交流電機(jī)繞組的基本理論

1、n 主要內(nèi)容：交流繞組構(gòu)成；電勢(shì)；磁勢(shì)。主要內(nèi)容：交流繞組構(gòu)成；電勢(shì)；磁勢(shì)。n 交流電機(jī)分：交流電機(jī)分：u同步：主要作為發(fā)電機(jī)，也可作為電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)同步：主要作為發(fā)電機(jī)，也可作為電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)u異步：主要作為電動(dòng)機(jī)，有時(shí)也作發(fā)電機(jī)異步：主要作為電動(dòng)機(jī)，有時(shí)也作發(fā)電機(jī)n 區(qū)別：兩類交流電機(jī)在勵(lì)磁方式和運(yùn)行特性有很大差別區(qū)別：兩類交流電機(jī)在勵(lì)磁方式和運(yùn)行特性有很大差別n 相同點(diǎn)：電機(jī)定子中發(fā)生的電磁現(xiàn)象和機(jī)電能轉(zhuǎn)換的原理相同點(diǎn)：電機(jī)定子中發(fā)生的電磁現(xiàn)象和機(jī)電能轉(zhuǎn)換的原理基本相同基本相同第四章第四章 交流電機(jī)繞組的基本理論交流電機(jī)繞組的基本理論4.1 4.1 交流繞組的基本要求交流繞組的基本要求一

2、、基本要求：一、基本要求：電氣要求：電氣要求：繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)（磁動(dòng)勢(shì)）接近正弦波接近正弦波-諧波分量少。諧波分量少。三相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱三相繞組的基波電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱一定導(dǎo)體數(shù)下，產(chǎn)生盡可能大一定導(dǎo)體數(shù)下，產(chǎn)生盡可能大的基波電動(dòng)勢(shì)的基波電動(dòng)勢(shì)繞阻銅耗小，用銅量少。繞阻銅耗小，用銅量少。1.1. 絕緣可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱絕緣可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件要好，制造方便。條件要好，制造方便。例：例：Z=36Z=36，2p=42p=4槽槽內(nèi)放置繞組二、設(shè)計(jì)原則二、設(shè)計(jì)原則1 1、正弦分布磁場(chǎng)在導(dǎo)體中產(chǎn)生正弦波電動(dòng)勢(shì)、正弦分布磁場(chǎng)在導(dǎo)體中產(chǎn)生正弦波電動(dòng)勢(shì)2 2、用槽電勢(shì)星形圖分

3、布保證三相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、用槽電勢(shì)星形圖分布保證三相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱對(duì)稱3 3、采用、采用6060 相帶可獲得盡可能大的基波電動(dòng)勢(shì)相帶可獲得盡可能大的基波電動(dòng)勢(shì)1 1、正弦分布磁場(chǎng)在導(dǎo)體中產(chǎn)生正弦波電動(dòng)勢(shì)、正弦分布磁場(chǎng)在導(dǎo)體中產(chǎn)生正弦波電動(dòng)勢(shì)n 保證勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間按正弦規(guī)律分保證勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在空間按正弦規(guī)律分布，則它在交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)就隨時(shí)間按正弦規(guī)律布，則它在交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)就隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化變化cos)(mBBcos)(lvBlvBemccos)(lvBlvBemc0t某根導(dǎo)體對(duì)準(zhǔn)磁極軸線某根導(dǎo)體對(duì)準(zhǔn)磁極軸線060/21pntf=p

4、n/60f=pn/60見下頁見下頁電動(dòng)勢(shì)的頻率電動(dòng)勢(shì)的頻率 f=pn/60f=pn/60n 當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，繞組中的感應(yīng)電當(dāng)轉(zhuǎn)子為一對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正好交變一次動(dòng)勢(shì)正好交變一次(一周期一周期)；n 設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為n(r/min)，則轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)n/60(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒) f=n/60f=n/60n 當(dāng)電機(jī)有當(dāng)電機(jī)有p p對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交對(duì)極時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)交變變p p次次( (即即p p個(gè)周期個(gè)周期) )；n 轉(zhuǎn)子每秒鐘旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子每秒鐘旋轉(zhuǎn)n/60n/60(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒) ，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒交

