6交流电机电枢绕组的电动势和磁通势.ppt

1、第六章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势,交流电机包括：同步电机和异步动机（感应电机）。 电枢是电机中机电能量转换的关键部分，直流电机电枢指转子部分，而交流电机的电枢是指定子部分。,第6章 交流电机电枢绕组的电动势和磁通势,6.1 交流电机电枢绕组的电动势 6.2 交流电机电枢绕组 6.3 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势 6.4 三相电枢绕组产生的磁通势 6.5 两相电枢绕组产生的磁通势,6.1 交流电机电枢绕组的电动势,交流电机电枢绕组感应电动势问题的分析，对于同步电机或异步电机都是适用的。为了分析的方便，我们用一台同步发电机为例来分析电枢绕组的电动势。简单的同步发电机模型 6.1.1 导体

2、电动势 空间电角度：把一对主磁极所占的空间角度定为2，用表示。 机械角度：把转子表面所占的空间几何角度定为2，用表示。 =p，其中p为电机的极对数。,假设电机的气隙中只有波长等于一对主磁极极距、沿气隙圆周方向分布为正弦形的磁密波（基波磁密）,根据电磁感应定律,转子的电角速度,假设导体由坐标原点开始,相应点的气隙磁密为,导体中感应的基波电动势瞬时值为,导体每经过一对主磁极，其中感应电动势便经历一个周期，当转子有p对主磁极时，转子每转一圈，导体中的电动势变化了p次。因此转子转速和基波电动势的频率的关系为,频率和电角速度的关系为,导体中感应基波电动势的最大值为,导体中基波电动势有效值为,相量表示为,

3、整距线匝基波电动势有效值为,6.1.3 整距线圈电动势,把N个线匝串联起来构成线圈。一个线圈两边的距离y1叫节距。当y1=的线圈为整距线圈，当y1的线圈为长距线圈。在电机中，一般不用长距线圈。,整距线圈基波电动势有效值为,短距线圈基波电动势相量表示为,短距线圈基波电动势有效值表示为,基波短距系数,例题6-2 如果把相距150空间电角度的A，X两根导体组成线匝，每根导体的电动势为10V，求线匝的基波电动势。,解,如果把分布的q个整距线圈都集中放到一起，每个线圈的基波电动势大小相等，相位相同，则线圈组总基波电动势为qEy。但是线圈分布开来后，线圈的基波电动势却为Eq,基波分布系数,A,B,C,D,

4、分布后线圈组的基波电动势为,分布后短距线圈组的基波电动势为,例题6-3 一台电机的定子槽里放了4个分布着的整距线圈，相邻线圈的槽距角=15空间电角度，每个线圈基波感应电动势为30V。现将这些空间分布着的整距线圈按头尾相连构成线圈组，求该线圈组的基波感应电动势。,解,返回,三相单层集中整距绕组：每一相只有一个整距线圈，定子上每个槽里只有一个线圈边。这种绕组除了感应电动势的波形不理想外，电枢表面的空间也没有充分利用，不如采用分布绕组好,目录,2、三相单层分布绕组,通过一个例子来说明三相单层分布绕组。 假设定子上总槽数为Z=24,极对数为p=2，转子逆时针方向旋转，转速为n。,1）先计算定子相邻两个

5、槽之间的槽距角,2）基波电动势星形相量图,24,1,2,3）按600相带法分相,每极每相槽数,A,X,B,Y,C,Z,5）确定绕组并联的路数,单层绕组最多可以并联的支路有p个。 当电机每相的总线圈数一定时，如用一路串联，则每相基波电动势要比并联时大，而电流比并联时的总电流小,6）计算相电动势,整距线圈的基波电动势,一相绕组串联的总匝数,6.2.2 三相双层绕组,双层绕组是指定子上每个槽里能放两个圈边，每个圈边为一层。一个线圈有两个圈边，电机线圈的总数等于定子的槽总数。双层绕组的优点是线圈能够任意短距，对改善电动势波形有好处,假设定子上总槽数为Z=36,极对数为p=2，节距y1=7个槽，并联支路

6、数a=1, 连接成双层短距分布绕组,1）先计算定子相邻两个槽之间的槽距角,2）基波电动势星形相量图,3）按600相带法分相,5）确定绕组并联的支路数,并联的支路数最少为a=1,最多为a=2p,6）计算相电动势,短距线圈基波电动势,极相组基波电动势,相绕组基波电动势,6.2.3 绕组的谐波电动势,实际的电机气隙里磁密的分布不完全都是基波，尚有谐波，如三次、五次、七次等奇数次谐波。所谓三次、五次、七次谐波磁密，即在一对磁极极距中有三、五、七个波长的正弦形磁密波。这些谐波也要在各槽里的导体中感应出各次谐波电动势。当绕组采用了短距、分布以及三相连接时，可以使各次谐波电动势大大被消弱，甚至使某次谐波电动

7、势为零。当然，短距、分布也能降低基波电动势，只要设计合理，让基波电动势消弱的少，而大大消弱谐波电动势就可以了。,三相星接和角接，在三相线电动势中不会有三次谐波及三的倍数次谐波电动势出现。这是由于三相三次谐波以及三的倍数次谐波电动势在时间相位上同相所造成的。,例题6-4 一台三相异步电动机，定子采用双层短距分布绕组。已知Z=36，p=3，y1=5槽，线圈的匝数Ny=20，并联支路数a=1，频率f=50Hz，每极磁通量=0.00398Wb，求：,1）导体基波电动势,2）线匝基波电动势,3）线圈基波电动势,4）极相组基波电动势,5）相绕组基波电动势,返回,6.3 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势,目

