第四章 交流電機(jī)理論的共同問題

1、第四章第四章 交流電機(jī)理論的共同問題交流電機(jī)理論的共同問題主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：交流繞組的構(gòu)成，即繞組連接規(guī)律及電動勢電動勢和磁動勢磁動勢交流電機(jī)交流電機(jī)：包括同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)。這兩類電機(jī)在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、工作原理、勵(lì)磁方式和性能有所不同，但是定子定子中所發(fā)生的電磁過電磁過程以及機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理和條件卻相同程以及機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理和條件卻相同，可以采用統(tǒng)一的觀點(diǎn)研究。1 交流繞組構(gòu)成原則和分類交流繞組構(gòu)成原則和分類雖然繞組的型式各不相同，但它們的構(gòu)成原則基本相同，基本要求是：(1)電勢和磁勢波形要接近正弦波正弦波，數(shù)量上力求獲得較大基波電基波電動勢和基波磁勢動勢和基波磁勢。為此要求電勢和磁勢中諧波

2、分量盡可能小。 (2)對三相繞組各相的電動勢，磁動勢必須對稱對稱，電阻電抗要平衡。(3)繞阻銅耗小，用銅量少。 (4)絕緣可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件要好，制造方便。交流繞組的分類：交流繞組的分類：按相數(shù)分：（1）單相 （2）多相（兩相，三相）按每極每相槽數(shù)分：（1）整數(shù)槽 （2）分?jǐn)?shù)槽按槽內(nèi)層數(shù)分：（1）單層 （2）雙層 按繞組形狀分：（1）疊繞（雙層）（2）波繞 （雙層）（3）同心式 （單層）（4）交叉式 （單層）（5）鏈?zhǔn)?（單層）2 2 三相雙層繞組三相雙層繞組本節(jié)介紹三相雙層繞組展開圖。對于10kw以上的三相交流電機(jī)，其定子繞組一般均采用雙層繞組。雙層繞組每個(gè)槽內(nèi)有上、下兩個(gè)線圈邊，每

3、個(gè)線圈的一個(gè)邊放在某一個(gè)槽的上層，另一個(gè)邊則放在相隔節(jié)距為y1槽的下層。繞組的線圈數(shù)正好等于槽數(shù)繞組的線圈數(shù)正好等于槽數(shù)圖4-1 雙層繞組a)雙層繞組在槽內(nèi)的分布 b)有效部分和端部雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)：雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)：1、可選擇最有利的節(jié)距，以改善電勢、磁勢波形； 2、線圈尺寸相同便于制造； 3、端部形狀排列整齊，有利于散熱和增加機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械角度和電角度機(jī)械角度和電角度電機(jī)圓周在幾何上分為360，這個(gè)角度稱為機(jī)械角度。若磁場在空間按正弦波分布，磁場每轉(zhuǎn)過一對磁極，電勢變化一個(gè)周期，稱為（一個(gè)周期）360電角度。在電機(jī)中一對磁極所對應(yīng)的角度定義為360電角度。若電機(jī)有若電機(jī)有p對極，電角度對極，電

4、角度=p 360線圈線圈組成繞組的基本單元是線圈。由一匝或多匝組成，兩個(gè)引出端，一個(gè)叫首端，一個(gè)叫末端。節(jié)距節(jié)距線圈兩邊所跨定子圓周上的距離，用y1表示，y1應(yīng)接近極距接近極距 槽距角槽距角相鄰兩槽間的電角度每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù)定子槽數(shù):3600QQppmQq2 m:相數(shù) p:極對數(shù) 即每一個(gè)極下每相所占的槽數(shù)2.1 槽電勢星形圖和相帶劃分槽電勢星形圖和相帶劃分交流繞組內(nèi)的感應(yīng)電動勢通常為正弦交流電動勢正弦交流電動勢，因此可用相量相量表示和計(jì)算。當(dāng)把各槽內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)的電勢分別用相量表示時(shí)，這些相量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圈，稱為槽電勢星形圖槽電勢星形圖。(槽電勢是指槽內(nèi)放置的導(dǎo)體上感應(yīng)的電動勢)實(shí)例

