20电机学－同步电机的基本知识和结构交流绕组和电动势3

1、内容回顾单层绕组，每个定子槽内只放一个线圈边，每一个线圈需占用两个槽，整个绕组的线圈数等于总槽数的一半。91791710S21611151213146543n21S124232221207N1N219818Y23Y23112412131142315Z22104 16219517820719618BCXN2CY1 2223 24N2CY1 2223 24 CYZABCXYAZBXAZBX12345678910 11 1213 1415 16 17 1819 202ZABCXYAZBXAZBXS1N1S2N21234567891011131516171921222324AXS1N2S1N2AX12

2、3456789101112 1314 15 161718192021 22 2324AXS2vN2S2vAZX1234AZX1234B56789YA11 12Z14 15 16B17 18XC19 20Y22 2324CY1 2223CY1 2223CYZABCXYAZBXAZBX12345678910 11 1213 1415 16 1819 20ZABCXYAZBXAZBXS2vN2S2vAZX1234AZX1234B56789YA11 12Z14 15 16B17 18C19 20Y22 2324S2.S2vN2vAZ123BX567C9A11 12Z14 15 16B17 18C19

3、20Y22 2324AX内容回顾链式、同心式和交叉式绕组，虽然线圈节距不等于整距， 但由于各种连接形式只改变了同一相中各线圈电动势相 加的先后次序，所以它不影响相电动势的大小，仍算整 距绕组。相电动势为各线圈电动势的合成，相量和。讨论：导体（线圈、绕组）感应电动势的实际方向、规定正方向、相量图、瞬时值表达式（0时刻）。以单叠绕组为例S2vN2S2vAZX1234AZX1234B56789A11 12Z14 15 16B17 18XC19 20Y22 232491791710S21611151213146543n21S124232221207N1N219818C17CN2AZBXAZBXAZBX

4、AZBX CYCYZABCXY12345678910 11 1213 1415 16 17 1819 2021 222324ZABCXYAXY23Y23112412131142315Z2210416219517820719618B根据槽电动势星型图，C做出线圈电动势、绕组电动势相量图。CX+t 2A13+t 2A132Y231124121142315Z22104 1621 952cost1)CX内容回顾讨论：对于单层绕组，每对极下每相只有一个线圈组， 每个线圈组由 q 个线圈串联组成；p 对极电机每相共有 p 个线圈组；并联支路。三相双层绕组内容回顾双层绕组的每个槽内

5、有上、下两个线圈边。线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边则放在相隔 y 槽的下层。对于双层绕组，整个电机的线圈数正好等于槽数。例8-2 某交流电机定子绕组的Z24， 2p=4， m=3，采用短距，且y=5（节距为16），试做出首先进行计算：q Z2pm242431 p0Z 202430 Z2p 4 6 （极距为17）绘制线圈电动势相量图3321244235S122678nN1N29212019181710S2161115121314槽电动势星形图Y23Y23112412131142315Z22104 16219517820719618BCX线圈电动势星形图线圈的编号Y23Y231124121

6、3111422231522104 16C219517820719618BZX对于双层绕组，其线圈数等于槽数，由于每个线圈的两个边放在相距节距 y两个槽内，所以线圈电动势就是槽电动势星形图中相距 y 槽的两个相量的合成，所得到的线圈电动势相量图仍为相差a1电角度的星形图， 仅仅是相量长短不同并旋转一个角度（因选择的节距不同而不同），所以槽电动势星形图也可看作线圈电动势星形图，只是每一相量的编号是该线圈上层边所在槽的号码。例如相量1是其上层边嵌于槽1的线圈的电动势相量。Y23Y23112412131142315Z2210416219517820719618BCX分相按照 q =2，把电动势星形图分

7、成A、Z、B、X、C、Y 六个相带。由图可知， 1、2、7、8、13、14、 19、20 槽的上层边属于A相。Y23Y23112412131142315Z2210416219517820719618BCX画绕组展开图把电枢展开，每槽以一实线表示线圈的上层边，一虚线表示线圈的下层边，并在实线旁标以槽号，然后把槽按极数等分成 4 份。按电动势星形图把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带。注意这些相带只表示该相线圈上层边所在的槽。y5 (节距为16)，把上、下层连成线圈。例如A相带第1槽的上层边和第6槽的下层边构成一个线圈，第2槽上层边与第7A 2p 个线圈组， 4个线圈组。同理可作出B、

8、C相的线圈组 (图中未画出)。.S1vN1S2N2AZBXCYAZXCY1234567891011121315161719A1A2A3A4X4ZABCXY根据电压和电流的要求，把一相的线圈组串联或并联组成一相绕组。为了使线圈组的电动势相加，一相两相邻线圈组之间应反向串联，即采用“尾接尾， 头接头的连接规律。串联连接，支路数 a=l。一半线圈组串联后再并联，连接示意图，其支路数 a=2。对于双层叠绕组，最大并联支路数等于线圈组数， 而一相的线圈组数等于极数，所以最大可能的并联支路数等于极数。.S1vN1S2N2AZBXCYAZBXCY1234567891011121314151617181920