8、录,在电机里，不管什么样的绕组，当流过电流时，都要产生磁通势。所谓磁通势，指的是绕组里的全电流，或安培数。 交流电机电枢绕组产生的磁通势与直流电机相比，要复杂一些。分析磁通势的大小及波形等问题，应从两大方面来考虑： 1）首先是绕组在定子空间所在的位置； 2）其次再考虑该绕组流过的电流，在时间上又是如何变化的。 交流绕组产生的磁通势，既是空间的函数，又是时间的函数。,磁通势从定子到转子的方向作为正方向。 磁通势的大小是由电流的大小决定的，当电流按正弦规律变化时，磁通势的大小也随之按正弦规律变化，称为脉振波。磁通势交变的频率与电流的频率一样。 该磁通势的极数为一对，与电机的极数对数相等。,6.3.

9、1 整距线圈的磁通势,1、整距线圈的磁通势,四极电机绕组产生的磁通势,该磁通势的极数为两对，与电机的极数对数相等,矩形分布的脉冲磁通势表达式为,2、磁通势展开,空间矩形波可用傅氏基数展成无穷多个正弦波。因此，空间矩形分布的脉振磁通势，可以展开成无穷多个空间正弦分布的磁通势，每个正弦分布的磁通势同时都随时间正弦变化,基波磁通势为,三次谐波磁通势为,五次谐波磁通势为,基波及其谐波磁通势的特点,1）基波及其谐波磁通势的最大值,2）基波及其谐波磁通势的极对数 基波磁通势的极对数与电机的极对数一样多，三次谐波的极对数是基波的三倍，五次谐波磁通势的极对数是基波的五倍，等等。 3）基波及其谐波磁通势幅值随时

10、间变化的关系 当电流随时间按余弦规律变化时，不论是基波磁通势或谐波磁通势，它们的幅值都是随时间按电流的变化规律而变化，即在时间上，都为脉振波。,3、基波脉振磁通势,(1)讨论,朝+方向旋转，行波在电机中为旋转波,(2)讨论,朝-方向旋转，行波在电机中为旋转波,由前面的分析，可以得到 1）一个脉振波可以分解为两个波长与谐振波完全一样，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转波的幅值是原谐振波最大振幅的一半； 2）当脉振波振幅为最大值时，两个旋转波正好重叠在一起。 一个在空间按余弦分布的磁通势波，可以用一个空间矢量来表示，让矢量的长短等于该磁通势的幅值，矢量的位置就在该磁通势波正幅值所在的位置。,6.3.

11、2 短距线圈的磁通势,整距线圈时，基波磁通势为,双层短距线圈时，基波磁通势为,6.3.3 单层分布线圈产生的磁通势,6.3.4 单层短距对气隙磁通势波形的影响,在电机中，为了改善电机的性能，希望基波的磁通势占主要分量，尽量减小各次谐波的分量，为此，设计电机的绕组时，要采用短距和分布绕这。只要设计合理就可以大大的降低谐波磁通势的影响,6.3.5 单相绕组磁通势,整距线圈的基波磁通势幅值为,双层短距线圈的基波磁通势幅值为,单相相绕组的基波磁通势幅值为,单相绕组磁通势的表达式,单相双层短距分布绕组的基波磁通势的特点,在气隙空间按cos分布,振幅按cost变化,当时间电角度t=0时，在空间电角度=0的

12、地方，是最大正幅值所在地，即单相绕组的轴线处,返回,6.4 三相电枢绕组产生的磁通势,目录,6.4.1 基波磁通势,等效三相绕组,三相绕组流过的电流为,三相产生的基波磁通势,53,三相基波磁通势分解为,上边三个式子相加,三相6个旋转磁通势的合成,+A,=0,+B,=120,+C,=240,三相合成基波磁通势为行波，朝方向+以角速度旋转，合成矢量端点的轨迹是个圆，称为圆形旋转磁通势,55,三相合成基波旋转磁通势的特点,1）幅值不变,为圆形旋转磁通,2)转向,磁通势的转向为电流的相序，从领先相到滞后相旋转,3)转速,4)瞬间位置 当某相的电流值达到最大值时，合成磁通势正好位于该轴线处,56,用磁力

13、线表示的三相旋转磁场示意图,57,6.4.2 三相的三次谐波磁通势,58,三相三次谐波磁通势互相抵消，同理可以知道三的倍数次谐波的合成磁通势也是零。采用分布和短距绕组可以大大的降低五次和七次谐波等高次谐波，因此三相绕组可以忽略谐波，只认为基波磁通势是主要的,59,例题6-5,已知三个匝数彼此相等的整距线圈AX，BY，CZ在定子的槽内集中地放在一起，如下图所示。若三个整距线圈里流过的电流分别如下，求产生的合成基波总磁通势,60,例题6-6,已知三个整距线圈匝数彼此相等，按彼此相距120空间电角度放在电机的定子槽内，如图下所示。若三个线圈里流过的电流分别如下，求合成基波总磁通势,返回,61,6.5 两相电枢绕组产生的磁通势,例题6-7已知在电机定子槽内放置两个空间相距90电角度，且匝数相等的整距线圈AX，BY（两相对称绕组），如下图所示。若两个线圈里流过的电流分别如下，求合成基波总磁通势,解,书中有误,目录,62,例题6-8把上例中在定子空间相距90电角度的两个整距线圈换成两相对称绕组，每相绕组都是双层短距分布绕组，他们的串联匝数都相等，仍用AX，BY表示每相绕组的引出线。若两个线圈里流过的电流分别如下，求合成基波总