5、實(shí)例：Q=36，2p=4，m=3定子繞組每極每相槽數(shù)：槽距角：334362pmQq20363602360Qp槽電勢的產(chǎn)生槽電勢的產(chǎn)生：根據(jù)e=blv，定子槽內(nèi)放置導(dǎo)體，因此導(dǎo)體是固定不動的，電動勢是由于磁場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。磁場為正弦形，其在一個(gè)圓周上的周期數(shù)等于極對數(shù)p。(一對極對應(yīng)磁場一個(gè)周期)槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢e與所在位置處的磁通密度b有關(guān)系。導(dǎo)體感應(yīng)電勢的相位取決于氣隙磁密。相鄰槽內(nèi)導(dǎo)體上電勢相位差等于槽距角。槽1和槽19內(nèi)導(dǎo)體的電動勢相位相同。119123456789101112131415161718第1對極下槽電勢2對極下槽電勢以A相為例， A相在每極下應(yīng)占有3個(gè)槽，整個(gè)定子中A相共

6、有12個(gè)槽。為使合成電勢最大，在第一個(gè)N極下取1、2、3三個(gè)槽作為A相相帶帶。在第一個(gè)S極下取10、11、12三個(gè)槽作為X相帶相帶(A相的負(fù)相帶相的負(fù)相帶)。1、2、3三個(gè)槽向量間夾角最小，合成電勢最大，同理10、11、12的合成電勢最大。而10、11、12三個(gè)槽分別和1、2、3三個(gè)槽相差一個(gè)極距一個(gè)極距，即相差180度電角度，這兩個(gè)線圈組(極相組)反接以后合成電勢代數(shù)相加，其合成電勢最大。同理，為了使三相繞組對稱對稱，應(yīng)將距A相120度度處的7、8、9、16、17、18和25、26、27、34、35、36劃為B相。而將距A相240度度處的13、14、15、22、23、24和31、32、33、

7、4、5、6劃為C相，由此得一對稱三相繞組。每個(gè)相帶各占60度電角度，稱為60度度相帶繞組相帶繞組。相帶相帶槽號槽號極極 對對ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,12 13,14,15 16,17,1819,20,2122,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36第一對極下第一對極下（1槽槽18槽）槽）第二對極下第二對極下（19槽槽36槽）槽）表4-1 各個(gè)相帶的槽號分布 繪制繞組展開圖繪制繞組展開圖繪制繞組展開圖的步驟是：a、繪槽電勢星形圖星形圖； b、劃分相帶相帶； c、把各相繞組按一定規(guī)律連接連接成對稱三相繞組。根據(jù)線圈的形狀和連

8、接規(guī)律，雙層繞組可分為疊繞組疊繞組和波繞組波繞組兩類。a)疊繞線圈b)波繞線圈 疊繞和波繞線圈疊繞組疊繞組任何兩個(gè)相鄰相鄰的線圈都是后一個(gè)疊在前一個(gè)上面后一個(gè)疊在前一個(gè)上面的，稱為疊繞組。例：繪制4極三相36槽的雙層疊繞組展開圖。解：槽電勢星形圖和相帶劃分如前面所述。線圈如果采用整距，節(jié)距y1=9，本例中采用短距短距，取y1=8。所以1號線圈的一條邊嵌放在1號槽的上層時(shí)，另一條線圈邊放置在9號槽的下層，依此類推。322236922363362qmQpA相中在四個(gè)極下各占有3個(gè)槽，分別為1、2、3；19、20、21 -處于相同極下；10、11、12；28、29、30-處于相同極下。屬于A相的2p

9、個(gè)線圈按照電勢相加的原則串聯(lián)，即按“頭接頭、尾接尾”的方法相連。 -1-2-3- -10-11-12-19-20-21- -28-29-30-圖：圖：A相繞組線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）相繞組線圈的連接圖（一條并聯(lián)支路）123192021101112282930圖4-3 A相繞組線圈的連接圖（兩條并聯(lián)支路）1A1X2A2XXXAA1A1X2A2X最多可以將4個(gè)極相組并聯(lián)，得到4條并聯(lián)支路。由于極相組數(shù)等于極數(shù)，雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路數(shù)最多并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)極數(shù)2p。但實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際支路數(shù)一般小于2p，且2p 必須是a的倍數(shù)。波繞組波繞組其特點(diǎn)是：兩個(gè)相鄰的線圈成波浪形前進(jìn)，如圖所示，波繞組

10、的連接規(guī)律是把所有同一極性所有同一極性(如N1,N2)下屬于同一相同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來組成一組，再把另一極性（S1,S2）下的屬于同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來，組成另一組，最后根據(jù)需要把這兩組接成串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成相繞組。mqpQy2 為合成節(jié)距 圖4-5 波繞線圈的節(jié)距y1yy1串聯(lián)的兩個(gè)線圈，對應(yīng)線圈邊之間的距離稱為合成節(jié)距，用y表示。合成節(jié)距表示每連接一個(gè)線圈時(shí)，繞組在空間上前進(jìn)了多少個(gè)槽距。波繞組依次將所有N1、N2-極下的線圈連接，對每極每相為整數(shù)對每極每相為整數(shù)槽的情況，每連接一個(gè)線圈就前進(jìn)一對極的距離槽的情況，每連接一個(gè)線圈就前進(jìn)一對極的距離，故合成節(jié)距y應(yīng)為2倍的

