电机原理与应用 4 交流电机的共同理论问题

1、交流电动机的常见问题、交流电动机的基本要求和分类以及绕组是交流电动机能量转换所必需的。虽然交流绕组有多种形式，但其基本功能是相同的，即感应电动势、传导电流和产生电磁转矩，因此其组成原理基本相同。3.1交流绕组的基本要求，(1)在一定数量的导体下，有一个合理的最大绕组合成电动势和磁动势。(2)各相的相电动势和相磁动势的波形尽可能接近正弦波，也就是说，要求使它们的高次谐波分量最小。(3)对于三相绕组，各相的电动势和磁动势应对称(大小相等，相差120)，三相阻抗也应相等。(4)绕组用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好。(5)绕组的制造、安装和维护应方便。3.1.2交流绕组的分类(1)根据槽内

2、层数，可分为单层绕组和双层绕组。其中，单层绕组可分为链式绕组、交叉绕组和同心绕组；双层绕组可分为层叠绕组和波纹绕组。(2)根据相数，可分为单相、两相、三相和多相绕组。(3)根据每极槽数和相位，可分为整数槽绕组和分数槽绕组。虽然交流绕组的种类很多，但由于三相双层绕组能更好地满足交流绕组的基本要求，现代交流电机的功率一般采用三相双层绕组，3.2槽电动势星形图，3.2.1相关概念，(1)极对数：指电机主磁极的对数，通常用p表示。(2)电角度：在电机理论中，我们称一对主磁极所占的空间距离为360。(3)机械角度：圆的真实空间角度是360的机械角度。显然，电角度=对数机械角度。(4)槽距角：两个相邻槽之

3、间的距离用电气角表示，称为槽距角，用表示。(5)极距：极距指电机主磁极在电枢表面的长度。有多种表达方式，如可用槽数：空间长度(6)每极和每相槽数：在交流电机中，每极和每相的平均槽数q是一个重要参数，如槽数z、极数p和相数m。相关概念，槽电动势星形图：当电枢上每个槽内导体的电动势按正弦规律变化时，用相量表示，这些相量形成一个径向星形图，这是分析交流绕组的一种有效方法。3.2.2槽电动势星形图：槽电动势星形图，示例：下图显示了三相同步发电机定子槽内导体沿电枢内圆周的分布，已知2p=4解：首先，计算槽桨距角：假设同步电机转子磁极磁场的磁通密度按正弦规律沿电机气隙分布。 当电机转子逆时针旋转时，均匀分

4、布在定子圆周上的导体切断磁力线并感应出电动势。 因为槽导体在空间电角度上彼此相差槽间距角，所以导体切割磁场首先出现，然后每个槽导体的感应电动势具有相位差，该相位差等于槽间距角。槽电动势星形图，槽电动势星形图，一圈槽电动势星形图的距离采用3600的电角度，即一对磁极之间的距离。因此，相量1-12与相量13-24一致。一般来说，当每个槽的导体感应电动势用相量表示时，由于一对磁极下有Z/P槽，所以一对磁极下的Z/P槽的电动势相量在3600范围内均匀分布，形成电动势星形图。cy1=，则线圈称为全程线圈，y1为长距离线圈。2.单层绕组：三相交流绕组在每个槽中仅包含一个线圈侧，因此线圈数量是槽数量的一半。

5、三相单层绕组适用于10KW以下的小型交流异步电动机，很少用于大中型电动机。3.分类：根据线圈形状和端部连接方式的不同，三相单层绕组主要分为链式、同心式和交叉式。本文介绍了一个相关的概念：相分离：由于绕组是三相绕组，有必要将每一个槽形导体分成三相，并在槽形电动势星图上划分每相的槽数。相分离的原理是最大化每相的电动势，三相的电动势是对称的。一般来说，三相绕组采用60相法，即槽电动势星形图分为六等份，每等份称为一个相带，依次为A、Z、B、X、C、Y，如下图所示：双层绕组：即电机的每个槽分为上下两层，线圈(元件)的一侧嵌入槽的上层，另一侧放在另一个有一定槽数的槽中。双层绕组的线圈结构类似于单层绕组，但

