新交流电机绕组的基本理论-课件

交流交流电电机理机理论论的共同的共同问题问题电电气工程及其自气工程及其自动动化化 电电机学机学 20131-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery主要内容主要内容l交流交流绕组绕组的构成原的构成原则则和分和分类类l三相双三相双层绕组层绕组（难难点点）l气隙磁气隙磁场场正弦分布正弦分布时时交流交流绕组绕组的感的感应电动势应电动势（重点重点）l感感应电动势应电动势中的高次中的高次谐谐波波l通有正弦通有正弦电电流流时单时单相相绕组绕组的磁的磁动势动势（难难点点）l通有通有对对称三相称三相电电流流时时三相三相绕组绕组的磁的磁动势动势（重点重点）2-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery分析思路分析思路三三相相交交流流绕绕组组感感应应电电动动势势脉脉振振磁磁动动势势旋旋转转磁磁动动势势3-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery交流交流绕组绕组的基的基础础知知识识1.交流交流绕组绕组的构成原的构成原则则2.交流交流绕组绕组的分的分类类3.三相交流三相交流绕组绕组模型模型4.三相交流三相交流绕组绕组的的线线圈圈5.三相交流三相交流绕组绕组构成构成6.三相交流三相交流绕组绕组的的术语术语7.三相双三相双层层叠叠绕组绕组基基本本概概念念4-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery交流交流绕组绕组的构成原的构成原则则1.电动势电动势和磁和磁动势动势的波形要尽量接近的波形要尽量接近正弦波正弦波，谐谐波含波含量要尽量小。量要尽量小。2.三相三相绕组绕组的的电动势电动势、磁、磁动势动势要要对对称称，电电阻、阻、电电抗要抗要平衡。平衡。3.绕组绕组利用率利用率要高。在要高。在绕组绕组用用铜铜量一定量一定时时，要，要获获得得较较大的基波大的基波电动势电动势和磁和磁动势动势；在；在电动势电动势、磁、磁动势动势要求要求一定一定时时，用，用铜铜量要量要节节省，省，铜铜耗要小。耗要小。4.绝缘绝缘可靠，机械可靠，机械强强度高，散度高，散热热条件好，制造方便。条件好，制造方便。5-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery交流交流绕组绕组的分的分类类l按按绕绕法分法分类类叠叠绕组绕组、波、波绕组绕组l按槽内按槽内层层数分数分类类单层绕组单层绕组、双双层绕组层绕组l按相数分按相数分类类单单相相绕组绕组、三相三相绕组绕组、多相、多相绕组绕组l按每极每相槽数分按每极每相槽数分类类整数槽整数槽绕组绕组、分数槽、分数槽绕组绕组6-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相交流三相交流绕组绕组模型模型A相相轴轴CABZYXB相相轴轴C相相轴轴ABC7-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery8-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定子内圆总槽数为Z，定子内圆直径为D9-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery10-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery11-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery注意：空间电角度（弧度）和时间电角度（弧度）相等，没有区别。电机圆周的几何角度恒为360，这称为机械角度。从电磁观点来看，若电动机的极对数为p，则每经过一对磁极，磁场就变化一周，相当于360电角度。12-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery13-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery5）极距 沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法：1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米；2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；3）用空间电角度表示；14-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery线圈的节距6）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一般用槽数表示。如图8-3所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。整距绕组：y 短距绕组：y，端接较长，较少采用。15-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相交流三相交流绕组绕组的的线线圈圈节节距距y1=：整距：整距线线圈圈节节距距y1：长长距距线线圈圈叠叠绕组线绕组线圈圈波波绕组线绕组线圈圈y1y116-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery叠叠绕组线绕组线圈圈多匝多匝线线圈圈单单匝匝线线圈圈散散嵌嵌线线圈圈成成型型线线圈圈17-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相交流三相交流绕组绕组构成构成1个个线线圈圈(Nc匝匝)1个个线线圈圈组组(q个个线线圈圈)1相相绕组绕组(2p个个线线圈圈组组)单单匝匝线线圈圈(2根根导导体体)1根根导导体体AXNc=4q=32p=21相相绕组总绕组总匝数匝数2pqNc极相极相组组18-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery7）槽间角 相邻两槽相隔的空间电角度称为槽间角，用表示。