11、極距倍的極距。這樣連續(xù)連接p個(gè)線圈，前進(jìn)前進(jìn)p對極后對極后，繞組將回到出發(fā)槽號而形成閉合回路閉合回路；為使繞組能夠連接下去，每繞行一周，都要人為的后后退或前移退或前移一個(gè)槽。mqpQy2同樣以4極36槽電機(jī)為例說明。節(jié)距仍采用短距短距y1=8合成節(jié)距18236pQy同理可畫出位于S極下的支路一路串聯(lián)波繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)為最大并聯(lián)支路數(shù)為2二路并聯(lián)3 3 三相單層繞組三相單層繞組單層繞組每槽只有一個(gè)線圈邊，所以線圈數(shù)等于槽數(shù)的一半。這種繞組下線方便，槽利用率高（無層間絕緣）。分同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸健?.13.1同心式繞組同心式繞組同心式繞組由不同節(jié)距的同心線圈組成。以2極三相24槽電機(jī)為例進(jìn)行

12、說明。4322421222423241pmQqpQmQpA AZ ZB BX XC CY YA AN NS S圖4-7 單層同心式繞組中A相的展開圖圖4-7 單層同心式繞組中A相的展開圖 (2p=2,Q=24) (2p=2,Q=24)A AX X11111 12 222223 34 45 56 67 78 89 91010121213131414151516161717181819192020212124242323同心式優(yōu)點(diǎn)：下線方便，端部的重疊層數(shù)較少，便于布置，散熱易好缺點(diǎn)：線圈的大小不等、繞制不便，端部亦較長。鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組鏈?zhǔn)嚼@組的線圈具有相同的節(jié)距。就整個(gè)繞組外形來看，一環(huán)套一環(huán)

13、，形如長鏈。鏈?zhǔn)骄€圈的節(jié)距恒為奇數(shù)節(jié)距恒為奇數(shù)。以三相6極36槽電機(jī)為例繪制鏈?zhǔn)嚼@組展開圖。1號向右連，36號向左連，且節(jié)距相等，然后用極間連線（紅線）按相鄰極下電流方向相反的原則將6個(gè)線圈反向串聯(lián)，得A相繞組。2332362pmQq1-(6) -36-(31) -25-(30) -24-(19) -13-(18) -12-(7) 11135791315171921232527293133 35AXS SN NN NN NS SS S圖4-8 單層鏈?zhǔn)嚼@組中A相的展開圖圖4-8 單層鏈?zhǔn)嚼@組中A相的展開圖 (2p=6,Q=36) (2p=6,Q=36)這種繞組主要用在q=偶數(shù)的小型四極、六極感

14、應(yīng)電動機(jī)中。如q為奇數(shù)，則一個(gè)相帶內(nèi)的槽數(shù)無法均分為二，必須出現(xiàn)一邊多，一邊少的情況。因而線圈的節(jié)距不會一樣，此時(shí)采用交叉式繞組。交叉式繞組交叉式繞組主要用于q=奇數(shù)的小型四極、六極電機(jī)中，采用不等距線圈不等距線圈。三相四極36槽定子，繪制交叉式繞組展開圖36-(8) -1-(9) -35-(28) -19-(27) -18-(26) -17-(10)11111 13 35 57 79 913131515171719192121232325252727292931313333 353517171919A AX XS SN N2626圖4-9 單層交叉式繞組的A相展開圖（2p=4,Q=36)圖4

15、-9 單層交叉式繞組的A相展開圖（2p=4,Q=36)2727S SN N4正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢正弦磁場下交流繞組的感應(yīng)電動勢在交流電機(jī)中有一以ns轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，本節(jié)討論旋轉(zhuǎn)磁場在旋轉(zhuǎn)磁場在空間正弦分布時(shí)空間正弦分布時(shí)，交流繞組中感應(yīng)電勢的公式。由于旋轉(zhuǎn)的磁場切割定子繞組，所以在定子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢首先求出一根導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢一根導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢，然后導(dǎo)出一個(gè)線圈的感應(yīng)電勢一個(gè)線圈的感應(yīng)電勢，再討論一個(gè)線圈組一個(gè)線圈組(極相組)的感應(yīng)電勢，最后推出一相繞組感應(yīng)一相繞組感應(yīng)電勢電勢的計(jì)算公式。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本作用原理同步電機(jī) 定子上為三相對稱繞組，匝數(shù)相同，空間位置互差120,

