交流電機(jī)電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁通勢(shì)解析課件

1、第六章交流電機(jī)電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)與磁通勢(shì)交流電機(jī)包括：同步電機(jī)和異步動(dòng)機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）。電樞是電機(jī)中機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，直流電機(jī)電樞指轉(zhuǎn)子部分，而交流電機(jī)的電樞是指定子部分。1第6章 交流電機(jī)電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁通勢(shì)6.1 交流電機(jī)電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)6.2 交流電機(jī)電樞繞組6.3 交流電機(jī)電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)6.4 三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)6.5 兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)26.1 交流電機(jī)電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)交流電機(jī)電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)問(wèn)題的分析，對(duì)于同步電機(jī)或異步電機(jī)都是適用的。為了分析的方便，我們用一臺(tái)同步發(fā)電機(jī)為例來(lái)分析電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)。簡(jiǎn)單的同步發(fā)電機(jī)模型6.1.1 導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)空間電角度：

2、把一對(duì)主磁極所占的空間角度定為2，用表示。機(jī)械角度：把轉(zhuǎn)子表面所占的空間幾何角度定為2，用表示。=p，其中p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。3假設(shè)電機(jī)的氣隙中只有波長(zhǎng)等于一對(duì)主磁極極距、沿氣隙圓周方向分布為正弦形的磁密波（基波磁密）根據(jù)電磁感應(yīng)定律轉(zhuǎn)子的電角速度假設(shè)導(dǎo)體由坐標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始相應(yīng)點(diǎn)的氣隙磁密為4導(dǎo)體中感應(yīng)的基波電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為導(dǎo)體每經(jīng)過(guò)一對(duì)主磁極，其中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)便經(jīng)歷一個(gè)周期，當(dāng)轉(zhuǎn)子有p對(duì)主磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)變化了p次。因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和基波電動(dòng)勢(shì)的頻率的關(guān)系為頻率和電角速度的關(guān)系為5導(dǎo)體中感應(yīng)基波電動(dòng)勢(shì)的最大值為導(dǎo)體中基波電動(dòng)勢(shì)有效值為67相量表示為整距線匝基波電動(dòng)勢(shì)有效值為86.1.3

3、 整距線圈電動(dòng)勢(shì)把N個(gè)線匝串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成線圈。一個(gè)線圈兩邊的距離y1叫節(jié)距。當(dāng)y1=的線圈為整距線圈，當(dāng)y1的線圈為長(zhǎng)距線圈。在電機(jī)中，一般不用長(zhǎng)距線圈。整距線圈基波電動(dòng)勢(shì)有效值為910短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)相量表示為短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)有效值表示為基波短距系數(shù)11例題6-2 如果把相距150空間電角度的A，X兩根導(dǎo)體組成線匝，每根導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)為10V，求線匝的基波電動(dòng)勢(shì)。解1213如果把分布的q個(gè)整距線圈都集中放到一起，每個(gè)線圈的基波電動(dòng)勢(shì)大小相等，相位相同，則線圈組總基波電動(dòng)勢(shì)為qEy。但是線圈分布開(kāi)來(lái)后，線圈的基波電動(dòng)勢(shì)卻為Eq基波分布系數(shù)ABCD14分布后線圈組的基波電動(dòng)勢(shì)為分布后短距線圈組的

4、基波電動(dòng)勢(shì)為15例題6-3 一臺(tái)電機(jī)的定子槽里放了4個(gè)分布著的整距線圈，相鄰線圈的槽距角=15空間電角度，每個(gè)線圈基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為30V?，F(xiàn)將這些空間分布著的整距線圈按頭尾相連構(gòu)成線圈組，求該線圈組的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解返回16三相單層集中整距繞組：每一相只有一個(gè)整距線圈，定子上每個(gè)槽里只有一個(gè)線圈邊。這種繞組除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形不理想外，電樞表面的空間也沒(méi)有充分利用，不如采用分布繞組好目錄172、三相單層分布繞組通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明三相單層分布繞組。假設(shè)定子上總槽數(shù)為Z=24,極對(duì)數(shù)為p=2，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n。1）先計(jì)算定子相鄰兩個(gè)槽之間的槽距角182）基波電動(dòng)勢(shì)星形相量圖24121

5、93）按600相帶法分相每極每相槽數(shù)AXBYCZ20215）確定繞組并聯(lián)的路數(shù)單層繞組最多可以并聯(lián)的支路有p個(gè)。當(dāng)電機(jī)每相的總線圈數(shù)一定時(shí)，如用一路串聯(lián)，則每相基波電動(dòng)勢(shì)要比并聯(lián)時(shí)大，而電流比并聯(lián)時(shí)的總電流小6）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)整距線圈的基波電動(dòng)勢(shì)一相繞組串聯(lián)的總匝數(shù)226.2.2 三相雙層繞組雙層繞組是指定子上每個(gè)槽里能放兩個(gè)圈邊，每個(gè)圈邊為一層。一個(gè)線圈有兩個(gè)圈邊，電機(jī)線圈的總數(shù)等于定子的槽總數(shù)。雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是線圈能夠任意短距，對(duì)改善電動(dòng)勢(shì)波形有好處假設(shè)定子上總槽數(shù)為Z=36,極對(duì)數(shù)為p=2，節(jié)距y1=7個(gè)槽，并聯(lián)支路數(shù)a=1, 連接成雙層短距分布繞組1）先計(jì)算定子相鄰兩個(gè)槽之間的槽距角23