当总槽数为Z，极对数为p时，槽间角为 导体在空间上有相位差，造成了它在时间上有相同的相位差。Z为电为电机槽数机槽数槽槽距距角角：相相邻邻两两槽槽之之间间的的机械角度。机械角度。19-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery8.8.槽槽电动势电动势星形星形图图各槽各槽导导体感体感应电动势应电动势大小相等，相大小相等，相邻邻槽槽导导体体电动势电动势相相位差相同。将各槽位差相同。将各槽导导体体电动势电动势相量画在一起，相量画在一起，组组成一成一个星形，称个星形，称为为槽槽电动势电动势星形星形图图。20-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery9、相相带带指每极下每相所占的区域。指每极下每相所占的区域。为了使绕组对称，通常令每个极面下每相绕组所占的范围相等，这个范围称为相带。即：每极下每相所占有的区域称每极下每相所占有的区域称为为相相带带。有600相带 和1200相带两种。一般采用600相带。这这种分法可以保种分法可以保证证三相感三相感应电动势对应电动势对称，称，且合成且合成电动势较电动势较大，是常用的方法。大，是常用的方法。120分法分法获获得的得的电动势较电动势较小，不常用。小，不常用。21-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl120相带l60相带22-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery9）相带称为60度相带绕组。每一极的电枢表面分为三等分，每相占一等份，每一等份为一个相带。因为每个磁极占有的电角度是180，所以对三相绕组而言，每相占有60的电角度，称为60相带。23-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相交流三相交流绕组绕组的的术语术语l相数：相数：m=3l槽数：槽数：Z=36l极数：极数：2p=4l极距：极距：=Z/2p=9（槽）（槽）l每极每相槽数：每极每相槽数：q=Z/2mp=/m=3（槽）（槽）l机械角度：机械角度：实际实际几何角度几何角度l电电角度：角度：电电角度角度=p机械角度机械角度l槽距机械角度：槽距机械角度：0=360/Z=10l槽距槽距电电角度：角度：=p360/Z=2024-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery槽槽电动势电动势星形星形图图与与绕组绕组相相带带60相相带绕组带绕组25-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery槽槽电动势电动势星形星形图图与与绕组绕组相相带带60相相带绕组带绕组120相相带绕组带绕组26-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相单层绕组（1）三相单层集中整距绕组例如一台p=1，m=3,q=1的电机，则每极每相槽数 q=Z/2pm=1(集中绕组)，电枢槽数Z=6，取节距y=Z/2p=3(整距),电动势规定正方向27-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery步步骤骤：画槽画槽电动势电动势星形星形图图；分相；分相；构成构成线线圈；圈；构成构成线线圈圈组组；画画绕组绕组展开展开图图。28-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相对称电动势呢？可以作三相绕组电动势相量的方法来说明。因槽间角 电角度，若规定导体电动势穿出纸面为正，所示瞬间1槽导体电动势为正的最大，当转子转过 角后，2槽导体电动势才最大，因此2槽导体电动势落后于l槽导体电动势 60度电角度，这样依次作出相差 电角度的所有槽导体基波电动势相量，所得的相量图称为槽电动势星形图。电动势规定正方向1）做槽电动势星形图29-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery槽电势星形图：1槽导体与4槽导体串联组成的整距线圈构成A相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽导体电动势的相量差，如图所示，由图可知三相绕组的基波电动势为三相对称电动势。30-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery为了表示各线圈的位置和连接，通常采用所谓绕组展开图，它是把定子沿轴向剖开，然后把它展开，每一槽用一直线表示，槽上编以号码，按照节距连成线圈，这就是 最简单的三相单层集中整距绕组展开图。2）三相单层集中整距绕组绕组展开图按照需要，三相绕组可以连成星形或三角形，星形联结；若接成三角形，则按AZ、BX、CY或AY、BZ、CX连接然后由A、B、C引出。31-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery若连成单层绕组，其绕组排列如图所示。123456AXBYCZ32-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的电动势波形不好，而且由于绕组集中，运行时发热集中，散热不良，再加上电枢表面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。