16、 轉(zhuǎn)子上裝有勵(lì)磁繞組，通入直流電將產(chǎn)生一個(gè)磁場，它匝鏈定子各繞組 當(dāng)原動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙中的磁場是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場假設(shè)磁場在氣隙中按正弦規(guī)律分布定子繞組中所匝鏈的磁通按正弦規(guī)律變化，其感應(yīng)電勢按正弦規(guī)律變化。由于各相匝數(shù)相等，從而各相電勢的大小相等，由于各相繞組空間分布彼此相距120，從而三相電勢時(shí)間相位差120滿足了三相電勢對稱要求滿足了三相電勢對稱要求。如果定子繞組接上三相對稱負(fù)載，就會引出三相對稱交流電流，輸出電能。此時(shí)電樞繞組的三相電流與勵(lì)磁繞組電流生成的氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這就是三相同步發(fā)電機(jī)的基本作用原理4.1導(dǎo)體的感應(yīng)電勢導(dǎo)體的感應(yīng)電勢E1下圖為一臺兩極交

17、流發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子是直流勵(lì)磁形成的主磁極（簡稱主極）定子上放有一根導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動機(jī)拖動以后，形成一旋轉(zhuǎn)磁場。定子導(dǎo)體切割該旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電勢。a)二極交流發(fā)電機(jī)a)二極交流發(fā)電機(jī)b)主極磁場在空間的分布b)主極磁場在空間的分布c)導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的波形c)導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的波形圖4-10 氣隙磁場正弦分布時(shí)導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動勢圖4-10 氣隙磁場正弦分布時(shí)導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動勢N NS Se e1 1b bB B1 1 t0 0e e1 1N N01800360b bn ne e1 1定子定子設(shè)設(shè)主極磁場在氣隙內(nèi)按正弦規(guī)律正弦規(guī)律分布(實(shí)際主極磁場還含有大量諧波) B1：磁場幅值 ：離開原點(diǎn)的電角度

18、坐標(biāo)取在轉(zhuǎn)子上，原點(diǎn)位于極間位置。為方便分析，把主極視為不動，導(dǎo)體向轉(zhuǎn)向相反的方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢是交流電動勢。設(shè)t=0時(shí)，導(dǎo)體位于極間、將要進(jìn)入N極的位置，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角頻率為（每秒電弧度）。當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過，且= t。則導(dǎo)體感應(yīng)電勢為：由上式可見導(dǎo)體中感應(yīng)電勢是隨時(shí)間正弦變化的交流電動勢 。sin1Bb tEtlvBblvesin2sin111正弦電勢的頻率正弦電勢的頻率f f若p=1 ，電角度=機(jī)械角度 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周感應(yīng)電勢交變一次，設(shè)轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)ns轉(zhuǎn)（即每秒轉(zhuǎn)ns/60轉(zhuǎn)），于是導(dǎo)體中電勢交變的頻率應(yīng)為：若電機(jī)為p對極，則轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體中感應(yīng)電勢將交變p次，此時(shí)電

19、勢頻率為在我國工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，所以)Hz(nfs60)Hz(pnfs60min/30001rnps時(shí)min/rnps15002時(shí)當(dāng)導(dǎo)體電勢有效值導(dǎo)體電勢有效值211lvBEfnpDnRnRvsss260260602：平均磁密avavBBB121111122. 2222222fflBflBffBlEav：一極下磁通量 11122. 2fE 整距線圈的感應(yīng)電動勢整距線圈的感應(yīng)電動勢Ec1 則線圈的一根導(dǎo)體位于N極下最大磁密處時(shí)，另一根導(dǎo)體恰好處于S極下的最大磁密處。所以兩導(dǎo)體感應(yīng)電勢瞬時(shí)值總是大小相等，方向相反，設(shè)線圈匝數(shù)Nc，則整距線圈的電勢為1y111114442 ccfN.EEEE