9、21222324A1A3X4X2A2A4X2A2A4A2XA2X2AA43X3AXX4双层波绕组对多极、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。波绕组的连接特点是把同一极性下(如N1、N2) 所有属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成一组； 再把另一极性下(如S1、S2)所有属于同一相的线圈 按照一定的次序串联组成另一组，最后把这两大组线 圈根据需要接成串联或并联，构成一相绕组。由于相 连线圈形似波浪，故称为波绕组。双层波绕组如前述例82，连成 a=1的波绕组，整个A相绕组的连接次序如图所示。绕组展开图如图815所示。719820719820113214N极下绕组S极下绕

10、组SS1N1S2N2123456789101112 13 14151617 1819 2021222324 1AX双层波绕组说明：在整数槽波绕组中，无论多少极数，每相每条支路只需一根组间连线。并联支路最多只有2条。波绕组中采用短距，可以改善电动势和磁动势波形， 但不能节约端部用铜。因为合成节距总是差不多等于一对极距不变，线圈节距缩短，虽使一边端部连线缩短， 但另一边却加长了，故用铜量基本不变。由于波绕组的组间连接线少，绑扎固定比较简单， 同时使重量分布易于平衡，故波绕组多用于大、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。8-3三相双层绕组说明：对于双层绕组，每对极下每相有2个线圈组

11、，每个线圈组由 q 个线圈串联组成；p 对极电机每相共有 2p 个线圈组。并联支路。交流电机的绕组和电动势8-4交流绕组的感应电动势交流绕组由若干个线圈组连接而成；一个线圈组由 q 个线圈串连组成；一个线圈由导体连接而成。为由简入繁研究绕组电动势，首先研究一根导体的电动势，然后再研究线圈电动势、线圈组电动势以及每相绕组电动势。导体电动势感应电动势由三个基本要素所决定，即（1）电动势的频率（2）电动势的波形（3）电动势的大小。aSaSnNf60(Hz)感应电动势的波形和谐波分析根据电磁感应定律，定子导体a中感应电势的瞬时值为： Bxlv式中：Bx 为导体所在处气隙空间的径向磁通密度；l为导体在磁

12、场中的有效长度；v为导体相对于磁场的线速度。在已经制成的电机中，导体有效长度 l 及线速度v为定值，所以导体的感应电动势正比于气隙磁密， 因而气隙磁密在空间的分布波形便决定了导体感应电动势随时间变化的波形。为了做出气隙磁密分布曲线，可把电机沿轴向剖开，并展开成一直线。把纵坐标取在磁极中心线上，表示气隙磁密；横坐标放在转子表面，表示极面各点距坐标原点的距离以电角度量度，整个坐标系统随转子旋转。由于在一个磁极范围内励磁磁动势大小不变，在 不考虑定子齿槽影响的情况下，主磁极表面与定子铁 心气隙较小，因而磁阻较小，气隙磁密较大；相邻两 主磁极之间气隙较大，磁阻也大，因而气隙磁密就小。气隙磁密的分布如图

13、所示，图中是按气隙磁通由定子 S 极磁密为正，N极为负。三次谐波Bx基波BxB1maSaSnNB3m0222avSN气隙磁密在气隙空间的分布实际上是一个周期变化的非正弦波形，每经过一对磁极，波形重复一次， 因此可应用谐波分析法。磁密曲线 Bx 的波形对纵轴和横轴对称,按傅里叶级数分解出来的波形中没有直流分量、偶次谐波和正弦分量,于是BxcosB3cosB5cos cossin 2 pv为分析方便，可以认为转子不动，而定子导体以和转子相同的速度向相反的方向运动，选取导体处于磁极中心线作为计算时间的起点，且规定电动势穿进t v 转过的电角度为： (vt)v Dn 2 pn 2f602p60 t经过

14、t秒后，导体所在处的磁密为：costcoscoscostsin 2Bxlv costB3mlvcosB5mlvcosmlvsin 2 E1mcostcosE5mcoscostsin 2该图表示只考虑基波和三次谐波的导体电动势随时间变化的波形。eea1eaea30222wt因次谐波磁场的极对数 pp，且随转子n，各次谐波磁场感应的电动次谐波电动势频率为：f pn f6060导体感应电动势的大小 B1mlvv 2fB1m2 E 1 lf a1222 1av 2f 2.22 f13.导体感应电动势的大小1为基波每极磁通量，单位为 Wb。E mlv 1 Blf 222 av 2f avl2.22vf线圈电动势与节距因数Bx0Bx02 2aaSNa1y T1a1匝。如磁场分布为非正弦2空间波，线匝电动势仍含谐波，可将基波及谐波电 动势分别讨论。2基波及谐波电动势 都可以用相量表示。基 波电动势关系。tT1a11801在整距情况下，线匝的一根导体 a 若处于S极下，则另一根导体 a正好处于N极下，此时两导体感应电动势的瞬时值大小相等，方向相反。如果规定导体电动势方向如图中自下而上为正，则由于两导体在空问相差一个极距，即相当于基波磁场的180 度空间电角度。所以a 、a导体的感应电势在时间上也差180度时间电角度，如图所示。按照线匝电动势规定正方向，则T1 1因