第二篇交流電機(jī)的共同理論問題

1、第二篇交流電機(jī)的共同理論問題第1頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 和變壓器相仿，在交流電機(jī)中要進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換必須要有繞組。交流繞組盡管形式多樣，但其基本功能相同，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、導(dǎo)通電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以其構(gòu)成原則也基本相同。一般來說，對(duì)交流繞組有以下一些基本要求:（1）在一定的導(dǎo)體數(shù)下，有合理的最大繞組合成電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)。（2）各相的相電動(dòng)勢(shì)和相磁動(dòng)勢(shì)波形力求接近正弦波，即要求盡量減少它們的高次諧波分量。（3）對(duì)三相繞組，各相的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)要求對(duì)稱（大小相等且相位上互差120），并且三相阻抗也要求相等。（4）繞組用銅量少，絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度可靠，散熱條件 （5）繞

2、組的制造、安裝和檢修要方便。第2頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日6.1.2 繞組的分類:由于交流電機(jī)應(yīng)用范圍非常廣，不同類型的交流電機(jī)對(duì)繞組的要求也各不相同，因此交流繞組的種類也非常多。其主要分類方法有：（1）按槽內(nèi)層數(shù)分，可分為單層和雙層繞組。其中，單層繞組又可分為鏈?zhǔn)健⒔徊媸胶屯氖嚼@組；雙層繞組又可分為疊繞組和波繞組。（2）按相數(shù)分，可分為單相、兩相、三相及多相繞組。（3）按每極每相槽數(shù)，可分為整數(shù)槽和分?jǐn)?shù)槽繞組。盡管交流繞組種類很多，但由于三相雙層繞組能較好地滿足對(duì)交流繞組的基本要求 ，所以現(xiàn)代動(dòng)力用交流電機(jī)一般多采用三相雙層繞組。第3頁(yè)，共92頁(yè)，2022年

3、，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日6.2 槽電動(dòng)勢(shì)星形圖6.2.1 相關(guān)概念的介紹:（1）極對(duì)數(shù)：指電機(jī)主磁極的對(duì)數(shù)，通常用p表示。（2）電角度：在電機(jī)理論中，我們把一對(duì)主磁極所占的空間距離，稱為360的空間電角度。 （3）機(jī)械角度：一個(gè)圓周真正的空間角度為機(jī)械角度360。很明顯，電角度=極對(duì)數(shù)機(jī)械角度。（4）槽距角：相鄰兩槽間的距離用電角度表示，叫做槽距角，用 表示。第4頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日（5）極距：極距指電機(jī)一個(gè)主磁極在電樞表面所占的長(zhǎng)度。其表示方法很多，可用槽數(shù)： 空間長(zhǎng)度（6）每極每相槽數(shù)：在交流電機(jī)中，每極每相占有的平均槽數(shù)q是一個(gè)重要的參數(shù)，

4、如電機(jī)槽數(shù)為Z，極對(duì)數(shù)為p，相數(shù)為m。則得： q=1的繞組稱為集中繞組，q1的繞組稱為分布繞組。 第5頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日6.2.2 槽電動(dòng)勢(shì)星形圖： 槽電動(dòng)勢(shì)星形圖：當(dāng)把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電動(dòng)勢(shì)分別用相量表示時(shí)，這些相量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖，槽電動(dòng)勢(shì)星形圖是分析交流繞組的有效方法，下面我們用具體例子來說明。 例：下圖是一臺(tái)三相同步發(fā)電機(jī)的定子槽內(nèi)導(dǎo)體沿電樞內(nèi)圓周的分布情況，已知2p=4,電樞槽數(shù)Z=24,轉(zhuǎn)子磁極逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，試?yán)L出槽電動(dòng)勢(shì)星形圖。第6頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日解：先計(jì)算槽距角： 設(shè)同步電機(jī)的

5、轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)的磁通密度沿電機(jī)氣隙按正弦規(guī)律分布，則當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，均勻分布在定子圓周上的導(dǎo)體切割磁力線，感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。由于各槽導(dǎo)體在空間電角度上彼此相差一個(gè)槽距角，因此導(dǎo)體切割磁場(chǎng)有先有后，各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)彼此之間存在著相位差，其大小等于槽距角。 第7頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日第8頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 從槽電動(dòng)勢(shì)星形圖上我們可以看出： 槽電動(dòng)勢(shì)星形圖的一個(gè)圓周的距離使用電角度3600，即一對(duì)磁極的距離。所以，112號(hào)相量和1324重合。一般來說,當(dāng)用相量表示各槽的導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí),由于一對(duì)磁極下有Z/P個(gè)槽,因此