6、2）基波電動(dòng)勢(shì)星形相量圖3）按600相帶法分相24255）確定繞組并聯(lián)的支路數(shù)并聯(lián)的支路數(shù)最少為a=1,最多為a=2p6）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)極相組基波電動(dòng)勢(shì)相繞組基波電動(dòng)勢(shì)266.2.3 繞組的諧波電動(dòng)勢(shì)實(shí)際的電機(jī)氣隙里磁密的分布不完全都是基波，尚有諧波，如三次、五次、七次等奇數(shù)次諧波。所謂三次、五次、七次諧波磁密，即在一對(duì)磁極極距中有三、五、七個(gè)波長(zhǎng)的正弦形磁密波。這些諧波也要在各槽里的導(dǎo)體中感應(yīng)出各次諧波電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)繞組采用了短距、分布以及三相連接時(shí)，可以使各次諧波電動(dòng)勢(shì)大大被消弱，甚至使某次諧波電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)然，短距、分布也能降低基波電動(dòng)勢(shì)，只要設(shè)計(jì)合理，讓基波電動(dòng)勢(shì)消弱的少，

7、而大大消弱諧波電動(dòng)勢(shì)就可以了。27三相星接和角接，在三相線電動(dòng)勢(shì)中不會(huì)有三次諧波及三的倍數(shù)次諧波電動(dòng)勢(shì)出現(xiàn)。這是由于三相三次諧波以及三的倍數(shù)次諧波電動(dòng)勢(shì)在時(shí)間相位上同相所造成的。28例題6-4 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，定子采用雙層短距分布繞組。已知Z=36，p=3，y1=5槽，線圈的匝數(shù)Ny=20，并聯(lián)支路數(shù)a=1，頻率f=50Hz，每極磁通量=0.00398Wb，求：1）導(dǎo)體基波電動(dòng)勢(shì)2）線匝基波電動(dòng)勢(shì)293）線圈基波電動(dòng)勢(shì)4）極相組基波電動(dòng)勢(shì)5）相繞組基波電動(dòng)勢(shì)返回306.3 交流電機(jī)電樞單相繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)目錄在電機(jī)里，不管什么樣的繞組，當(dāng)流過(guò)電流時(shí)，都要產(chǎn)生磁通勢(shì)。所謂磁通勢(shì)，指的是繞組里

8、的全電流，或安培數(shù)。交流電機(jī)電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與直流電機(jī)相比，要復(fù)雜一些。分析磁通勢(shì)的大小及波形等問(wèn)題，應(yīng)從兩大方面來(lái)考慮：1）首先是繞組在定子空間所在的位置；2）其次再考慮該繞組流過(guò)的電流，在時(shí)間上又是如何變化的。交流繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)，既是空間的函數(shù)，又是時(shí)間的函數(shù)。31磁通勢(shì)從定子到轉(zhuǎn)子的方向作為正方向。磁通勢(shì)的大小是由電流的大小決定的，當(dāng)電流按正弦規(guī)律變化時(shí)，磁通勢(shì)的大小也隨之按正弦規(guī)律變化，稱(chēng)為脈振波。磁通勢(shì)交變的頻率與電流的頻率一樣。該磁通勢(shì)的極數(shù)為一對(duì)，與電機(jī)的極數(shù)對(duì)數(shù)相等。6.3.1 整距線圈的磁通勢(shì)1、整距線圈的磁通勢(shì)32四極電機(jī)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)該磁通勢(shì)的極數(shù)為兩對(duì)，與電機(jī)的

9、極數(shù)對(duì)數(shù)相等矩形分布的脈沖磁通勢(shì)表達(dá)式為332、磁通勢(shì)展開(kāi)空間矩形波可用傅氏基數(shù)展成無(wú)窮多個(gè)正弦波。因此，空間矩形分布的脈振磁通勢(shì)，可以展開(kāi)成無(wú)窮多個(gè)空間正弦分布的磁通勢(shì)，每個(gè)正弦分布的磁通勢(shì)同時(shí)都隨時(shí)間正弦變化34基波磁通勢(shì)為三次諧波磁通勢(shì)為五次諧波磁通勢(shì)為35基波及其諧波磁通勢(shì)的特點(diǎn)1）基波及其諧波磁通勢(shì)的最大值362）基波及其諧波磁通勢(shì)的極對(duì)數(shù)基波磁通勢(shì)的極對(duì)數(shù)與電機(jī)的極對(duì)數(shù)一樣多，三次諧波的極對(duì)數(shù)是基波的三倍，五次諧波磁通勢(shì)的極對(duì)數(shù)是基波的五倍，等等。3）基波及其諧波磁通勢(shì)幅值隨時(shí)間變化的關(guān)系當(dāng)電流隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化時(shí)，不論是基波磁通勢(shì)或諧波磁通勢(shì)，它們的幅值都是隨時(shí)間按電流的變化規(guī)