33-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相单层绕组（2）三相单层整距分布绕组以例说明绕组槽电动势星形图及展开图的作法：一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,m=3,绘制三相单层分布绕组的电动势星形图及绕组展开图。34-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery步步骤骤：画槽画槽电动势电动势星形星形图图；分相；分相；构成构成线线圈；圈；构成构成线线圈圈组组；画画绕组绕组展开展开图图。35-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1）作槽电势星形图36-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相单层绕组规定电动势穿出纸面为正，则在图所示位置，1槽导体电动势为正的最大，依次作出其它槽导体的电动势相量，如图所示,由于是两对极，电动势星形重复两圈,一般地说,p对极电机，电动势星形重复p圈。37-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery2 三相单层绕组2）分相所谓分相，就是按每极每相槽数q，把各槽电动势相量所属的槽号具体分配到各个相，分相的原则是应使每相电动势最大，且三相电动势对称。38-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery2 三相单层绕组2）分相以A相为例，由于q=2，故每个极下A相有2槽，整个电机A相共有8槽，若在第一个N极下取1、2槽作为A相带，为使合成电动势最大，应将第一个S极下的7、8槽也划归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则为X相带。39-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相单层分布绕组1）画出槽展开图。即以24根等距直线表示24槽，并在旁边标以槽号。2）根据槽电动势星形图，把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带，每个相带有q(2)个槽。3）把槽中导体连成线圈。单层绕组只能将不同极性下同一相的槽导体组成线圈，如A相只能把A相带与X相带的槽内导体连成线圈，在连接时，导体间连接的先后次序对合成电动势并无影响，因此连接方法有好几种。3）绘制绕组展开图40-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3.绘制绕组展开图(三相单层分布叠绕组)41-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery例：一台交流例：一台交流电电机定子槽数机定子槽数Z=36，极数，极数2p=4，并，并联联支路数支路数a=1，试绘试绘制三相制三相单层绕组单层绕组展开展开图图。步步骤骤：画槽画槽电动势电动势星形星形图图；分相；分相；构成构成线线圈；圈；构成构成线线圈圈组组；画画绕组绕组展开展开图图。42-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery43-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery2 三相单层绕组连接的原则是应使串联的线圈组电动势相加，而且各条支路的电动势应相等。一相的各线圈组可以串联，也可以并联，或一半线圈组串联后再并联。若为串联，支路数a=1，为使线圈组的电动势相加，为顺向串联，即按“尾接头”连线，而反向串联，即按“尾接尾”或“头接头”接线。同一绕组，如用串联，则每相感应电动势可较大，允许通过的相电流小；如用并联，每相感应电动势减小，允许通过的相电流则增大。根据电压和电流的要求把一相的各个线圈组连成一相绕组 44-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery45-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery2 三相单层绕组单层叠绕组：图中，A相带中的l槽和2槽导体分别与X相带的7槽和8槽导体组成两个整距线圈，它们串联后形成一个线圈组(也称极相组)。一般说，这种连接，一个线圈组由 q个线圈组成，一对极每相有一个线圈组，p对极电机一相有p个线圈组，由于一个线圈组的q个线圈端部相叠，故称单层叠绕组。这种连接的端接长，费铜线。46-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery（4）三相单层绕组的不同端接形式链式绕组：图 中线圈的节距y5，即节距为l一6，端接较短，可节省铜线，常用于4极、6极及部分8极的小型电机，由于各线圈的捧列形如长链，故称链式绕组。同心绕组：两个线圈的节距不相等，它的特点是同一相线圈端部不交叠，布置和嵌线方便，常用于小型两极异步电机，由于是一个线圈套着一个线圈，同一组的几个线圈是“同心”的，故称同心式绕组。47-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery链式绕组绕组的不同 端接方式三相单层链式绕组展开图（A相）48-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery同心绕组绕组的不同 端接方式不同的端接形式会改变绕组的节距，但不会改变其感应电动势49-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery2 三相单层绕组讨论：链式、同心式绕组，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边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。