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CBAfeeeI0000 X1 定子 N 励磁绕组 A1 S 转子 S A2 N X1 定子绕组 min160rpfn 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 Ut0i Vi W1202403603.1.1.2 交流绕组交流绕组产生的

2、旋转磁场产生的旋转磁场1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W0t 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UiWiU1W1V1Vi0 t NS 120t NSU2U1V1W2V2W1U2U1V1W2W1V2WiVimIiotUi060120180 P=2时旋转磁场在电流变化一周时，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) 。 U1U2V1V2W1W2NSNS(a)1V2V2U1U1

3、W2WW1W2V2U2V1U1(b)NSSN2W1W2U1V1U2VU2U1W1V1W2V2(d )NNSS1U1V2U1W2V2WV1V2W1U2W2U1(c)NNSS1U1V2U1W2V2W060120180pfn1160 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1U1V1W2V2W2U1nnf。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 p2Q1 136

4、0Qp pmQq21 槽电势星形图槽电势星形图124375689101112131415161718192021222324U1U2V1V2W1W2161913823457181216151491024172322212011 NS S N n1 ，解解：62224p2Q11 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 19n1 3024360236031 Qp 相相带带；绘绘出出槽槽电电势势星星形形图图，分分4，565y1 232224pm2Qq21 。的

5、展开图，并联支路数的展开图，并联支路数三相三相相相绘出绘出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）AXAXAXAXAX112233441 、27 、81 3 、1 41 9 、2 0 13 U1 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 19

6、U2-7-6/2 - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相电势叠加相电势叠加 - - - - UE双层波绕组双层波绕组NoImageNoImage三相双层波绕组展开图AX12345678910 11 12 13 14 15 1617 18 19 20212223 24 1SNSN1122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( (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；

7、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。 71982011324N极 下 绕 组S极 下 绕 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

8、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 1

9、0 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

10、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m1 xtBxtFtxBm coscos1101，气隙长度气隙长度漏磁场漏磁场主磁场主磁场tc

11、ostcoslB2ldxxtcosBm1m221m1 气气隙隙磁磁通通U1 U2 f tsinNdtdNemyUy1y1y 线线圈圈电电势势整距线圈的感应电势整距线圈的感应电势 lB21mm 每极磁通量每极磁通量my1my1my1yNf44. 4Nf22NE 的感应电势的感应电势 1c1cy1yEEE1 的感应电势的感应电势 111yy1y11c1cy1ykE90ysinE22sinE2E 180y1 -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 2sin

12、R2E11yy 1 2 3 y1= 的感应电势的感应电势 Ey10 Ey1-q Eq1 Ey1-212sinq2qsink1q 2qsinR2E1q 11y1111qyyyqkqE2sinq2qsinqEE - EU - - - - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相电势叠加相电势叠加myq1111kNkf44. 4E 相相电电势势yNapq2N 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

13、极磁通量。，求每极磁通量。122248p2Q1 解解：1548360pQ360p1 991.0901211sin90ysink11y 432248pm2Qq1 958.0215sin42154sin2sinq2qsink1q Wb1064.5958.0991.02005044.4238Nkf44.4E31W11m 232212221 xiNxiNfyyy，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

14、 0 t it=t1 t=t2 t=t3 t=t4 t=t5 tcosI2i 设设线线圈圈电电流流矩形波矩形波(t=t1)幅值幅值x tcosF23x2tcosIN222x2tcosIN22txfymyyy ， txxxINtxfINFyyyy cos5cos513cos31cos9 . 09 . 01 ，高高次次谐谐波波： ININdxxxFFtxFxFxFffftxFtxfyyymyyyyyyyymy9 . 0224cos1cos5cos3coscoscos201531531 因因，矩形波磁势的谐波分析矩形波磁势的谐波分析AXAXFymFy1Fy3Fy518003600 /3 1 2 3

15、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 3/22sinR2F1y Fy10 Fy1-q Fq1 Fy1-2 qyqkqFF 12sinq2qsink1q 令令，2sinq2qsinqFF11yq 2qsinR2F1q 11111qyqyyqIqkN9 . 0kqF2sinq2qsinqFF 2sinq2qsink11q 180- F1 Fq1 0 1qF 2 1qF1F ， 1y1111119 . 0222cos2yqyyqqkIkqNkFFF 90sin21 ykkFFyyvqv 90ysin2cosk11y IaI pINkFW 9 . 0 tcosxcoskpNI9 . 0tcosxcosFf1w11 相相绕绕组组基基波波磁磁势势瞬瞬时时：111119 . 0WqyWkpNIFkkk 令令，yyqN2paNapqN2N 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 tcosxcosFtxf11U ， xtcosF21xtcosF21txf111U ，整整理理得得： xtcosFxtcosF23txftxftxftxf111W1V1U1 ，三三相相合合成成磁磁势势基