交流電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、 交流電機(jī)基礎(chǔ)第 六 章交流電機(jī)的共同理論 繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)交 流 電 機(jī) 繞 組 構(gòu) 成 原 則三 相 單 層 繞 組*三 相 雙 層 繞 組交 流 電 機(jī) 繞 組 磁 勢(shì) 交 流 電 機(jī) 繞 組 電 勢(shì) 交流電機(jī)的共同理論 繞組、電勢(shì)和磁勢(shì)本章要求： 掌握交流電機(jī)三相繞組構(gòu)成原則。 能夠繪制三相單層同心式分布繞組展開圖。 掌握基波磁場(chǎng)下集中、分布繞組線圈組電勢(shì)計(jì)算。 熟悉基波磁場(chǎng)下雙層、短距分布繞組相電勢(shì)計(jì)算。掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)及其主要結(jié)論。熟練掌握單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢(shì)基波可以分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。掌握三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的條件、性質(zhì)及其主要結(jié)論。熟練掌握三相對(duì)稱繞組產(chǎn)生圓形

2、旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)基波的大小、轉(zhuǎn)向、速度 。交流電機(jī) 同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)異步發(fā)電機(jī)(性能較差）異步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)異步電機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉，但它是感性負(fù)載，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞，調(diào)速性能差。 兩種型式的交流電機(jī)在涉及的理論、基本結(jié)構(gòu)原理方面具有下面三個(gè)共同部分： 交流繞組的基本結(jié)構(gòu)交流繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)交流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì) 一、 同步發(fā)電機(jī)工作原理 定子繞組如圖排列；轉(zhuǎn)子磁極在外力作用下旋轉(zhuǎn)，定子繞組切割氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生電勢(shì)。上下第一節(jié) 交 流 電 機(jī)ZCBYXANSn電勢(shì)頻率fN=50Hzn轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，p極對(duì)數(shù)p=1,n=3000rpm;p=2,n

3、=1500rpm;p=3,n=1000rpm;AnN1S1N2S2上下或同步發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)上下二、異步電動(dòng)機(jī)的工作原理n有功i2SNn1e2femT原理視頻 第二節(jié) 三相交流電機(jī)的定子繞組 異步電動(dòng)機(jī)的工作磁場(chǎng)（主磁場(chǎng)）是一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，是依靠定子繞組中通以交流電流來建立的。因此，定子上的三相繞組必須保證當(dāng)它通以三相交流電流后，其所建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一定的極數(shù)、一定的大小，并且在空間的分布波形接近正弦波形，而且由該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在繞組本身中所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也是對(duì)稱的。這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)來建立，那么對(duì)磁場(chǎng)的要求，也就是對(duì)磁動(dòng)勢(shì)的要求。 交流電機(jī)包含異步機(jī)和同步機(jī)。其定子結(jié)構(gòu)相同，都由定子鐵芯和定子繞

4、組組成；它們的繞組、電勢(shì)、磁勢(shì)都相同。一、交流繞組構(gòu)成原則 1、每相繞組產(chǎn)生的相電勢(shì)應(yīng)為正弦，且數(shù)值盡可能大。 2、各相繞組的電勢(shì)、電阻和電抗在數(shù)值上盡可能相等，感應(yīng)電勢(shì)在相位上也要對(duì)稱，即在時(shí)間上互差120電角度。上下 3、端接線盡可能短，節(jié)約銅線，減小損耗。 4、元件制造方便，嵌線工藝方便，便于保證質(zhì)量和節(jié)約制造工時(shí)。二、繞組基本知識(shí)極距是指每一磁極所占定子內(nèi)圓周的距離，即有 節(jié)距y是指線圈兩有效邊之間的距離。單層繞組是整距繞組，即有y=每極每相槽數(shù)q是指一個(gè)磁極下一相繞組所占有的槽數(shù)，即有：相帶：是指一相繞組在一個(gè)磁極下連續(xù)所占的范圍。機(jī)械角：電機(jī)圓周空間角度為360或?yàn)?弧度，稱這種角

5、度為機(jī)械角。對(duì)于一對(duì)磁極由NSN變化一周相當(dāng)于360電角度或?yàn)?電弧度。當(dāng)電機(jī)有p對(duì)磁極時(shí)，電角度=p機(jī)械角。分析：每一磁極占180電角度，三相繞組的每相繞組在一個(gè)極下只占三分之一，即60相帶。P=2時(shí)，繞組的排列A1 每對(duì)磁極下，都應(yīng)有一個(gè)ABC三相繞組，其排列順序在一對(duì)磁極下應(yīng)對(duì)稱。B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2結(jié)論： 三相繞組排列順序?yàn)椋好繉?duì)磁極下，六個(gè)繞組邊在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序?yàn)椋篈、Z、B、X、C、Y；且互差60電角度。上下電角度=機(jī)械角度pA1X1 每相繞組不可能放在一個(gè)槽中，應(yīng)均勻放在相鄰的幾個(gè)槽中，串聯(lián)在一起。每極每相槽數(shù)q=總槽數(shù)Z2pmP：極對(duì)數(shù)；m：相數(shù)