6、一對(duì)磁極下的Z/P個(gè)槽電動(dòng)勢(shì)相量均勻分布在3600的范圍內(nèi),構(gòu)成一個(gè)電動(dòng)勢(shì)星形圖.第9頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日6.3 三相單層繞組和雙層繞組 定義:定子或轉(zhuǎn)子每槽中只有一個(gè)線圈邊的三相交流繞組稱為三相單層繞組。一、相關(guān)概念: 1、 線圈（元件）：是構(gòu)成繞組的基本元件，它由Nc根線匝串聯(lián)而成，線圈中嵌放在槽內(nèi)的部分稱為有效線圈邊，線圈邊之間的連接部分稱為端部。如圖： Y1：線圈的第一節(jié)距，常用槽數(shù)來進(jìn)行表示。 第10頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日y1 =，則稱線圈為整距線圈，y1為長(zhǎng)距。2、單層繞組： 三相交流繞組由于每槽中只包含一個(gè)

7、線圈邊，所以其線圈數(shù)為槽數(shù)的一半。三相單層繞組比較適合于10KW以下的小型交流異步電機(jī)中，很少在大、中型電機(jī)中采用。3、 分類：按照線圈的形狀和端部連接方法的不同，三相單層繞組主要可分為鏈?zhǔn)?、同心式和交叉式等型式。?1頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日第12頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 介紹一個(gè)相關(guān)概念： 分相：由于繞組為三相繞組，因此還需把各槽導(dǎo)體分為三相，在槽電動(dòng)勢(shì)星形圖上劃分各相所屬槽號(hào)。分相的原則是使每相電動(dòng)勢(shì)最大，并且三相的電動(dòng)勢(shì)相互對(duì)稱。通常三相繞組使用60分相法，即把槽電動(dòng)勢(shì)星形圖6等分，每一等分稱為一個(gè)相帶，依次分別為A、

8、Z、B、X、C、Y相帶，如 下所示：第13頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 相帶極數(shù) A Z B X C Y第一極數(shù) 1 23 45 67 89 1011 12第二極數(shù)13 1415 1617 1819 20 21 22 23 24第14頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日第15頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 雙層繞組：指電機(jī)每一槽分為上下兩層，線圈（元件）的一個(gè)邊嵌在某槽的上層，另一邊安放在相隔一定槽數(shù)的另一槽的下層的一種繞組結(jié)構(gòu)。雙層繞組的線圈結(jié)構(gòu)和單層繞組相似，但由于其一槽可安放兩個(gè)線圈邊，所以雙層繞組的線圈數(shù)和

9、槽數(shù)正好相等。根據(jù)雙層繞組線圈形狀和連接規(guī)律，三相雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩大類。下面僅介紹疊繞組。第16頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 疊繞式：任何兩個(gè)相鄰的線圈都是后一個(gè)“緊疊”在另一個(gè)上面，故稱為疊繞組。 雙層疊繞組的主要優(yōu)點(diǎn)在于：1）可以靈活地選擇線圈節(jié)距來改善電動(dòng)勢(shì)和磁 動(dòng)勢(shì)波形；2）各線圈節(jié)距、形狀相同，便于制造；3）可以得到較多的并聯(lián)支路數(shù)；4）可采用短距線圈以節(jié)約端部用銅。第17頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日主要缺點(diǎn)在于：1）嵌線較困難，特別是一臺(tái)電機(jī)的最后幾個(gè)線圈；2）線圈組間連線較多，極數(shù)多時(shí)耗銅量較大。一般10K