6、是由于两个线圈侧可以放置在一个槽中，所以双层绕组的线圈和槽的数量完全相等。根据双层绕组的线圈形状和连接规律，三相双层绕组可分为两类：层叠绕组和波形绕组。下面仅描述堆叠绕组。重叠绕组类型：任何两个相邻的线圈彼此“紧密重叠”，因此称为重叠绕组。双层绕组的主要优点是：1)线圈间距可以灵活选择，以改善电动势和磁动势的波形；2)所有线圈的节距和形状相同，便于制造；3)可以获得更多的平行分支；4)短距离线圈可用于最终节省铜。主要缺点是：1)很难插入导线，尤其是电机的最后一个线圈；2)线圈组之间有很多连接，当有很多极时，铜的消耗很大。10KW以上的中小型同步电动机、异步电动机和大型同步电动机的定子绕组一般采

7、用双层绕组。接下来，我们将通过具体的例子来说明叠片绕组的绕组方法。三相交流电机Z=24，2p=4，试画出一个=2的三相双叠片绕组的展开图。解决方法：首先，计算：(2)画电动势星形图；(3)分相；(4)绘制绕组展开图：将同一磁极下属于同一相带的线圈依次连接成一个线圈组，在A相可得到四个线圈组，分别为1-2、7-8、13-14和19-20。同样，在b相和c相分别有四个线圈组。四个线圈组的电动势相等，但同相两相带中线圈组的电动势相反。在交流电机中，通常要求电机绕组中的感应电动势在任何时候都呈正弦变化，这就要求电机气隙中的磁场沿空间呈正弦分布。很难获得完全严格的正弦波磁场，但是可以采用各种结构参数来使

8、磁场尽可能接近正弦波，例如，考虑磁极形状和气隙尺寸。在国家标准中，波形的正弦畸变率经常被用来控制电动势波形的逼近程度。1.导体电动势：当气隙磁场的磁通密度B在空间按正弦波分布时，其最大磁密度为Bm1，则：B=Bm1当导体切割气隙磁场时，则导体电动势的有效值为：因为正弦波磁通密度的平均值为：每极磁通为：都纳入上述公式：2。线圈电动势和短距离系数：线圈1。单圈：称为全程线圈。如图所示，由于整匝两个有效侧感应电动势的瞬时值大小相等，方向相反，所以整匝感应电动势为：y1=，其有效值为：对于短距离线圈，有效侧感应电动势的相位差是基于短距离匝的电动势：y1 IBNBkN1，则A相和B相的磁动势为3360，

9、其中3360。此时，由相A和相B绕组产生的磁动势的大小是不相等的，所以我们使用空间矢量方法来分析：在t=90的时刻，两相磁动势的基波仍然分解为正向和反向的两个旋转磁动势，然后每个旋转磁动势由一个旋转空间矢量表示。显然，正转合成基本磁动势是一个圆形旋转磁动势。然而，逆合成基本磁动势等于：逆合成基本磁动势仍然是圆形旋转磁动势。与以前的对称情况不同，反向合成的基本磁动势的振幅不为零。由于电机中同时存在由正转和反转组成的基本磁动势，因此应将它们相加，得到总磁动势。由于和的旋转方向相反，它们只能在固定的时刻相加。如图： *所示，我们可以发现合成磁动势的轨迹是一个椭圆，所以称之为椭圆旋转磁动势。当和同相时，它是椭圆的长轴。它是椭圆的短轴，当它与。此外，椭圆磁动势的旋转方向与正向旋转磁动势的旋转方向相同，即仍从电流超前相绕组旋转到电流滞后相绕组。然而，椭圆磁动势的转速并不均匀，其平均转速为0。用同样的方法，当两相磁动势的振幅相等，相位差不为90