6、。上下 線圈節(jié)距Y1:一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間的距離。上下繞組編繞方法有：同心式和疊繞AX同心式AX疊繞上下單匝二、 三 相 單 層 交 流 繞 組 一交流機(jī)：Z=24，P=2，m=3，畫出單層同心式繞組展開圖。1、畫出結(jié)構(gòu)圖，標(biāo)出槽號(hào)A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y21234567891011121314151617181920212223242、標(biāo)出AZBXCY的位置上下 每相繞組由兩個(gè)線圈組組成。如: A1X1，A2X2；組成A相。其中A1X1，A2X2感應(yīng)的電勢(shì)相同。 每個(gè)線圈組由兩個(gè)線圈組成，1，2；7，8；組成A1X1線圈組。上下3、畫出繞組展開圖13，14；19，2

7、0；組成A2X2線圈組。A1B1Z1X1C1Y1A2Z2B2X2C2Y2123456789101112131415161718192021222324A1B1Z1X1C1Y1A2Z21234567891011121314151617181920212223241234567891011121314151617181920A1X1A2X2AX繞組展開圖上下 當(dāng)定子每相繞組AX、BY、CZ匝數(shù)相同，六個(gè)繞組端在空間沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向排列順序?yàn)椋篈、Z、B、X、C、Y；且互差60電角度時(shí)，三相電勢(shì)為對(duì)稱電勢(shì)。電角度=機(jī)械角度p上下第三節(jié) 交 流 定子繞 組 的 電 動(dòng) 勢(shì)氣隙磁場(chǎng)分布增加B A氣隙磁場(chǎng)可分解

8、為正弦波上下一、導(dǎo)體電勢(shì)b A導(dǎo)體A中電勢(shì)為：L：導(dǎo)體A的有效長(zhǎng)度；v：導(dǎo)體A相對(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度。 B 是旋轉(zhuǎn)的，旋轉(zhuǎn)的角頻率為，則導(dǎo)體A相對(duì)磁密的空間電角度= t。上下1、導(dǎo)體中基波電勢(shì)導(dǎo)體中基波幅值b AB 1B P將正弦基波磁場(chǎng)等效為矩形波：每極基波磁通平均值：導(dǎo)體中基波有效值上下2、導(dǎo)體中諧波電勢(shì)上下3、導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)與磁通的相量關(guān)系+A+j二、線圈電勢(shì)和短距系數(shù)1、整距匝電勢(shì)該匝基波電勢(shì)：一匝線圈由兩個(gè)導(dǎo)體邊，相距。 設(shè)電勢(shì)出為正，兩個(gè)基波電勢(shì)的大小相等，相位差180。該匝諧波電勢(shì)：上下2、整距線圈電勢(shì)AXNy 設(shè)線圈由Ny匝組成，則線圈電勢(shì)為一匝電勢(shì)的Ny倍?；妱?shì)：諧波電勢(shì)：上

9、下3、短距匝電勢(shì)線圈的兩個(gè)導(dǎo)體邊相距y1 。設(shè)短距比=y1/ 則兩個(gè)基波電勢(shì)大小相等，相位差 180。+j該匝基波電勢(shì)：Ky1=sin /2:基波短距系數(shù)短距Ny匝線圈基波電勢(shì)：諧波電勢(shì)：nXASN上下諧波短距系數(shù)：結(jié)論：為了消除第次諧波電勢(shì)，使線圈節(jié)距縮短次諧波的一個(gè)極距，即y1 =(1-1/ )。如：要消除第3次諧波電勢(shì)，則y1 =(1-1/3)=(2/3)上下三、線圈組（極相組）電勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)而成。設(shè)q=3，三個(gè)線圈基波電勢(shì)分別為：R線圈組電勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電勢(shì)的相量和。A1X1相量合成時(shí)有一個(gè)外接圓。上下R同在一個(gè)槽中總電勢(shì)上下基波繞組系數(shù)上下四、消弱諧波電勢(shì)不

