交流电机绕组的电动势和磁动势.ppt

第四章交流电机绕组的电动势和磁动势,4.1交流电机的工作原理、对绕组的基本要求,4.2交流电机绕组的绕制方法、电动势,4.3交流电机绕组的磁动势,主要内容：介绍交流同步电机和异步电机的工作原理；分析电枢绕组的绕制方法以及电动势的计算方法；分析电枢绕组产生磁动势的大小、波形、性质。,4.1交流电机的工作原理，对绕组的基本要求,异步电机,交流电机,同步电动机,同步电机,同步发电机,异步电动机,异步发电机,主要作为发电机，产生交流电能,用于大型而又不要求调速的生产机械,主要作为电动机，拖动各种生产机械,用的很少,一、交流电机的基本工作原理,（1）同步电机的基本工作原理,组成,定子,转子,定子铁心（电枢铁心）,定子绕组（电枢绕组）,转子铁心,主磁极,永久磁铁,励磁绕组：通以直流电流,以同步发电机为例说明其工作原理,原动机,水轮机,汽轮机,汽油机、柴油机,方向由右手定则确定导体感应电动势的瞬时实际方向,导体感应电动势的频率：每秒电动势变化的周期数,当同步发电机由原动机拖着主磁极以恒转速相对于定子逆时针旋转时，根据电磁感应定律，则与磁感应线、导体运动方向垂直的导体中感应电动势的大小用公式表示为,当电动机的定子三相绕组里通以频率为的三相交流电，则电机的转速为,当主磁极的极对数一定时，电机的转速和频率之间有着严格的关系，这种关系称为同步关系。,（2)异步电机的基本工作原理,组成,定子,转子,定子铁心（电枢铁心）,定子绕组（电枢绕组）,转子铁心,转子绕组,绕线式绕组:电线绕制而成,Y联接,滑环引出,外接电阻,鼠笼式,注：转子绕组是个自己闭合的短路绕组,鼠笼式转子,绕线式绕组,以三相异步电动机为例说明其工作原理,当三相绕组通以三相电流时，产生一个旋转磁场，转子上的导体切割磁力线，产生感应电动势，这里认为导体中的电流与感应电动势同方向，根据电磁力定律可知：与磁感应线、导体运动方向垂直的导体受到的电磁力大小用公式表示为,方向由左手定则确定,电机运行时，转子的转速不会等于旋转磁场的转速所以称为异步电机,按槽内层数分为：单层、双层、单双层,二、交流绕组的分类,按相数分为：单相、三相、多相,每极每相槽数q：整数槽、分数槽,三、对交流绕组的要求,1.在导体数一定的情况下，能得到较大的基波电动势和基波磁动势,2.三相绕组对称（即保证各相电动势、磁动势对称，电阻电抗相同）,3.合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦形，谐波分量要小。,5.绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制造方便,4.铜耗减小，用铜量减少。,总之：对三相交流电机，要求三相绕组能感应出波形接近正弦、有一定数值的三相对称电动势；当三相绕组中流过三相对称的电流时，能产生接近圆形的旋转磁动势。,四、绕组的基本概念,1.极距：,2.线圈节距y1：一个线圈的两个有效边之间的距离。y1=整距线圈；y11的且为奇数的小型三相异步电动机。,由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。,单层同心式绕组,几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。,同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。,五、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Q,线圈组个数=Q/q,每相线圈组数,双层绕组的并联支路数最多是,（6）每相串联匝数,每个槽内放上下两层线圈的有效边，线圈的每一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相距一个节距y1的另一槽的下层。构成原则、排列方法和联接步骤与单层绕组基本相同。,（1）可采用短距，改善电动势、磁动势的波形（2）端部排列整齐，利于散热、机械强度高,2、优点：,3、三相双层分布短距绕组的安排,例：三相交流电机Z=24，2p=4，y1=5。试绘制a=2的三相双层短距分布绕组展开图。,解：（1）先计算槽距角：,（2）画出电动势星形图,(3)按60度分相,逆相量旋转方向每隔60度标上A、Z、B、X、C、Y,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.,（4）绘制绕组展开图,（5）确定绕组的并联支路数,确定下列绕组的并联支路数,短距线圈的谐波节距因数,4.三相双层分布短距线圈的电动势,短距线圈的基波电动势有效值,基波节距因数,可以理解为：短距线圈若是看成整距线圈，则它的有效匝数为,q个短距线圈组成的分布线圈组：,相绕组基波电动势有效值：,每相串联匝数,基波绕组因数,相绕组谐波电动势有效值：,六、齿谐波电动势,齿谐波谐波次数与一对极下的齿数Q/p具有特定关系的谐波，即=Q/p1=2mq1的谐波。,七、消除谐波电动势的方法,1.采用短距绕组;2.采用分布绕组；3.增大每极每相槽数;4.斜槽或斜极；5.采用半闭口或磁性槽契；6.采用分数槽绕组。,齿谐波的特点：,4.3交流电机电枢绕组的磁动势,一、单层集中整距绕组的一相磁动势,设气隙均匀，当线圈中通以电流，如果线圈匝数为，线圈产生的磁动势,则每个气隙上的磁动势为：,由此可见：在一个线圈中通以电流，它所产生的气隙磁动势沿圆周的分布是一个矩形波。,按傅里叶级数分解，则,其中,基波磁动势,3谐波磁动势,5谐波磁动势,（1）基波磁动势的幅值为，谐波磁动势的幅值为,（2）基波磁动势的与原矩形波的波长相同，谐波磁动势的波长为,（3）横坐标的原点处是各次谐波的幅值所在处。,当线圈中通以交流电流,基波磁动势,3谐波磁动势,5谐波磁动势,则每个气隙上的磁动势为：,结论：,（1）磁动势波形：矩形波；,（2）磁动势的幅值：随时间脉动；,（3）既是时间函数又是空间的函数；,（4）横坐标的原点处是各次谐波的幅值所在处。,（5）空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势脉振磁动势(驻波)。,脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势,根据三角公式,则,称为正转磁动势波,称为反转磁动势波,结论：,（1）一个脉振磁动势波分解为两个旋转磁动势，角速度，幅值为；,（2）当通电电流为正的最大值时，脉振波的振幅为最大值，两个旋转波的正幅值正好都转到的地方，即在通电线圈的轴线处，这是两个旋转波重叠在一起。,二、单层集中整距绕组的三相磁动势,1.三相基波磁动势,选A相电流为最大值时作为时间的起点，三相电流分别表示为,A相绕组产生的基波磁动势为,B相绕组产生的基波磁动势为,C相绕组产生的基波磁动势为,三相绕组合成的基波磁动势,结论：,三相对称绕组流过三相对称电流产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势；,（2）三相合成基波磁动势的波长和单相的一样；,（3）三相合成基波磁动势的幅值是不变的；,（4）三相合成基波磁动势的旋转方向是朝着+的方向；,（5）三相合成基波磁动势的旋转角速度；,（6）当某相电流达到最大值时，三相合成基波磁动势的正幅值正好位于该相绕组的轴线处。,2.三相谐波磁动势,三、三相双层分布短距绕组的磁动势,单层集中整距绕组的三相磁动势的结论与三相双层分布短距绕组的磁动势除了幅值有差别，其它完全相同。,总之：对称绕组流过对称电流产生的合成基波磁动势一定为圆形旋转磁动势。,小结：单相绕组-脉动磁动势；三相绕组-旋转磁动势。,图解法不同时刻三相合成磁动势,合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。,