10、W以上的中、小型同步電機(jī)和異步電機(jī)及大型同步電機(jī)的定子繞組采用雙層疊繞組。下面我們通過具體例子來說明疊繞組的繞制方法。第18頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日三相交流電機(jī)Z=24，2p=4，試?yán)L制a=2的三相雙層疊繞組展開圖。解：先計(jì)算：（2）畫出電動(dòng)勢(shì)星形圖（3）分相第19頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日（4）繪制繞組展開圖: 將同一磁極下屬于同一相帶的線圈依次連成一個(gè)線圈組則A相可得四個(gè)線圈組，分別為1-2，7-8，13-14，19-20。同理B、C兩相也各有4個(gè)線圈組。四個(gè)線圈組的電動(dòng)勢(shì)的大小相等，但同一相的兩個(gè)相帶中的線圈組電動(dòng)勢(shì)相位相

11、反 .第20頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日第21頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日6.5 正弦分布磁場(chǎng)下繞組的電動(dòng)勢(shì)在交流電機(jī)中，一般要求電機(jī)繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間作正弦變化，這就要求電機(jī)氣隙中磁場(chǎng)沿空間為正弦分布。要得到完全嚴(yán)格的正弦波磁場(chǎng)很難實(shí)現(xiàn)，但是可以采取各種結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸使磁場(chǎng)盡可能接近正弦波，例如從磁極形狀、氣隙大小等方面進(jìn)行考慮。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，常用波形正弦性畸變率來控制電動(dòng)勢(shì)波形的近似程度。本節(jié)首先研究在正弦分布磁場(chǎng)下定子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)，我們先看一個(gè)導(dǎo)體內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)的大小，在看線圈內(nèi)的。第22頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月2

12、0日，20點(diǎn)32分，星期日一、 導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)： 當(dāng)氣隙磁場(chǎng)的磁通密度B在空間按正弦波分布時(shí)，設(shè)其最大磁密為Bm1，則： B= Bm1sin 當(dāng)導(dǎo)體切割氣隙磁場(chǎng)時(shí)：其中：所以導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)的有效值為：第23頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日又因?yàn)檎也ù磐芏鹊钠骄禐椋好繕O磁通為：都帶入上式： 這是一個(gè)導(dǎo)體內(nèi)的電動(dòng)勢(shì)， 下面我們展開看線圈內(nèi)的。 第24頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日二、線圈電動(dòng)勢(shì)和短距系數(shù)： 線圈一般由Nc匝構(gòu)成，當(dāng)Nc=1時(shí)，為單匝線圈。1、單匝時(shí)： 稱為整距線圈。如圖所示：由于整距線匝兩有效邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值大小相等而方向相反

13、，故整距線匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：y1= 第25頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日其有效值為：而對(duì)于 的短距線圈，其有效邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相量相位差 所以短距線匝的電動(dòng)勢(shì)為： y1 IBNBkN1,則A、B兩相的磁動(dòng)勢(shì)分別為:其中:第86頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 可見,此時(shí)的A,B相繞組所產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢(shì)的大小并不相等,下面我們用空間矢量法來進(jìn)行分析: 在t=90瞬間，仍將兩相磁動(dòng)勢(shì)的基波各自分解為正、反向的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，然后將每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量來表示。第87頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日顯然，正轉(zhuǎn)合成

14、基波磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。而反轉(zhuǎn)合成基波磁動(dòng)勢(shì)等于 :反轉(zhuǎn)合成基波磁動(dòng)勢(shì)仍為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。與前面對(duì)稱情況下不同的是這時(shí)反轉(zhuǎn)合成基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值不為零。第88頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 既然在電機(jī)里同時(shí)存在著正、反轉(zhuǎn)合成基波磁動(dòng)勢(shì)，就應(yīng)該把它們相加起來，從而得出 總磁動(dòng)勢(shì)。由于 和 的旋轉(zhuǎn)方向相反， 因此只能在固定某個(gè)瞬間相加,如圖所見: *我們可以發(fā)現(xiàn)，合成磁動(dòng)勢(shì)的軌跡是一個(gè)橢 圓，因此被稱為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng) 和 同相時(shí)，為橢圓的長(zhǎng)軸；當(dāng) 和 反方向時(shí)為橢圓的短軸。第89頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日第90頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)32分，星期日 另外，橢圓形磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向和正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向相同，即仍從電流領(lǐng)先相繞組向電流滯后相繞組旋轉(zhuǎn)。但橢圓型磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速不是均勻的，其平均轉(zhuǎn)速為第91頁(yè)，共92頁(yè)，2022年，5月20日