50-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组1）可以选择有利的节距，并可同时采用分布的办法来改善电动势和磁动势波形。2）可以组成较多的并联支路。3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。所以现代10kW以上的三相交流电机，其定子绕组均采用双层绕组。双层绕组双层绕组的优点双层绕组的分类三相双层绕组有叠绕组和波绕组两种。51-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组双层叠绕组首先进行计算：某交流电机定子绕组的Z24，p=2，m=3，采用短距，且y=5，（节距为16），试作出线圈电动势的星形图及绕组展开图。（节距为16），52-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery53-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery 绘制线圈电动势相量图并分相54-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组3.画绕组展开图1）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，如图所示。2）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。55-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组3）绘制线圈电动势相量图 对于双层绕组，其线圈数等于槽数，由于每个线圈两个边放在相距节距y的两个槽内，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，所得线圈电动势相量图仍为相差 电角度的星形图，仅仅是相量长短不同以及因选择的节距不同相量图移动了一个不同的角度，由于本例有相同的槽数和极数，所以的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。56-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery做绕组展开图并分相（双层叠绕一相）57-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery根据线圈的节距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7槽下 层边构成一个线圈，这两个线圈串联形成一个线圈组。同样可作出以相其它相带的线圈组，一相共有2p个线圈组，本例 中一相有4个线圈组。同理可作出B、C相的线圈组(图中未画出)。58-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组4）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。图(a)为串联连接支路数a=l。图(b)为一半线圈组串联后再并联的连接示意图，其支路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。59-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组双层叠绕组图 三相双层绕组展开图（a=1）60-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery3 三相双层绕组双层叠绕组图8-12 三相双层绕组展开图（a=2）61-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery例例：一台三相四极36槽电机，试绘出槽电势星形图及划 分相带。62-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery步步骤骤：画槽画槽电动势电动势星形星形图图；分相；分相；构成构成线线圈；圈；构成构成线线圈圈组组；画画绕组绕组展开展开图图。63-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1 1、绘绘槽槽电势电势 星形星形图图64-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery2 2、划分相、划分相带带 以A相为例，A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A相共有12个槽，为使合成电势最大，在第一个N极下取1 1、2 2、3 3三个槽作为A相带，在第一个S极下取1010、1111、1212三个槽作为X相带，1、2、3三个槽相量间夹角最小，合成电势最大，而10、11、12三个槽分别于1、2、3三个槽相差一个极距，即相差1800电角度，这两个线圈组（极相组）反接以后合成电势代数相加，其合成电势最大。同理将1919、2020、2121和2828、2929、3030也划为A相，然后把这些槽里的线圈按一定规律连接起来，即得A相绕组。65-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery在第一个N极下取1、2、3三个槽作为A相带，在第一个S极下取10、11、12三个槽作为X相带,第二对极下19、20、21作为A相带，28、29、30作为X相带。66-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery 也 可 采 用1200相带绕组。