20、短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的電動勢，節(jié)距因數(shù)短距線圈的節(jié)距y1，用電角度表示時(shí)1801y01190ysinkp節(jié)距因數(shù)（基波） 111EEEc 11111)1(144. 490sin44. 490sin22180cos2pNckfyfyEEEc當(dāng)線圈匝數(shù)為Nc 時(shí)，1144. 4pcckfNEkp1表示線圈采用短距后感應(yīng)電勢較整距時(shí)應(yīng)打的折扣可見采用短距線圈后對基波電動勢的大小稍有影響，但當(dāng)主磁場中含有諧波時(shí)，它能有效地抑制諧波電動勢（后述），所以一般交流繞組大多采用短距繞組。011111190ysin)y(E)y(Ekccp1y當(dāng)時(shí)，1pk1當(dāng) 時(shí)，例如： 1y651y1966090

21、6501.sinkp分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)分布繞組的電動勢，分布因數(shù)和繞組因數(shù)每極下每相有一個(gè)線圈組，線圈組由q個(gè)線圈組成，且每個(gè)線圈互差 電角度，由于每個(gè)線圈嵌放在不同的槽內(nèi)，線圈的空間位置互不相同，這樣就構(gòu)成了分布繞組分布繞組。(與此對應(yīng)的是集中繞組集中繞組)一個(gè)極相組由q個(gè)線圈串聯(lián)組成，每個(gè)線圈電動勢有效值Ec1均相等，相位相差角。2sin21qREq2sin21cER 2sin2sin11qEEcq2sin2sin1qqqEc其中kd1：基波分布因數(shù)q個(gè)線圈分布在不同槽內(nèi)，使其合成電動勢小于q個(gè)集中線圈的合成電動勢qEc1，所以kd16時(shí)，分布因數(shù)的下降已不明顯，所以一般

22、選6q2，右圖表示不同q值時(shí)，諧波分布因數(shù)的變化情況。改善主極磁場分布改善主極磁場分布改善磁極極靴外型（凸極同步電機(jī)）或勵(lì)磁繞組的分布（隱極同步電機(jī)）使磁極磁場沿電樞表面分布接近于正弦波。對于齒諧波齒諧波，由于其繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相同其繞組因數(shù)與基波繞組因數(shù)相同，不能采用短距不能采用短距和分布的方法削弱它和分布的方法削弱它，若采用分布和短距則基波電勢將按相同比例縮小。凸極電機(jī)采用斜槽采用斜槽采用斜槽后，同一根導(dǎo)體內(nèi)的各個(gè)小段在磁場中的位置互不相同，所以同一導(dǎo)體各點(diǎn)感應(yīng)電勢不同，與直槽相比，導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢有所變化，理論證明采用斜槽后對齒諧波大為削弱，對基波和其他諧波也起削弱作用，為了計(jì)及這

23、一影響，在計(jì)算各次諧波電勢時(shí)，除了考慮節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)外，還應(yīng)考慮斜槽因數(shù)斜槽因數(shù)。為了推導(dǎo)斜槽因數(shù)，把斜槽內(nèi)導(dǎo)體看為無限多根短直導(dǎo)體的串聯(lián)。相鄰直導(dǎo)體間有一微小的相位差(0)短直導(dǎo)體數(shù)q，而q =（為整根導(dǎo)體斜過的電弧度）仿照分布因數(shù)的推導(dǎo)方法，可導(dǎo)出基波的斜槽因數(shù)為導(dǎo)體斜過的距離用c表示，則對v次諧波可見要用斜槽消除v次諧波，只要使該次諧波的斜槽因數(shù)kskv=0即可。2222022q01sinsinsinlimsinqqsinlimkskc221ccsinksk22/c/csinksk上式有很多解，但是我們希望斜槽斜過距離c越小越好，因此取表明：斜過的距離等于該次空間諧

24、波的波長時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的v諧波的電動勢將相互抵消。若要消除齒諧波電動勢，應(yīng)使通常為使 這兩個(gè)齒諧波都得到削弱，常使即斜過的距離恰好等于一個(gè)齒距。022/c/csinksk02/csin222cc122mqc12 mqZtmqc22Qpmq 2其他措施其他措施在多極同步發(fā)電機(jī)（例如水輪發(fā)電機(jī)）中，常常采用分?jǐn)?shù)槽繞組分?jǐn)?shù)槽繞組來削弱齒諧波。由于每極每相槽數(shù)q=分?jǐn)?shù)，所以齒諧波次數(shù) 一般為分?jǐn)?shù)或偶數(shù)，而主極磁極中僅含有奇次諧波，即不存在齒諧波磁場，也就不存在齒諧波電勢。在小型電機(jī)中采用半閉口槽半閉口槽，中型電機(jī)中采用磁性槽楔磁性槽楔來減小由于槽開口而引起的氣隙磁導(dǎo)變化和齒諧波。但采用半閉口下線工藝復(fù)雜。