5、變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)每秒交變pn/60pn/60次，即電動(dòng)勢(shì)的頻率為次，即電動(dòng)勢(shì)的頻率為 我國(guó)國(guó)標(biāo)工業(yè)交流電動(dòng)勢(shì)的頻率為我國(guó)國(guó)標(biāo)工業(yè)交流電動(dòng)勢(shì)的頻率為50Hz50Hz，因此電機(jī)，因此電機(jī)的極數(shù)和轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系。的極數(shù)和轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系。f=pn/60f=pn/6060/221pnf磁極切割導(dǎo)體角速度磁極切割導(dǎo)體角速度n電角度：電角度： u轉(zhuǎn)子鐵心的橫截面是一個(gè)圓，其幾何角度為轉(zhuǎn)子鐵心的橫截面是一個(gè)圓，其幾何角度為360360 。 u從電磁角度看，一對(duì)從電磁角度看，一對(duì)N,SN,S極構(gòu)成一個(gè)磁場(chǎng)周期，即極構(gòu)成一個(gè)磁場(chǎng)周期，即1 1對(duì)極為對(duì)極為360360 電角度。電角度。2、用槽電動(dòng)勢(shì)星形圖分相以保證三

6、相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱、用槽電動(dòng)勢(shì)星形圖分相以保證三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱2p2p2 2一周一周360360 (2)(2)-機(jī)械角度機(jī)械角度空間角度空間角度一對(duì)極一周一對(duì)極一周360360 -電角度電角度 空間角度空間角度機(jī)械角度機(jī)械角度360360 電角度電角度=p=p360360 =720=720 電角度電角度=p=p機(jī)械角度機(jī)械角度2p2p4 4兩對(duì)兩對(duì)N,SN,S極構(gòu)成極構(gòu)成2 2個(gè)感應(yīng)電勢(shì)周期個(gè)感應(yīng)電勢(shì)周期n 電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電動(dòng)勢(shì)分別用相量表電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電動(dòng)勢(shì)分別用相量表示，這些相量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖，稱示，這些相量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖，稱槽電勢(shì)星形圖槽電勢(shì)星

7、形圖。n 槽距角：一個(gè)槽所占的機(jī)械角度稱為槽距角，用槽距角：一個(gè)槽所占的機(jī)械角度稱為槽距角，用表示表示 槽距電角：一個(gè)槽所占的電角度稱為槽距電角，用槽距電角：一個(gè)槽所占的電角度稱為槽距電角，用1 1表示表示103636036000Z2036360360001papZp例：例：Z=36Z=36，2p=4, 2p=4, 繪制槽電勢(shì)星形圖。繪制槽電勢(shì)星形圖。解：解： 槽距角槽距角=360=360 /Z=10/Z=10 槽距電角槽距電角1 1=p=p360360 /Z=20/Z=20 將星形圖圓周分為三等份，將星形圖圓周分為三等份，每等份每等份120120 （稱（稱120120 相帶），相帶），將每個(gè)

8、相帶內(nèi)的所有導(dǎo)體將每個(gè)相帶內(nèi)的所有導(dǎo)體電電動(dòng)勢(shì)相量正向串聯(lián)起來（動(dòng)勢(shì)相量正向串聯(lián)起來（藍(lán)藍(lán)色為色為A A相；相；黑色為黑色為B B相，相，紅色紅色為為C C相相），得到相電動(dòng)勢(shì)。），得到相電動(dòng)勢(shì)。1(19)1(19)2(20)2(20)3(21)3(21)4(22)4(22)A A相相5(23)5(23)6(24)6(24)7(25)7(25)8(26)8(26)9(27)9(27)B B相相10(28)10(28)11(29)11(29)12(30)12(30)13(31)13(31)14(32)14(32)15(33)15(33)C C相相16(34)16(34)17(35)17(35)1