因1200相带合成电势较600相带合成电势小，所以一般采用600相带绕组。67-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery绘制绕组展开图的步骤是：a、绘槽电势星形图 b、划分相带 c、把各相绕组按一定规律连接成对称三相绕组。四、四、绘绘制制绕组绕组展开展开图图 根据线圈的形状和连接规律，双层绕组可分为叠绕组和波绕组两种叠绕组线圈波绕组线圈68-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1 1、叠、叠绕组绕组 两个相邻的线圈后一个叠在前一个上面称为叠绕组。绘制四极三相36槽的双层叠绕组展开图。绘制槽电势星形图和相带划分同上，按y1=7绘制相带A Z B X C Y第一对极1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18第二对极19，20，2122，23，2425，26，2728，29，3031，32，3334，35，36各个相带槽号分布 69-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery 按相邻极下电流必须相反的原则，将各极相组连接起来，构成相绕组，图中实线为上层边，虚线为下层边。由由于于N N极极下下的的极极相相组组A A与与S S极极下下的的极极相相组组X的的电电动动势势方方向向相相反反，电电流流方方向向也也相相反反，应应将将极极相相组组A A和和极极相相组组X X反相串反相串联联。由于每相的极相组数等于极数，所以双层叠绕组的最多并联支路数等于2P如上例中有4极4个极相组，所以最多并联支路数 a=4实际支路数通常小于2P，且2P必须是a的整数倍。70-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery71-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相双三相双层层叠叠绕组绕组72-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery双双层层叠叠绕组绕组展开展开图图(y1=7,a=2)。AX73-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric MachineryXAA并并联联支路数支路数a(不同于直流机的不同于直流机的a=)123101112192021282930101112123282930192021AXXa=1电压电压高高电电流小流小a=2a=4电压电压低低电电流大流大每条并每条并联联支路支路总总匝数匝数N2pqNc/a10111212328293019202174-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery双双层层叠叠绕组绕组A相展开相展开图图(y1=7,a=2)。双层叠绕组每相有2p（极数）个线圈组，每相最大并联支路数 amax=2p75-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery叠绕组展开图76-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery77-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery叠叠绕组绕组的的优优点是点是:短距时能节省端部用铜及得到较多的并联支路，缺点是线圈组间连接线较长，在线圈组较多时浪费铜材，主要用于10千瓦以上的交流电机定子绕组。78-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1.正弦分布正弦分布的气隙磁的气隙磁场场2.一根一根导导体的感体的感应电动势应电动势3.单单匝整距匝整距线线圈的感圈的感应电动势应电动势4.一个一个整距整距线线圈圈的感的感应电动势应电动势（Nc匝）匝）5.一个一个短距短距线线圈圈的感的感应电动势应电动势（y1）6.一个短距一个短距线线圈圈组组的感的感应电动势应电动势（q个个线线圈）圈）7.一相一相绕组绕组的感的感应电动势应电动势（2p个个线线圈圈组组）8.三相三相绕组绕组的感的感应电动势应电动势气隙磁气隙磁场场正弦分布正弦分布时时交交 流流绕组绕组的感的感应电动势应电动势重点，重点，记忆记忆79-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery分析思路分析思路单单根根导导体体电电动动势势单单匝匝线线圈圈电电动动势势一一个个线线圈圈电电动动势势线线圈圈组组电电动动势势相相绕绕组组电电动动势势80-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery两极同步两极同步发电发电机模型机模型正弦分布的气隙磁正弦分布的气隙磁场场81-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric MachineryOt360180e1一根一根导导体的感体的感应电动势应电动势82-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric MachineryOt360180e1同步同步转转速速 synchronous speed极极对对数数123同步同步转转速速300015001000f=50Hz83-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric MachineryOt360180e1一根一根导导体体电动势电动势的有效的有效值值bO2B1Bav84-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric