交流电机绕组的电动势和磁动势

1、第四章 交流电机绕组电动势及磁动势4.1 交流电机的绕组一、交流绕组的基本知识（一）构成原则 1. 合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦形（基波、谐波）2. 三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、空间互差电角度）（即保证各相电动势磁动势对称，电阻电抗相同）3. 铜耗减小，用铜量减少。4. 绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制造方便（二）交流绕组的分类1. 按相数分为：单相、三相、多相2. 按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉式）、双层（叠绕组、波绕组）、单双 层3.按每极每相槽数q分为：整数槽、分数槽（三）基本概念1.极距：2.线圈节距y： 整距y=； 短距y。3.槽距角（电角度）： 4.

2、每极每相槽数q: 5. 电角度=p360=p机械角度计量电磁关系的角度称为电角度（电气角度）。电机圆周在几何上占有角度为，称为机械角度。而从电磁方面看，一对磁极占有空间电角度为。一般而言，对于p对极电机，电角度=p机械角度。6.并联支路数a7.相带：60度相带将一个磁极分成m份，每份所占电角度 120度相带将一对磁极分成m份，每份所占电角度8.极相组将一个磁极下属于同一相（即一个相带）的q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）。9.线圈组数 = 线圈个数/ q例：下图是一台三相同步发电机的定子槽内导体沿电枢内圆周的分布情况，已知2p=4,电枢槽数Z=24,转子磁极逆时针方向

3、旋转，试绘出槽电动势星形图。解：先计算槽距角： 设同步电机的转子磁极磁场的磁通密度沿电机气隙按正弦规律分布，则当电机转子逆时针旋转时，均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力线，感应出电动势。由于各槽导体在空间电角度上彼此相差一个槽距角，因此导体切割磁场有先有后，各槽导体感应电动势彼此之间存在着相位差，其大小等于槽距角。 从槽电动势星形图上我们可以看出： 槽电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度3600，即一对磁极的距离。所以，112号相量和1324重合。一般来说,当用相量表示各槽的导体的感应电动势时,由于一对磁极下有Z/P个槽,因此一对磁极下的Z/P个槽电动势相量均匀分布在3600的范围内,构成一

4、个电动势星形图.二、三相双层绕组1、特点：每个槽内放置上下两个线圈边线圈个数等于槽数（定子）线圈组个数 = 每相线圈组数每个线圈匝数为=每槽导体数/2每个线圈组的匝数为*q每相串联匝数N=（即每极每条支路的匝数）2、优点： 可采用短距，改善电动势、磁动势的波形线圈尺寸相同，便于绕制端部排列整齐，利于散热机械强度高3、分类叠绕组相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上主要缺点在于：嵌线较困难，特别是一台电机的最后几个线圈；线圈组间连线较多，极数多时耗铜量较大。一般10KW以上的中、小型同步电机和异步电机及大型同步电机的定子绕组采用双层叠绕组。波绕组两个相连接的线圈成波浪式前进例：三相交流

5、电机Z=24，2p=4，试绘制a=2的三相双层叠绕组展开图。解：（1）先计算：（2）画出电动势星形图（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成一个线圈组则A相可得四个线圈组，分别为1-2，7-8，13-14，19-20。同理B、C两相也各有4个线圈组。四个线圈组的电动势的大小相等，但同一相的两个相带中的线圈组电动势相位相反 .叠绕组展开图三、三相单层绕组1、特点：每个槽内只有一个线圈边线圈个数等于Q1/2线圈组个数= Q1/2q每相线圈组的个数= p （60相带时）每个线圈匝数Nc=每槽导体数每个线圈组的匝数qNc每相串联匝数N=每相总的串联匝数/a = pqNc