9、8(36)18(36)相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下連續(xù)連續(xù)所占的電角度。所占的電角度。一般地，如電機(jī)有一般地，如電機(jī)有p p對(duì)極，則有對(duì)極，則有p p個(gè)重疊的槽電勢(shì)星形。個(gè)重疊的槽電勢(shì)星形。 3 3、 采用采用6060 相帶可獲得較大的基波電勢(shì)相帶可獲得較大的基波電勢(shì)v 分相方法：將星形圖圓周分相方法：將星形圖圓周分為六等份，每等份分為六等份，每等份6060 （稱（稱6060 相帶相帶）。）。A A、B B、C C三相帶中心線依此互差三相帶中心線依此互差120120 ，X X相帶中心線與相帶中心線與A A相相帶中心線互差帶中心線互差180180 ，將，將X X相

10、帶與相帶與A A相帶電動(dòng)勢(shì)相帶電動(dòng)勢(shì)反向反向串聯(lián)串聯(lián)起來得起來得A A相電動(dòng)勢(shì)。相電動(dòng)勢(shì)。同理得到同理得到B B、C C相電動(dòng)勢(shì)。相電動(dòng)勢(shì)。各相電動(dòng)勢(shì)大于各相電動(dòng)勢(shì)大于120120 相帶相帶時(shí)的值。時(shí)的值。A A和和X X相帶內(nèi)的全部導(dǎo)體屬于相帶內(nèi)的全部導(dǎo)體屬于A A相，相，B B和和Y Y相帶的全部導(dǎo)體為相帶的全部導(dǎo)體為B B相相4.2 三相單層繞組三相單層繞組 與繞組有關(guān)的幾個(gè)概念與繞組有關(guān)的幾個(gè)概念v 線圈（繞組元件）：是構(gòu)成繞組的基本單元。繞組就是線線圈（繞組元件）：是構(gòu)成繞組的基本單元。繞組就是線圈按一定規(guī)律的排列和聯(lián)結(jié)。圈按一定規(guī)律的排列和聯(lián)結(jié)。疊繞組線圈疊繞組線圈波繞組線圈波繞組

11、線圈結(jié)構(gòu)上區(qū)別：線圈的兩個(gè)出線是靠攏還是遠(yuǎn)離線圈的對(duì)稱軸線結(jié)構(gòu)上區(qū)別：線圈的兩個(gè)出線是靠攏還是遠(yuǎn)離線圈的對(duì)稱軸線與線圈相關(guān)的概念：與線圈相關(guān)的概念：n 有效邊；端部；有效邊；端部；n 線圈節(jié)距線圈節(jié)距：一個(gè)線圈兩個(gè)有效邊之間所跨的槽數(shù)，用：一個(gè)線圈兩個(gè)有效邊之間所跨的槽數(shù)，用y y表示。表示。y4 (15)n極距極距 ：相鄰極所距距離；沿定子鐵心內(nèi)圓每個(gè)磁極所占的：相鄰極所距距離；沿定子鐵心內(nèi)圓每個(gè)磁極所占的范圍（槽數(shù)）范圍（槽數(shù)） u用槽數(shù)表示：用槽數(shù)表示： =Z/2p=Z/2pu用長(zhǎng)度表示：用長(zhǎng)度表示： = = D/2pD/2p例：例：Z=36Z=36，2p=42p=4 =36/4=9=3