MachineryE”1整距整距线线圈的感圈的感应电动势应电动势y1=E”1E1E1-E”1Ec1NS一个整距一个整距线线圈如果有圈如果有Nc匝：匝：85-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric MachineryE”1短距短距线线圈的感圈的感应电动势应电动势y1E”1E1E1NS一个一个短距短距线线圈如果有圈如果有Nc匝：匝：-E”1Ec1基波基波节节距因数距因数pitch factor86-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery线线圈圈组组的感的感应电动势应电动势集中集中线线圈圈q个个线线圈圈分布分布线线圈圈q个个线线圈圈87-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery线线圈圈组组的感的感应电动势应电动势基波分布因数基波分布因数distribution factor基波基波绕组绕组因数因数winding factor88-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery一相一相绕组绕组的感的感应电动势应电动势一个一个线线圈圈组组有有qNC匝：匝：一相一相绕组绕组每支路有每支路有N匝：匝：l双双层绕组层绕组：N=2pqNC/al单层绕组单层绕组：N=pqNC/a89-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相三相绕组绕组的感的感应电动势应电动势三角形三角形联结联结：星形星形联结联结：90-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery与与变压变压器的器的对对比比变压变压器相器相电动势电动势：交流交流电电机相机相电动势电动势：符号符号含含义义符号符号含含义义变压变压器器N1一相一相绕组绕组的的实际实际匝数匝数m主磁通主磁通幅幅值值交流交流电电机机Nkw1一相一相绕组绕组的的等效等效匝数匝数1每极每极磁通量磁通量91-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1.高次高次谐谐波波电动势电动势的的计计算算2.高次高次谐谐波波电动势电动势的的危害危害3.高次高次谐谐波波电动势电动势的的抑制抑制8.1.3 感感应电动势应电动势中的高次中的高次谐谐波波*92-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery高次高次谐谐波波电动势电动势的的计计算算bOb1bb3b593-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery高次高次谐谐波波电动势电动势的的计计算算相相电动势电动势：线电动势线电动势：连连接：接：连连接：接：abcEa3Eb3Ec3I3交流交流发电发电机一般采用机一般采用94-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery高次高次谐谐波波电动势电动势的危害的危害l使使发电发电机的机的电动势电动势波形波形变变坏坏，影响供，影响供电质电质量；量；l使使发电发电机机附加附加损损耗增加耗增加，效率降低，温升增高；，效率降低，温升增高；l使感使感应电动应电动机机产产生有害的生有害的附加附加转转矩矩和和损损耗；耗；l对对附近的通附近的通讯线讯线路路产产生生电电磁干磁干扰扰；l可能引起可能引起输电线输电线路的路的过电压过电压。95-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery高次高次谐谐波波电动势电动势的抑制的抑制l改善改善发电发电机机设计设计方案方案，使磁极磁，使磁极磁场场沿沿电电枢表面尽量呈正弦波枢表面尽量呈正弦波规规律分布；律分布；l发电发电机三相机三相绕组绕组采用采用连连接接；l采用采用短距短距绕组绕组；l采用采用分布分布绕组绕组。96-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery短距短距绕组绕组削弱高次削弱高次谐谐波波y1=y1=4/55次次谐谐波波电动势电动势最大最大5次次谐谐波波电动势为电动势为零零97-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery短距短距绕组绕组削弱高次削弱高次谐谐波波为为了同了同时时兼兼顾顾削弱削弱5次和次和7次次谐谐波波电动势电动势，一般取：，一般取：y15/698-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery短距短距绕组绕组削弱高次削弱高次谐谐波波kpy1/18/95/64/5110.9850.9660.951510.6430.25907-1-0.3420.2590.58899-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery分布分布绕组绕组削弱高次削弱高次谐谐波波kdq1234110.9660.960.958510.2590.2170.20571-0.259-0.177-0.158100-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1.前期知前期知识识回回顾顾2.本本节节分析的前提条件分析的前提条件3.一个整距一个整距线线圈的磁圈的磁动势动势（Nc匝）匝）4.一个整距一个整距线线圈圈组组的磁的磁动势动势（q个个线线圈）圈）5.