25、12 mqZ6 6 通有正弦電流時(shí)的單相繞組的磁動勢通有正弦電流時(shí)的單相繞組的磁動勢交流繞組通過電流時(shí)，將產(chǎn)生磁動勢和磁場。整距線圈通入固定電流固定電流所產(chǎn)生的磁動勢整距線圈組通入固定電流固定電流所產(chǎn)生的磁動勢短距線圈組通入固定電流固定電流所產(chǎn)生的磁動勢一相繞組通入固定電流固定電流所產(chǎn)生的磁動勢一相繞組通入正弦電流正弦電流所產(chǎn)生的磁動勢單相繞組單相繞組通入單相正弦電流單相正弦電流所產(chǎn)生氣隙磁動勢的步驟為簡化分析，假設(shè)：定轉(zhuǎn)子鐵心的磁導(dǎo)率無窮大，即認(rèn)為鐵心的磁位降忽略不計(jì)；定轉(zhuǎn)子之間的氣隙均勻；槽內(nèi)電流集中于槽中心處，槽開口的影響忽略不計(jì)。6.1整距線圈的磁動勢整距線圈的磁動勢一個(gè)Nc匝的整距線

26、圈（y1=），電流ic從線圈邊A流出，從X流入。由于對稱關(guān)系，此載流線圈所產(chǎn)生的磁場如圖虛線所示。因?yàn)殍F心內(nèi)的磁位降可以忽略不計(jì)，所以線圈的磁動勢將全部消耗在兩個(gè)氣隙內(nèi)。如氣隙均勻， 一個(gè)極下的磁動勢fc應(yīng)該為：所以整距線圈在氣隙內(nèi)形成一個(gè)一正一負(fù)、矩形分布的磁動勢波，矩形波的幅值等于2322222scccsccc,iNf,iNf當(dāng)當(dāng)2cciN上圖為4極磁場的情況，其磁動勢仍為周期性矩形波，幅值為Ncic/2。把整距線圈產(chǎn)生的周期性的矩形磁動勢波分解為基波和一系列的奇次空間諧波，則基波的幅值應(yīng)為矩形波幅值的4/。以線圈軸線為原點(diǎn)，基波磁動勢可寫為：圖4-25 兩組整距線圈形成的四極磁場a)磁場

27、分布b)磁動勢分布)()(1124scsCOSFCOSccciNf幅值位置：線圈幅值位置：線圈軸線處；空間分軸線處；空間分布，未考慮電流布，未考慮電流的變化的變化6.2分布繞組的磁動勢分布繞組的磁動勢整距分布繞組整距分布繞組：如圖為q=3的整距線圈組成的極相組，極相組的3個(gè)線圈依次分布在三個(gè)槽內(nèi)，此繞組為整距分布繞組。每個(gè)線圈的匝數(shù)為：Nc ；通入的電流為：icy1= q=3 相距電角度，單層繞組整距線圈產(chǎn)生的磁動勢都是一個(gè)矩形波; 三個(gè)整矩線圈產(chǎn)生相同的矩形波磁動勢，但空間位置不同。每個(gè)線圈產(chǎn)生一個(gè)矩形波，將q個(gè)整距線圈產(chǎn)生的矩形波磁動勢相加，就得到了極相組的合成磁動勢。由于每個(gè)線圈的匝數(shù)相

28、同，流過的電流相等，因此各個(gè)線圈的磁動勢具有相同的幅值。由于線圈是分布，相鄰線圈在空間相差角，所以矩形波磁動勢在空間相差電角度。將這些矩形波相加，得到合成磁動勢是一個(gè)梯形波。下面考慮這三個(gè)線圈的基波磁動勢。分別對三個(gè)矩形波磁動勢分解，得到三個(gè)基波磁動勢，可知這三個(gè)基波磁動勢，幅值相等，空間相差電角度。將三個(gè)基波磁動勢相加，得到基波合成磁動勢。由于基波磁動勢在空間為余弦規(guī)律變化，可用空間矢量表示和運(yùn)算，于是q個(gè)線圈的基波合成磁動勢矢量，等于各個(gè)線圈基波磁動勢矢量的矢量和。可見利用矢量運(yùn)算時(shí)，分布線圈基波磁動勢的合成與基波電動勢的合成完全相似，同樣引入分布因數(shù)kd1來計(jì)及線圈分布的影響。單層整距分