10、良影響的方法（1）使氣隙磁場(chǎng)沿電樞表面的分布盡量接近正弦波。（2）利用三相對(duì)稱繞組的連接來消除線電動(dòng)勢(shì)中的三次及其倍數(shù)次奇次諧波。（3）采用短距繞組來消弱高次諧波電動(dòng)勢(shì)。 每相繞組根據(jù)極相組串聯(lián)或并聯(lián)關(guān)系，可計(jì)算出總等效匝數(shù)為N，則相電勢(shì)為：?jiǎn)螌永@組：極對(duì)數(shù)并聯(lián)支路數(shù)雙層繞組：上下第四節(jié) 脈振磁動(dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)磁場(chǎng)由磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，磁場(chǎng)大小、性質(zhì)由F決定。當(dāng)交流繞組中有電流通過時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)，在空間，形成磁場(chǎng)。上下異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)三相對(duì)稱繞組流過三相對(duì)稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)決定，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)實(shí)際上是由單相繞組磁動(dòng)勢(shì)合成的。因此，分析旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)之前，需先分析單相繞組流過交流

11、電流時(shí)所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)。一、單相繞組的脈振磁動(dòng)勢(shì)集中繞組AX通入電流i 當(dāng)時(shí)間t確定，F(xiàn)=Ni，在空間應(yīng)為方波。it0AXfyF=Ni上下1.整距集中繞組的磁動(dòng)勢(shì)ooo單 相整距集中繞組的脈振磁勢(shì)ooe0oiAXF=Nit06090120180上下整距線圈所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間分布波形是一個(gè)矩形波,其周期是兩個(gè)極距,其幅值等于磁回路所包圍全電流的一半（iNy/2）。上下轉(zhuǎn)子定子2. 用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì) 3次諧波5次諧波上下結(jié)論: 1.基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為4/fk，是矩形波磁動(dòng)勢(shì)的4/倍； 諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值為基波幅值的1/倍；2.基波磁動(dòng)勢(shì)波長(zhǎng)與原矩形波長(zhǎng)一樣，磁極對(duì)數(shù)亦相同； 諧波的波長(zhǎng)為基

12、波的1/，極對(duì)數(shù)為基波的倍。上下磁動(dòng)勢(shì)的空間諧波 3.單相繞組基波脈振磁動(dòng)勢(shì)設(shè)AX中通入交流電為： 則每極磁勢(shì)表達(dá)式為：上下3.諧波分析 對(duì)周期性變化的矩形波分布的磁勢(shì)，用傅氏級(jí)數(shù)進(jìn)行諧波分析，可分解成為： 式中v=1，3，5為諧波系數(shù)，系數(shù)Cv為上下基波磁勢(shì)為：為基波磁勢(shì)最大幅值。三次諧波磁勢(shì)為：三次諧波磁勢(shì)最大幅值。上下五次諧波和高次諧波五次諧波磁勢(shì)為： 五次諧波磁勢(shì)最大幅值。還有七次、九次、十一次等高次諧波磁勢(shì)。上下fyfy1fy3oxfy5/3/5 矩形磁勢(shì)曲線分解為一系列諧波it0AX上下 諧波次數(shù)越高，其幅值就越小。 為了改善波形，除基波以外，考 慮消除三、五、七次諧波，由于三次

13、諧波及三的倍數(shù)次諧波在繞組連接成 三相對(duì)稱繞組時(shí)就已相互抵消(參看邱關(guān)源電路P330,13-5)，而五、七次諧波可通過短距和分布繞組來基本消除。因此當(dāng)連成三相繞組后，只考慮基波磁勢(shì)就可以了。 分析：上下脈振磁動(dòng)勢(shì)的分解推導(dǎo)： 根據(jù)三角函數(shù)的和差與積的關(guān)系：上下結(jié)論： 一個(gè)脈振磁勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等，轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，它們的幅值是原脈振磁勢(shì)最大幅值的一半。上下x0 單相脈振基波磁勢(shì)的時(shí)空關(guān)系圖Fym1x0Fym1/2x0-Fym1x0fa1fa1fa1fa1fa1fa1= Fm1fa1fa1fa1fa1fa1vv 正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)上下脈振磁勢(shì)動(dòng)畫結(jié)論： 1、單相繞組的磁動(dòng)

14、勢(shì)是一種在空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)；幅值位置始終在繞組的軸線處。 FAXXAFA1+- 2、 F1可分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)波，幅值為F1一半。上下it0AX3、基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值最大，諧波次數(shù)愈高，幅值愈小。2、線圈組（極相組）磁動(dòng)勢(shì)和分布系數(shù)：線圈組由q個(gè)槽中線圈串聯(lián)而成。設(shè)q=3，三個(gè)線圈基波磁動(dòng)勢(shì)分別為：R線圈組磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)是q個(gè)線圈電勢(shì)的相量和。A1X1相量合成時(shí)有一個(gè)外接圓。上下R同在一個(gè)槽中總磁動(dòng)勢(shì)上下二、三相繞組的基波磁勢(shì)ZCBYXAiA= Imcost ,iB= Imcos(t-120) ,iC= Imcos (t-240) 三個(gè)脈振磁勢(shì)FA、FB、FC相在空間合成