一个短距一个短距线线圈圈组组的磁的磁动势动势（y1 0183-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery转转子磁子磁动势动势与气隙磁与气隙磁场场转转子磁子磁动势动势F2气隙磁气隙磁场场BmX2=0转转子磁子磁动势动势F2气隙磁气隙磁场场BmX2 0184-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery定子方：定子方：f1转转子方：子方：f2ns三相感三相感应电动应电动机机的内部的内部电电磁关系磁关系185-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相感三相感应电动应电动机机的磁的磁动势动势平衡方程式平衡方程式186-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery磁磁动势动势平衡方程式平衡方程式的的电电流表达式流表达式转转子反子反应应187-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery异步异步电动电动机的机的时时-空矢量空矢量图图188-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl三相异步三相异步电动电动机的机的电压电压方程方程l三相异步三相异步电动电动机的等效机的等效电电路路频频率率归归算算、绕组归绕组归算算精确等效精确等效电电路、相量路、相量图图、近似等效、近似等效电电路、路、简简化化等效等效电电路路三相异步三相异步电动电动机的基本方程机的基本方程和等效和等效电电路路补补充充189-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery三相异步三相异步电动电动机的机的电压电压方程方程190-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery转转子方物理量分析子方物理量分析转转子静止子静止时时：n=0，s=1，f2=f1E2=4.44f1N2kw2m，X2=2f1L2转转子旋子旋转时转时：n0，sU1U1R”2R2R2R2TmaxR2R”2TmaxU12smR2重点重点0Tes1228-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery异步异步电动电动机的起机的起动转动转矩矩绕线绕线型型转转子子229-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery电电磁磁转转矩的几种矩的几种计计算公式算公式简简化化定定义义基本基本参数参数230-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery不不稳稳定定运行区运行区稳稳定运行区定运行区9.2.2 异步异步电动电动机的机械特性机的机械特性根据：根据：nns（1-s）Tef（s）nf（Te）TenOnsTeTL稳稳定运行条件：定运行条件：感感应电动应电动机的机的稳稳定运行区定运行区域：从同步点到最大域：从同步点到最大电电磁磁转转矩一段。矩一段。231-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery机械特性机械特性232-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery9.2.3 异步异步电动电动机的工作特性机的工作特性前提条件前提条件U1U1N，f1fN 工作特性工作特性转转速特性：速特性：nf(P2)定子定子电电流特性：流特性：I1f(P2)功率因数特性：功率因数特性：cos1f(P2)电电磁磁转转矩特性：矩特性：Tef(P2)效率特性：效率特性：f(P2)P2Onf(P2)I1f(P2)I10cos1f(P2)Tef(P2)T0f(P2)233-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery异步异步电动电动机工作特性的求取机工作特性的求取1.直接直接负载负载法法：利于：利于负载实验负载实验，计计算工算工作特性，适用于中小容量的感作特性，适用于中小容量的感应电动应电动机；机；2.参数参数计计算法算法：在：在电动电动机参数已知的情机参数已知的情况下，利用等效况下，利用等效电电路，通路，通过过迭代方法，迭代方法，计计算工作特性和运行数据。算工作特性和运行数据。234-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery异步异步电动电动机的主要性能指机的主要性能指标标l额额定效率定效率N（75%95%）l额额定功率因数定功率因数cosN（0.750.92）l最大最大转转矩倍数矩倍数kT（1.63.0）l起起动转动转矩倍数矩倍数kst（1.63.0）l起起动电动电流倍数流倍数i*st（5.07.0）235-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery分析分析题题一台异步一台异步电动电动机，机，过载过载能力能力kT=1.6。当。当电电网网电压电压下降下降15时时，问问异异步步电电机能否正常运行？机能否正常运行？U1 15U185UNT2TeU12TmaxkTTN可正常运行可正常运行236-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl空空载试验载试验T20，nns，s0l堵堵转试验转试验T2很大，很大，n=0，s=19.3 异步异步电动电动机参数的机参数的测测定定目的：目的：确定等确定等效效电电路路中的各中的各个参数个参数237-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl试验试验目的目的确定激磁参数确定激磁参数Rm、Xm，铁铁耗耗pFe、机械机械损损耗耗p。