12、6/4=9例：例：Z=36Z=36，2p=22p=2 =36/2=18=36/2=18n y=y=時(shí)，線圈稱為整距線圈；時(shí)，線圈稱為整距線圈；n yyy時(shí)，線圈稱為長(zhǎng)距線圈；時(shí)，線圈稱為長(zhǎng)距線圈；n 每極每相槽數(shù)：每極每相槽數(shù)：例：例：Z=36Z=36，2p=42p=4相帶的寬度恰好對(duì)應(yīng)每極每相槽數(shù)相帶的寬度恰好對(duì)應(yīng)每極每相槽數(shù)q q每個(gè)極下每相占有的槽數(shù)。每個(gè)極下每相占有的槽數(shù)。已知總槽數(shù)已知總槽數(shù)Z Z、極對(duì)數(shù)、極對(duì)數(shù)p p和相數(shù)和相數(shù)m m，則，則pmZq2n 極相組極相組將一個(gè)磁極下屬于同一相（即一個(gè)相帶）將一個(gè)磁極下屬于同一相（即一個(gè)相帶）的的q個(gè)線圈，按照一定方式串聯(lián)成一組，稱為極

13、相組個(gè)線圈，按照一定方式串聯(lián)成一組，稱為極相組（又稱為線圈組）。（又稱為線圈組）。n 線圈組數(shù)線圈組數(shù) = 線圈個(gè)數(shù)線圈個(gè)數(shù)/ q例：例：Z=24Z=24，2p=42p=4 =Z/2p=Z/2ppmZq2Zp01360單層繞組單層繞組和和雙層繞組雙層繞組: :單層繞組一個(gè)槽中只放一個(gè)元件邊單層繞組一個(gè)槽中只放一個(gè)元件邊 雙層繞組一個(gè)槽中放兩個(gè)元件邊。雙層繞組一個(gè)槽中放兩個(gè)元件邊。n 繪制槽電動(dòng)勢(shì)星形圖繪制槽電動(dòng)勢(shì)星形圖n 分相，構(gòu)成線圈。分相，構(gòu)成線圈。3322362pmZq20363602360001Zp60600 0相帶相帶例：已知一交流電機(jī)槽數(shù)例：已知一交流電機(jī)槽數(shù)Z Z3636，極數(shù)，

14、極數(shù)2p2p4 4，并聯(lián)支路，并聯(lián)支路數(shù)數(shù)a a1 1，繪制三相單層繞組展開圖。，繪制三相單層繞組展開圖。n 確定并聯(lián)支路數(shù)確定并聯(lián)支路數(shù)n單層繞組：每相最大并聯(lián)支路數(shù)等于極對(duì)數(shù)單層繞組：每相最大并聯(lián)支路數(shù)等于極對(duì)數(shù)na amaxmax=p=pn 畫出三相繞組展開圖畫出三相繞組展開圖 (a=1)(a=1)頭尾相連頭尾相連n 二極交流電機(jī)，其線圈節(jié)距二極交流電機(jī)，其線圈節(jié)距yy，故其端接線幾乎跨過，故其端接線幾乎跨過半個(gè)定子內(nèi)圓，其嵌線及端部整形困難，為減少嵌線難度，半個(gè)定子內(nèi)圓，其嵌線及端部整形困難，為減少嵌線難度，可以將線圈制成大小不同、同心套置在一起的繞組，稱為可以將線圈制成大小不同、同心套置在一起的繞組，稱為同心式繞組，連接繞組仍應(yīng)保持電動(dòng)勢(shì)相加的原則。同心式繞組，連接繞組仍應(yīng)保持電動(dòng)勢(shì)相加的原則。說明說明n 單層繞組雖然因線圈形狀或端接連接方式不同，而單層繞組雖然因線圈形狀或端接連接方式不同，而分成許多不同形式，本質(zhì)上各類型單層繞組均為整分成許多不同形式，本質(zhì)上各類型單層繞組均為整距繞組，即短距系數(shù)距繞組，即短距系數(shù)K Kp p1(K1(Kp p意義將在后續(xù)章節(jié)中介意義將在后續(xù)章節(jié)中介紹紹) )。因?yàn)殡m然線圈實(shí)際跨距可能大于或小于極距，。因?yàn)殡m然線圈實(shí)際跨距可能大于或