6、/ a = 定子总导体数/2ma（ 即每条支路的匝数）2、优点： 嵌线方便槽的利用率高不能做成短距（电气性能）波形差3、分类同心式绕组由不同节距的同心线圈组成链式绕组由相同节距的同心线圈组成交叉式绕组采用不等距的线圈组成，节省铜线4.2交流电机绕组的电动势一、一根导体的电动势1.电动势频率：2.电动势波形：由e=BLV可知，由气隙磁密沿气隙分布的波形决定； 3.基波电动势大小： 式中：为每个磁极基波电动势的大小。二、线匝电动势及短矩系数 ，短矩系数： 三、线圈电动势设线圈为Nc匝数，则有：四、线圈组电动势及分布系数 q个线圈组成，集中绕组： 分布绕组：分布系数： 绕组系数： 五、 相电动势和线

7、电动势1. 设一相绕组的串联匝数为N（即一条支路的串联匝数）则一相的感应电动势 对于单层绕组，因为每相有p个线圈组所以每相串联匝数N = 对于双层绕组，因为每相有2p个线圈组所以每相串联匝数N = 式中:a为并联支路数若已知定子槽数为，每槽导体数为Z，则电机总导体数为，电机总匝数为每相全部线圈串联匝数为，每相支路串联匝数N=2. 线电动势（星接时，角接时=）六、感应电动势中的高次谐波因为磁场波形相对于磁极中心线左右对称，所以谐波磁场中无偶次谐波，故=3，5，7，9，111、谐波电动势谐波磁场的极对数：p =p p基波磁场的极对数谐波磁场的极距： =/ 基波磁场的极距谐波磁场的槽距角：d =d

8、基波磁场的槽距角谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（同步转速）谐波感应电动势的频率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1谐波感应电动势的节距因数kpv 谐波感应电动势的分布因数kdv谐波感应电动势的绕组因数kwv= kpv kdv谐波电动势（相值）Ev = 4.44 fNRwrr2、齿谐波电动势齿谐波谐波次数v与一对极下的齿数Q1/p具有特定关系的谐波即v = Q1/p1=2mq1的谐波齿谐波的特点kWV（V=2mq1）= kW13、谐波的相电动势和线电动势E = ELEL中三次及3的倍数次谐波。因为3k次谐波电动势同相位、幅值相同，所以星接时线电动势为零角接时产生

9、环流，环流产生的压降恰好被抵消。4.谐波的弊害. 使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加，从而影响用电设备的运行性能干扰临近的通讯线路七、消除谐波电动势的方法因为Ev=4.44fNRwvv所以通过减小KWr或r可降低Er1. 采用短距绕组 基波f次谐波 则 取 消除次谐波电势例如：5、7次谐波，选2. 采用分布绕组，降低。3. 改善主磁场分布4. 斜槽或斜极5. 其他措施4.3 交流电机绕组的磁动势电机是一种利用电磁感应原理进行机电能量转换装置，而这种能量转换必须有磁场的参与，因此，研究电机就必须研究分析电机中磁场的分布及性质,不论是定子磁动势还是转子磁动势，它们的性质都取决于产生它们的电流的类

10、型及电流的分布，而气隙磁通则不仅与磁动势的分布有关，还和所经过的磁路的性质和磁阻有关。同步电机的定子绕组和异步电机的定、转子绕组均为交流绕组，而它们中的电流则是随时间变化的交流电，因此，交流绕组的磁动势及气隙磁通既是时间函数，又是空间的函数。一、整距集中绕组的磁动势设气隙均匀，通以正弦交流电流，Nc匝，则 每个气隙上的磁动势为：结论：波形：矩形波； 脉动磁动势：空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势。分解： 其中：用电角度表示的空间距离。 基波磁动势的幅值： 次谐波磁势的幅值： 基波磁动势的性质：按正弦规律变化的脉动磁动势。二、分布绕组的磁势1.整距分布绕组的磁势（q个） 2.双层短矩分布绕组的基波磁动势 三、单相绕组的磁动势相电流为I、每相串联匝数N、绕组并联支路数a、则单相磁动势为：单相脉动磁动势的分解 结论：两个磁动势的性质：圆形旋转磁动势； 幅值为单相磁动势幅值的一半； 转速： 即：一个脉动磁势可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的圆形旋转磁动势。四、通有对称的三相电流时三相绕组的磁动势1、圆形旋转磁动势数学法： 分解后相加的三相合成磁动势为：