l试验试验方法方法ffN转轴转轴上不上不带带任何机械任何机械负载负载，nnsU1=（1.11.2）UN0.3UN9.3.1 空空载试验载试验238-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery空空载试验载试验1.测测量量R12.逐点逐点测测量量U1、I10、P103.分离：分离：pFe、p+p+p 注：注：239-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery空空载试验载试验原理原理通通过过堵堵转试验转试验求得求得240-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl试验试验目的目的确定确定转转子子电电阻阻R2，定，定转转子漏子漏电电抗抗X1、X2。l试验试验方法方法转转子固定不子固定不动动I1k=(2.53.5）IN0.3IN注意：注意：电电流超流超过额过额定定值值时时，通，通电时间电时间要短，避要短，避免免绕组过热绕组过热被被烧烧坏。坏。9.3.2 短路短路试验试验（堵（堵转试验转试验）241-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery逐点逐点测测量：量：U1、I1k、P1k堵堵转试验转试验原理原理s1，对应对应的等效的等效电电路路为为：242-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery 对对大型感大型感应电动应电动机，机，Zm很大，忽略很大，忽略Im，认为认为激磁支路开路，激磁支路开路，这时这时：堵堵转试验转试验原理原理243-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery堵堵转试验转试验原理原理对对中小型感中小型感应电动应电动机：机：忽略忽略Rm244-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery堵堵转试验转试验原理原理转转子方参数均子方参数均为归为归算后的算后的值值245-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery注意：感注意：感应电动应电动机的机的漏抗与运行状漏抗与运行状态态有关有关RkXkZkOU1246-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery注意：感注意：感应电动应电动机的机的漏抗与运行状漏抗与运行状态态有关有关运行状运行状态态额额定运行定运行起起动动状状态态最大最大转转矩矩漏磁路特征漏磁路特征近似不近似不饱饱和和饱饱和和较饱较饱和和电压电压、电电流流特征特征U*11I*11U*11I*157U*11I*123定定转转子子漏抗特征漏抗特征大大小小较较小小247-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machinery1.感感应电动应电动机的起机的起动动2.感感应电动应电动机的机的调调速速3.感感应电动应电动机的制机的制动动(略略)9.4 三相异步三相异步电动电动机的机的 起起动动、调调速与制速与制动动248-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl起起动动方法方法直接起直接起动动电电枢回路串枢回路串电电阻器起阻器起动动降降压压起起动动l调调速方法速方法改改变电变电枢枢电压调电压调速速改改变电变电枢枢电电阻阻调调速速改改变变励磁励磁电电阻阻调调速速l制制动动方法方法能耗制能耗制动动、反接制、反接制动动、回、回馈馈制制动动复复习习：直流：直流电动电动机的机的起起动动、调调速、制速、制动动249-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl笼笼型感型感应电动应电动机的起机的起动动直接起直接起动动Y-D起起动动自耦自耦变压变压器起器起动动l绕线绕线型感型感应电动应电动机的起机的起动动转转子回路串子回路串电电阻器起阻器起动动l改善起改善起动动性能的其它方法性能的其它方法9.4.1 异步异步电动电动机的起机的起动动方法方法250-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl起起动转动转矩倍数矩倍数要大要大kstTst/TN l起起动电动电流倍数流倍数要小要小i*stIst/I1N 异步异步电动电动机起机起动动的基本要求的基本要求251-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl起起动电动电流倍数流倍数很大很大（57倍）倍）l起起动转动转矩倍数矩倍数不大不大（12倍）倍）异步异步电动电动机起机起动时动时的特点的特点252-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl操作操作：直接合：直接合闸闸l优优点点：操作：操作简单简单，不需附加起，不需附加起动设备动设备。l缺点缺点：起：起动电动电流倍数大，流倍数大，对电对电机和机和电电网的冲网的冲击击大。大。笼笼型异步型异步电动电动机的直接起机的直接起动动253-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric MachineryElectric Machineryl操作操作：三角形：三角形连连接的定子接的定子绕组绕组，在起在起动时动时改接改接为为星形。星形。l优优点点：操作、：操作、设备简单设备简单，可有效，可有效降低起降低起动电动电流倍数。流倍数。l缺点缺点：起：起动转动转矩倍数同矩倍数同时时减小，减小，只适合只适合轻载轻载起起动动。笼笼型异步型异步电动电动机机Y-降降压压起起动动254-交流绕组的基本理论交流绕组的基本理论Electric Machi