29、布繞組的基波合成磁動勢fq1為qNc為q個(gè)線圈的總匝數(shù)。對于雙層繞組，計(jì)及上下兩層的影響，上式應(yīng)乘以2考慮到雙層繞組每相總串聯(lián)匝數(shù)為相電流為sqsdccdcqFkiqNkqffcoscos24)(11111ssdccqcoskiqNf11282qapNccaii sdqipNkfcos2411坐標(biāo)原點(diǎn)位于線圈組的軸線處：幅值在軸線處短距分布繞組的磁動勢：短距分布繞組的磁動勢：下圖為q3，線圈節(jié)距y18(9)的雙層短距繞組，一對極下屬于同一相的有兩個(gè)極相組。磁動勢的大小與繞組的連接方式無關(guān)，只決定于線圈中電流大小和方向總磁動勢總磁動勢相當(dāng)于：A上、上、 X上線圈組磁動勢上線圈組磁動勢和X下、下、

30、 A下線圈組下線圈組磁勢的合成A上、上、 X上線圈組磁動勢上線圈組磁動勢與X下、下、 A下線圈組磁勢：下線圈組磁勢：幅值相同、分布相同（梯形波）、但相對位置不同電角度相對位置差：1801y雙層短距分布繞組的基波磁動勢為：結(jié)論：雙層短距分布繞組的基波磁動勢是雙層整距時(shí)的cos(/2)倍2cos2)(1下qqFF )90sin()90cos(2cos11tyysqswspdqFipNkikpNkfcoscos24cos2411111其中，111dpwkkk6.3單相繞組的磁動勢單相繞組的磁動勢一相繞組的磁動勢與這一相繞組一對極下線圈組所產(chǎn)生磁動勢的區(qū)別：因?yàn)楦鲗O下的磁動勢和磁阻組成一個(gè)對稱的分支

31、磁路，所以一相繞組的磁動勢就等于一個(gè)線圈組的磁動勢。圖4-25 兩組整距線圈形成的四極磁場a)磁場分布b)磁動勢分布所以，一相繞組的磁動勢與一對極下某相線圈組的磁動勢相同，即：swqipNkffcos24111單相繞組的基波磁動勢在空間隨s按余弦規(guī)律分布幅值在相繞組軸線上（即線圈組的軸線上）幅值：ipNkw241正比于每極下每相的有效匝數(shù)有效匝數(shù)和相電流i 若繞組內(nèi)的電流隨時(shí)間作余弦變化，tFtIpNktfsswscoscoscoscos224),(111tIicos2swqipNkffcos24111IpNkIpNkFww1119 . 0224單相繞組產(chǎn)生基波磁勢的幅值磁動勢為：磁動勢為：0

32、1ttFtIpNktfsswscoscoscoscos224),(111幅值：1F03/1t幅值：1F2/tFtIpNktfsswscoscoscoscos224),(111tFtIpNktfsswscoscoscoscos224),(11101t2/3t5t3/2t3/24t脈振波單相繞組通入交變電流產(chǎn)生的基波磁動勢在空間隨s按余弦規(guī)律變化，在時(shí)間上隨t按余弦規(guī)律脈振脈振磁勢（磁場）脈振磁勢（磁場）：空間上看軸線固定不動，從時(shí)間上看其大小不斷地隨電流的交變而在正、負(fù)幅值之間脈振的磁動勢（磁場）；脈振磁動勢的脈振頻率取決于電流的頻率-時(shí)空函數(shù)時(shí)空函數(shù)單相繞組的諧波磁動勢單相繞組的諧波磁動勢a)

33、整距線圈所產(chǎn)生的磁場b)整距線圈的磁動勢圖4-24 一個(gè)整距線圈的磁動勢（2）單相繞組的諧波磁動勢，根據(jù)傅立葉級數(shù)可知，單個(gè)整單個(gè)整距線圈距線圈所產(chǎn)生矩形磁動勢波中可以分解出一系列高次（奇次奇次）諧波磁動勢，其中第v次諧波分量應(yīng)為：scccvviNvfcos241按照與基波磁動勢同樣的方法，單相余弦電流通入到單相繞組中所產(chǎn)生的v次諧波磁動勢（包括基波磁動勢）為：tvFvtIpNkvfsvswvvcoscoscoscos2241IpNkvIpNkvFwvwv9 . 012241空間上按空間上按 次諧波分布次諧波分布時(shí)間上按時(shí)間上按 t的余弦規(guī)律脈振（同基波磁動勢）的余弦規(guī)律脈振（同基波磁動勢）I