10、律而變化，即在時(shí)間上，都為脈振波。3738393、基波脈振磁通勢(shì)(1)討論朝+方向旋轉(zhuǎn)，行波在電機(jī)中為旋轉(zhuǎn)波40(2)討論朝-方向旋轉(zhuǎn)，行波在電機(jī)中為旋轉(zhuǎn)波41由前面的分析，可以得到1）一個(gè)脈振波可以分解為兩個(gè)波長(zhǎng)與諧振波完全一樣，分別朝相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)波，旋轉(zhuǎn)波的幅值是原諧振波最大振幅的一半；2）當(dāng)脈振波振幅為最大值時(shí)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)波正好重疊在一起。一個(gè)在空間按余弦分布的磁通勢(shì)波，可以用一個(gè)空間矢量來(lái)表示，讓矢量的長(zhǎng)短等于該磁通勢(shì)的幅值，矢量的位置就在該磁通勢(shì)波正幅值所在的位置。42436.3.2 短距線圈的磁通勢(shì)4445整距線圈時(shí)，基波磁通勢(shì)為雙層短距線圈時(shí)，基波磁通勢(shì)為466.3.3 單層

11、分布線圈產(chǎn)生的磁通勢(shì)476.3.4 單層短距對(duì)氣隙磁通勢(shì)波形的影響在電機(jī)中，為了改善電機(jī)的性能，希望基波的磁通勢(shì)占主要分量，盡量減小各次諧波的分量，為此，設(shè)計(jì)電機(jī)的繞組時(shí)，要采用短距和分布繞這。只要設(shè)計(jì)合理就可以大大的降低諧波磁通勢(shì)的影響486.3.5 單相繞組磁通勢(shì)整距線圈的基波磁通勢(shì)幅值為雙層短距線圈的基波磁通勢(shì)幅值為單相相繞組的基波磁通勢(shì)幅值為49單相繞組磁通勢(shì)的表達(dá)式單相雙層短距分布繞組的基波磁通勢(shì)的特點(diǎn)在氣隙空間按cos分布,振幅按cost變化當(dāng)時(shí)間電角度t=0時(shí)，在空間電角度=0的地方，是最大正幅值所在地，即單相繞組的軸線處返回506.4 三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)目錄6.4.1 基

12、波磁通勢(shì)等效三相繞組51三相繞組流過(guò)的電流為三相產(chǎn)生的基波磁通勢(shì)52三相基波磁通勢(shì)分解為上邊三個(gè)式子相加53三相6個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的合成+A=0+B=120+C=240三相合成基波磁通勢(shì)為行波，朝方向+以角速度旋轉(zhuǎn)，合成矢量端點(diǎn)的軌跡是個(gè)圓，稱(chēng)為圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)54三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的特點(diǎn)1）幅值不變,為圓形旋轉(zhuǎn)磁通2)轉(zhuǎn)向磁通勢(shì)的轉(zhuǎn)向?yàn)殡娏鞯南嘈?，從領(lǐng)先相到滯后相旋轉(zhuǎn)3)轉(zhuǎn)速4)瞬間位置 當(dāng)某相的電流值達(dá)到最大值時(shí)，合成磁通勢(shì)正好位于該軸線處55用磁力線表示的三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖566.4.2 三相的三次諧波磁通勢(shì)57三相三次諧波磁通勢(shì)互相抵消，同理可以知道三的倍數(shù)次諧波的合成磁通勢(shì)也是零。采用

13、分布和短距繞組可以大大的降低五次和七次諧波等高次諧波，因此三相繞組可以忽略諧波，只認(rèn)為基波磁通勢(shì)是主要的58例題6-5已知三個(gè)匝數(shù)彼此相等的整距線圈AX，BY，CZ在定子的槽內(nèi)集中地放在一起，如下圖所示。若三個(gè)整距線圈里流過(guò)的電流分別如下，求產(chǎn)生的合成基波總磁通勢(shì)59例題6-6已知三個(gè)整距線圈匝數(shù)彼此相等，按彼此相距120空間電角度放在電機(jī)的定子槽內(nèi)，如圖下所示。若三個(gè)線圈里流過(guò)的電流分別如下，求合成基波總磁通勢(shì)返回606.5 兩相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)例題6-7已知在電機(jī)定子槽內(nèi)放置兩個(gè)空間相距90電角度，且匝數(shù)相等的整距線圈AX，BY（兩相對(duì)稱(chēng)繞組），如下圖所示。若兩個(gè)線圈里流過(guò)的電流分別如下，求合成基波總磁通勢(shì)解書(shū)中有誤目錄61例題6-8把上例中在定子空間相距90電角度的兩個(gè)整距線圈換成兩相對(duì)稱(chēng)繞組，每相繞組都是雙層短距分布繞組，他們的串聯(lián)匝數(shù)都相等，仍用AX，BY表示每相繞組的引出線。若兩個(gè)線圈里流過(guò)的電流分別