是指一相绕组在一个磁极下连续连续所占的电角度。所占的电角度。一般地，如电机有一般地，如电机有p p对极，则有对极，则有p

10、 p个重叠的槽电势星形。个重叠的槽电势星形。 电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论3 3、 采用采用6060 相带可获得较大的基波电势相带可获得较大的基波电势v 分相方法：将星形图圆周分相方法：将星形图圆周分为六等份，每等份分为六等份，每等份6060 （称（称6060 相带相带）。）。A A、B B、C C三相带中心线依此互差三相带中心线依此互差120120 ，X X相带中心线与相带中心线与A A相相带中心线互差带中心线互差180180 ，将，将X X相带与相带与A A相带电动势相带电动势反向反向串联串联起来得起来得A A相电动势。相电动势。同理得到同理得到B B、C C相电动势。相电动势。

11、各相电动势大于各相电动势大于120120 相带相带时的值。时的值。A A和和X X相带内的全部导体属于相带内的全部导体属于A A相，相，B B和和Y Y相带的全部导体为相带的全部导体为B B相相电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论4.2 三相单层绕组三相单层绕组 与绕组有关的几个概念与绕组有关的几个概念v 线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。圈按一定规律的排列和联结。叠绕组线圈叠绕组线圈波绕组线圈波绕组线圈结构上区别：线圈的两个出线是靠拢还是远离线圈的对称轴线结构上区别：线圈的两个出线是靠拢还是远离线圈

12、的对称轴线电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论与线圈相关的概念：与线圈相关的概念：n 有效边；端部；有效边；端部；n 线圈节距线圈节距：一个线圈两个有效边之间所跨的槽数，用：一个线圈两个有效边之间所跨的槽数，用y y表示。表示。y4 (15)电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论n极距极距 ：相邻极所距距离；沿定子铁心内圆每个磁极所占的：相邻极所距距离；沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围（槽数）范围（槽数） u用槽数表示：用槽数表示： =Z/2p=Z/2pu用长度表示：用长度表示： = = D/2pD/2p例：例：Z=36Z=36，2p=42p=4 =36/4=9=36/4=9例：例：Z=36

13、Z=36，2p=22p=2 =36/2=18=36/2=18n y=y=时，线圈称为整距线圈；时，线圈称为整距线圈；n yyy时，线圈称为长距线圈；时，线圈称为长距线圈；电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论n 每极每相槽数：每极每相槽数：例：例：Z=36Z=36，2p=42p=4相带的宽度恰好对应每极每相槽数相带的宽度恰好对应每极每相槽数q q每个极下每相占有的槽数。每个极下每相占有的槽数。已知总槽数已知总槽数Z Z、极对数、极对数p p和相数和相数m m，则，则pmZq2电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论n 极相组极相组将一个磁极下属于同一相（即一个相带）将一个磁极下属于同一相（即一个

14、相带）的的q个线圈，按照一定方式串联成一组，称为极相组个线圈，按照一定方式串联成一组，称为极相组（又称为线圈组）。（又称为线圈组）。n 线圈组数线圈组数 = 线圈个数线圈个数/ q电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论例：例：Z=24Z=24，2p=42p=4 =Z/2p=Z/2ppmZq2Zp01360电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论单层绕组单层绕组和和双层绕组双层绕组: :单层绕组一个槽中只放一个元件边单层绕组一个槽中只放一个元件边 双层绕组一个槽中放两个元件边。双层绕组一个槽中放两个元件边。电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论1. 绘制槽电动势星形图绘制槽电动势星形图2. 分相，

15、构成线圈。分相，构成线圈。3322362pmZq20363602360001Zp60600 0相带相带例：已知一交流电机槽数例：已知一交流电机槽数Z Z3636，极数，极数2p2p4 4，并联支路，并联支路数数a a1 1，绘制三相单层绕组展开图。，绘制三相单层绕组展开图。电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论3.3. 确定并联支路数确定并联支路数n单层绕组：每相最大并联支路数等于极对数单层绕组：每相最大并联支路数等于极对数na amaxmax=p=p4.4. 画出三相绕组展开图画出三相绕组展开图 (a=1)(a=1)头尾相连头尾相连电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论电机学 第四章 交流电

16、机绕组的基本理论n 二极交流电机，其线圈节距二极交流电机，其线圈节距yy，故其端接线几乎跨过，故其端接线几乎跨过半个定子内圆，其嵌线及端部整形困难，为减少嵌线难度，半个定子内圆，其嵌线及端部整形困难，为减少嵌线难度，可以将线圈制成大小不同、同心套置在一起的绕组，称为可以将线圈制成大小不同、同心套置在一起的绕组，称为同心式绕组，连接绕组仍应保持电动势相加的原则。同心式绕组，连接绕组仍应保持电动势相加的原则。电机学 第四章 交流电机绕组的基本理论说明说明1.1. 单层绕组虽然因线圈形状或端接连接方式不同，而单层绕组虽然因线圈形状或端接连接方式不同，而分成许多不同形式，本质上各类型单层绕组均为整分成许多不同形式，本质上各类型单层绕组均为整距绕组，即短距系数距绕组，即短距系数K Kp p1(K1(Kp p意义将在后续章节中介意义将在后续章节中介绍绍) )。因为虽然线圈实际跨距可能大于或