第二篇 交流电机绕组电动势和磁动势

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电机学,Electrical Machinery,1,第五章,交流电机绕组及其感应电动势,第六章,交流绕组的磁动势,2,同步：,主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机。,异步：,主要作为电动机，有时也作发电机。,上述两大类交流电机虽然,激磁方式,和,运行特性,有很大差别，,但电机,定子,中发生的,电磁现象,和,机电能转换的原理,却基本上,是相同的，因此存在许多共性问题，可统一进行研究。,交流电机分：,3,4,第五章,交流电机绕组及其感应电动势,第六章,交流绕组的磁动势,5,第一节,交流绕组构成的基本知识,第二节,三相交流绕组连接实例,第三节,正弦磁场下相绕组感应电动势,6,第一节,交流绕组构成的基本知识,第二节,三相交流绕组连接实例,第三节,正弦磁场下相绕组感应电动势,7,一.,构成三相交流绕组的基本要求,（1）,三相绕组产生的基波电动势和磁动势应对称（即大小相等、,相位互差120电角度，三相绕组的阻抗值相同）。,（2）,在导体数一定的条件下，力求获得尽可能大的基波电动势，,尽可能减少谐波，使电机电动势、磁动势呈正弦波形。,（3）,用铜（铝）量少，尽量节省材料。,（4）,绕组结构上要保证绝缘性能、机械强度、散热条件等满足,条件，且制造工艺简单、便于维修。,8,二.,三相绕组构成的概念和几个定义,1.,线圈及其节距,每相绕组由若干线圈按一定连接规律构成。由铜（铝）导线,制成的成型线圈有,叠绕组,和,波绕组,两种。,9,极距,绕组节距,y,式中：,Q,-电机槽数；,p,-电机极对数；,10,2.,机械角度与电角度,交流电机铁心内圆几何上表示为,360,，称为,机械角度,360,或,2,弧度。,每对磁极的磁场（,N,极和,S,极）呈现一个周期，因此磁场,一对极所占有的空间，记为占有,360,空间,电角度,。,若电机有,p,对极：,p,机械角度=空间电角度,11,3.,槽距角,与导体电动势时间相位,相邻槽之间的电角度 ，称为槽距角,。,式中：,p,-极对数；,Q-定子槽数。,12,4.,每极每相槽数,q,及相带,式中：,p,-极对数；,m,-相数。,每极每相槽数,每极下每相所占有的区域称为相带 。,60,相带：,13,三.,三相绕组的构成,将,60,相带绕组每对极下的六等分，依次命名为,A,、,Z,、,B,、,X,、,C,、,Y,，则,A,和,X,相带内的全部导体属于,A,相，,B,和,Y,相带内的全部导体属于,B,相，,C,和,Z,相带内的全部导体属,于,C,相。,在属于同相的槽中嵌放同相的线圈，并按取得尽可能大电,动势的原则连接线圈，即构成相绕组。,14,第一节,交流绕组构成的基本知识,第二节,三相交流绕组连接实例,第三节,正弦磁场下相绕组感应电动势,15,一.,三相单层绕组,例：,Q,=24,2,p,=4的电机铁心，连接三相60相带的交流绕组。,1.,基本计算,16,2.,作A相绕组展开图,17,4.,改变线圈端接线得到的三相单层绕组的其它形式,18,19,二.,三相双层叠绕组,例：,Q,=24,2,p,=4的电机铁心，连接三相双层绕组。,1.,基本计算,20,2.,作A相展开图,21,三.,三相双层短距波绕组连接特点,例：,Q,=36，2,p,=4，m=3， 的三相双层短距波绕组。,22,第一节,交流绕组构成的基本知识,第二节,三相交流绕组连接实例,第三节,正弦磁场下相绕组感应电动势,23,、,导体感应电动势,E,C,24,25,26,二、,线圈感应电动势,E,y,和节距因数,K,p1,27,28,K,p1,称节距因数，表示线圈采用短距后感应电势较整距时,应打的折扣。,29,三、,线圈组感应电动势,E,q,和分布因数,K,d1,每极下每相有一个线圈组，线圈组由,q,个线圈组成，且每个,线圈互差,电角度。,30,q,个线圈分布在不同槽内，使其合成电动势小于,q,个集中线圈,的合成电动势，所以,K,d1,1,分布因数,K,d1,可理解为各线圈分布排列后感应电势较集中排,列时应打的折扣。,31,四、,相绕组电动势,E,ph,32,求出相电势后，根据“星”或“角”的接法，可求出线电势。,对三角形连接：线电势=,对星形连接：线电势=,33,第五章作业,P96,5-2,，,5-7,34,第五章,交流电机绕组及其感应电动势,第六章,交流绕组的磁动势,35,第一节,单相绕组的磁动势-脉振磁动势,第二节,三相绕组基波合成磁动势-圆形旋转磁动势,36,第一节,单相绕组的磁动势-脉振磁动势,第二节,三相绕组基波合成磁动势-圆形旋转磁动势,37,一、,整距线圈的磁动势,一台两极电机，设定子上有一整距线圈,AX,，匝数,N,C,，当通,入交流电,i,c,时，电流方向如图所示，（瞬时方向）由右手定则,决定磁场方向，由全电流定律：作用于任何一闭合回路的磁势,等于它所包围的全电流。