34、pNkvIpNkvFwvwv9 . 012241注：1、諧波磁動勢的產(chǎn)生是由于諧波繞組系數(shù) 2、目前沒有考慮電流諧波引起的磁動勢波形變化7 7 正弦電流下三相繞組的磁動勢正弦電流下三相繞組的磁動勢 前面分析了單相繞組的磁勢為一脈振磁勢。將三個(gè)單相磁勢相加，即得三相繞組的合成磁勢旋轉(zhuǎn)磁勢。為了清楚的理解由單相到三相合成時(shí)，脈振磁勢如何變?yōu)樾D(zhuǎn)磁勢，用解析法和圖解法兩種方法進(jìn)行分析。一、三相繞組的基波合成磁勢二、三相合成磁動勢中的高磁諧波解析法和圖解法內(nèi)容：分析方法：sAXBYCZA相繞組軸線C相繞組軸線B相繞組軸線 三相對稱繞三相對稱繞組：組：繞組分布相同；三相繞組在空間互差120電角度（軸線相

35、差120 ） A相繞組B相（落后A相120）C相（落后B相 120）三相對稱繞組三相對稱電流（正序電流）)240cos(2)120cos(2cos2tIitIitIiCBA7.1 7.1 三相繞組基波合成磁動勢三相繞組基波合成磁動勢解析法：解析法：坐標(biāo)原點(diǎn)： 在A相繞組軸線上tFfsAcoscos11A相繞組的磁動勢：)120cos()120cos(11tFfsBB相繞組的磁動勢：)240cos()240cos(11tFfsCC相繞組的磁動勢：)cos()cos(coscos21利用積化和差，將各個(gè)磁動勢分解成兩個(gè)磁動勢之和 )120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21

36、)cos(21)cos(2101110111111ssCssBssAtFtFftFtFftFtFf)(35. 19 . 02323)cos()cos(231111111111恒定值IPNKIPNKFFtFtFffffWWsscbA三相磁勢共同作用于氣隙，則合成磁動勢：)tcos(F)t ,(fss11時(shí)：01ttsssFFtfcos)cos(),(1111合成磁動勢：時(shí)：2tt)cos(),(121ssFtf比較t1和t2時(shí)刻的磁動勢分布可以看出：幅值不變，時(shí)間變化了t=角度，在空間上磁勢波形沿+s向前移動了角度。隨著時(shí)間的推移， 角不斷增大，即磁動勢波不斷地向+s方向移動，),(1tfs是一

37、個(gè)恒幅、正弦分布的正向行波定子氣隙呈圓柱形，因此，三相合成磁勢實(shí)質(zhì)上沿著氣隙圓周連續(xù)推移的旋轉(zhuǎn)磁動勢波-圓形旋轉(zhuǎn)磁勢 計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度：當(dāng)電流變化一個(gè)周期（T=1/f），磁勢波推移2電弧度，相當(dāng)于2 / p機(jī)械弧度。ns- 同步轉(zhuǎn)速(磁場的旋轉(zhuǎn)速度)回憶：60spnf 電機(jī)繞組在轉(zhuǎn)速為ns的旋轉(zhuǎn)磁場下感應(yīng)電勢的頻率為：分）（轉(zhuǎn)秒）（轉(zhuǎn)秒機(jī)械弧度/60/)/(2/2PfPfPfTpns 繞組相電流達(dá)最大值與磁動勢幅值位置之間的關(guān)系)tcos(F)t ,(fss11)240cos(2)120cos(2cos2tIitIitIiCBAsAXBYCZA相繞組軸線C相繞組軸線B相繞組軸線,0時(shí)tA相電流達(dá)最

38、大值，)cos(),(111ssFtf磁動勢幅值位于s=0的位置，即A相繞組軸線處,120 時(shí)tB相電流達(dá)最大值，)120cos(),(111ssFtf磁動勢幅值位于s=120的位置，即B相繞組軸線處,240 時(shí)tC相電流達(dá)最大值，)120cos(),(111ssFtf磁動勢幅值位于s=240的位置，即C相繞組軸線處sAXBYCZA相繞組軸線C相繞組軸線B相繞組軸線)240cos(2)120cos(2cos2tIitIitIiCBA所以，旋轉(zhuǎn)磁動勢波向前推移的角頻率與電流交變的頻率一致分析結(jié)論分析結(jié)論： 對稱三相繞組通有對稱三相（正序）電流時(shí)，基波合成磁動勢是一個(gè)正弦分布正弦分布、以同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速向前推移的正向旋轉(zhuǎn)磁動勢正向旋轉(zhuǎn)磁動勢，