15、。FAFBFC上下t0120240iiAiBiC1)t=0時(shí)，iA= Imcost =Im, FA=FmiB= Imcos(t-120) = -1/2Im, FB= -1/2FmiC= Imcos (t-240) = -1/2Im , FC= -1/2FmZCBYXA+FC+FBZCBYXA+FAt0120240iiAiBiC下上2)t=120時(shí)，iA= Imcost = -1/2Im, FA= -1/2FmiB= Imcos(t-120) =Im, FB=FmiC= Imcos (t-240) = -1/2Im , FC= -1/2Fm+FC+FBZCBYXAZCBYXA+FAt012024

16、0iiAiBiC下上3)t=240時(shí)，iA= Imcost = -1/2Im, FA= -1/2FmiB= Imcos(t-120) = -1/2Im, FB= -1/2FmiC= Imcos (t-240) = Im , FC= FmXCAY+FC+FBZBZCBYXA+FA4）t=360時(shí)，回到t=0時(shí)狀態(tài)。t0120240iiAiBiC下上三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)其中：這是一個(gè)振幅為單相基波磁勢(shì)振幅的3/2倍，在空間按正弦規(guī)律分布且隨時(shí)間向+x方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波。結(jié)論：1、三相對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，在空間產(chǎn)生基波磁勢(shì)合成F1是旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，振幅為單相脈振磁勢(shì)的3/2倍。2、F1的旋轉(zhuǎn)方向與通

17、電相序一致：順序轉(zhuǎn)向?yàn)椋?ABC3、F1的轉(zhuǎn)速：電流頻率極對(duì)數(shù)上下4、三相電流哪相電流最大時(shí)，合成基波磁勢(shì)的振幅也恰好位于該相繞組的軸線處。三、產(chǎn)生圓形磁勢(shì)的條件端點(diǎn)軌跡為圓的空間磁勢(shì)。產(chǎn)生圓形磁勢(shì)的條件： 1、對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁勢(shì)；旋轉(zhuǎn)方向與通電相序一致。 常見：三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流（互差120）；或兩相對(duì)稱繞組通入兩相對(duì)稱電流（互差90），產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁勢(shì)。上下 2、對(duì)稱繞組通入有相位差的非對(duì)稱交流電流；或非對(duì)稱繞組通入對(duì)稱交流電流，產(chǎn)生橢圓旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 3、繞組通入無相位差的交流電流產(chǎn)生脈振磁勢(shì)。ABCiAiBiC脈振磁勢(shì)ABCiAiBiC圓形磁勢(shì)上下AB電容

18、iAiBu 旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，若電流差90為圓形磁勢(shì)。上下樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。8月-228月-22Sunday, August 21, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。01:14:3501:14:3501:148/21/2022 1:14:35 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。8月-2201:14:3501:14Aug-2221-Aug-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。01:14:3501:14:3501:14Sunday, August 21, 2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。8月-228月-2201:14:3501:14:35August 2

19、1, 2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年8月21日1:14 上午8月-228月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。21 八月 20221:14:35 上午01:14:358月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。八月 221:14 上午8月-2201:14August 21, 2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/8/21 1:14:3501:14:3521 August 2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。1:14:35 上午1:14 上午01:14:358月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。8月-228月-2201:14

20、01:14:3501:14:35Aug-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/8/21 1:14:35Sunday, August 21, 2022相信相信得力量。8月-222022/8/21 1:14:358月-22謝謝大家！樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。8月-228月-22Sunday, August 21, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。01:14:3501:14:3501:148/21/2022 1:14:35 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。8月-2201:14:3501:14Aug-2221-Aug-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工

21、程建設(shè)質(zhì)量。01:14:3501:14:3501:14Sunday, August 21, 2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。8月-228月-2201:14:3501:14:35August 21, 2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年8月21日1:14 上午8月-228月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。21 八月 20221:14:35 上午01:14:358月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。八月 221:14 上午8月-2201:14August 21, 2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/8/21 1:14:3501:14:3521 August 2022好的事情馬上就會(huì)到來，一切都是最好的安排。1:14:35 上午1:14 上午01:14:358月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開二度，業(yè)績(jī)保底。8月-228月-2201:1401:14:3501:14:35Aug-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/8/21 1:14:35Sunday, August 21, 2022相信相信得力量。8月-222022