,38,（1）,将磁力线出转子进定子作为磁势正方向。取绕组轴为纵坐,标,y,，在 范围内，磁力线向上为正值；在 范,围内，磁力线向下为负值，即沿铁心内圆磁动势,f,c,呈矩形分布。,因磁力线两次通过气隙，如不计铁磁材料中的磁压降，则磁,势,N,C,i,c,全部消耗在气隙中，经过一次气隙，消耗磁势为,0.5,N,C,i,c,。,（2）,磁动势,f,c,幅值按电流的变化规律在正、负幅值间脉动，而,磁动势的突变点（电流所在位置）固定不变。,这种幅值大小随电流变化规律在正、负幅值间脉动，而空间,位置固定不变的磁动势，称为,脉振磁动势,。,39,基波表示式：,按照傅里叶级数分解的方法可以把矩形波磁势分解为基波和,一系列的谐波之和；,其中：,40,基波表示式：,整距线圈磁动势的基波，空间呈余弦分布（ ）；幅值,F,1,为矩形波幅值的 倍；其波幅和波节位置固定不变；整,个余弦波按电流的变化规律（ ）脉振。这种波在物理,上称为,驻波,。,41,谐波表示式：,整距线圈磁动势的各次谐波，空间呈余弦分布（ ）；,幅值为基波幅值,F,1,的 倍；,整距线圈的磁动势空间呈矩形波分布，随时间按电流的,变化规律改变大小，是时间、空间函数、可以分解为基波,和一系列谐波磁动势之和。,42,二、,线圈组磁动势,1.,整距线圈组磁势,以,q,=3的整距线圈组为例：,每个线圈磁势大小相等，所以,不同的仅是每个线圈在空间相隔,的,电角度。,所以,q,个线圈组成线圈组时，合,成磁势并不等于每个线圈电势的,q,倍，而是等于个线圈电势的矢量和。,43,线圈组合成磁动势基波幅值：,线圈组合成磁动势,v,次谐波磁动势幅值：,44,三、,双层短距线圈组的磁动势,将上、下层整距线圈组磁动势,基波用 表示，求得双层,整距线圈组磁动势的基波幅值：,其中：,K,p1,为短距系数。,45,四、,相绕组磁动势及其性质,由于每对极下的磁动势和磁阻组成一个对称的分支磁路。,所以一相绕组的磁势是指每对极下一相绕组的磁势。即一,个线圈组的磁势。,对于单层绕组，为,qN,C,所产生的磁势；,式中：每相磁动势基波幅值为：,46,对于双层绕组，为,2,qN,C,所产生的磁势；,式中：每相磁动势基波幅值为：,47,单相绕组磁动势基本性质：,（1）,单相绕组磁动势是空间呈阶梯形分布，随时间按电流的,变化规律交变的脉振磁动势，是时间和空间的函数。,（2）,此脉振磁动势包含着基波和一系列谐波，基波和各次谐,波空间均呈余弦分布，均按通入电流的频率脉振。,（3）,脉振磁动势的幅值为 ，且此振幅处于该,相绕组轴线处，位置固定。,（4）,谐波次数越高，谐波磁动势幅值越小。采用绕组分布、,短距可以削弱谐波分量。,48,第一节,单相绕组的磁动势-脉振磁动势,第二节,三相绕组基波合成磁动势-圆形旋转磁动势,49,单相绕组的磁势为,脉振磁势,。将三个单相磁势相加，即得,三相绕组的合成磁势。用,图解法,和,解析法,两种方法进行分析。,一、,基波圆形旋转磁动势概念,1.,图解法证明,三相对称电流通入三相对称绕组。,(1),电流瞬时值为正值，则相绕组首端A、B、C导体中电流,用“”表示，尾端X、Y、Z导体中电流用“”表示 。,(2),按右手螺旋规则，正方向电流的相磁动势与相轴正方向,一致，负方向电流的相磁动势与相轴正方向相反。,(3),相磁动势的幅值总是在相轴线，且幅值大小正比于电流。,50,(1),电流瞬时值为正值，则相绕组首端A、B、C导体中电流,用“”表示，尾端X、Y、Z导体中电流用“”表示 。,(2),按右手螺旋规则，正方向电流的相磁动势与相轴正方向,一致，负方向电流的相磁动势与相轴正方向相反。,(3),相磁动势的幅值总是在相轴线，且幅值大小正比于电流。,51,52,53,54,二、,用数学去分析三相合成基波磁动势,55,56,57,(1),三相合成基波磁动势 是一个旋转磁动势，,其幅值 恒定，是单相脉振磁动势幅值的,1.5,倍。,以空间相量表示时，相量端点轨迹为圆，故称圆形旋转磁场。,(2),转向和转速。观察正波幅瞬时所在位置，可以求取转向、,转速。若要改变三相合成旋转磁动势的转向，只需改变通,入三相绕组的电流相序。,(3),幅值的瞬时位置。当三相电流中某相电流瞬时值达最大,值时，三相合成磁动势基波正幅值到达该相绕组轴线处。,58,三、,三相绕组的高次谐波磁动势,1.,3,次及,3,的倍数次谐波磁动势（,v,=3,k,，,k,=1,2,3,）,59,2.,5,次及,v,=6,k,-1,（,k,=1,2,3,）次谐波磁动势,60,3.,7,次及,v,=6,k,+1,（,k,=1,2,3,）次谐波磁动势,61,第六章作业,P112,6-4,62,