第四章 電動勢

旋轉(zhuǎn)磁場是交流電機(jī)工作的基礎(chǔ)。在交流電機(jī)理論中有兩種旋轉(zhuǎn)磁場：

(1)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場

通過原動機(jī)拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場；(2)電氣旋轉(zhuǎn)磁場

三相對稱的交流繞組通入三相對稱的交流電流時(shí)會在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場；

交流繞組處于旋轉(zhuǎn)磁場中，并切割旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電勢?！?－3交流繞組的感應(yīng)電動勢電氣旋轉(zhuǎn)磁場機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場交流繞組的構(gòu)成：導(dǎo)體--線圈--線圈組--一相繞組--三相繞組。一、相繞組中的基本電動勢

感應(yīng)電勢隨時(shí)間變化的波形和磁感應(yīng)強(qiáng)度在空間的分布波形相一致。

只考慮磁場基波時(shí)，感應(yīng)電勢為正弦波。1、導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢的波形

磁場轉(zhuǎn)過一對極，導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢變化一個(gè)周期；磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)過p（電機(jī)的極對數(shù)）對磁極；轉(zhuǎn)速為n（r/min)的電機(jī)，每秒鐘轉(zhuǎn)過(pn/60)對極；導(dǎo)體中感應(yīng)電勢的頻率f=(pn/60)Hz.

問題：四極電機(jī)，要使得導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢為50Hz,轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？

感應(yīng)電勢的頻率感應(yīng)電勢的大小導(dǎo)體感應(yīng)電勢導(dǎo)體與磁場的相對速度：

磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值和平均值之間的關(guān)系：感應(yīng)電勢最大值：感應(yīng)電勢的有效值：繞組中均勻分布著許多導(dǎo)體，這些導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢有效值，頻率，波形均相同；但是他們的相位不相同。導(dǎo)體感應(yīng)電勢小結(jié)：整距線圈中的感應(yīng)電勢

2、線圈中的感應(yīng)電勢線圈的兩個(gè)有效邊處于磁場中相反的位置，其感應(yīng)電勢相差180電角度。整距線圈的感應(yīng)電勢：考慮到線圈的匝數(shù)后：線圈的兩個(gè)有效邊在磁場中相距為y1,其感應(yīng)電勢相位差是180-β電角度。短距線圈中的感應(yīng)電勢短距角：短距線圈的感應(yīng)電勢：短距系數(shù)：短距系數(shù)小于1，故短距線圈感應(yīng)電勢有所損失；但短距可以削弱高次諧波.每對極下屬于同一相的q個(gè)線圈，構(gòu)成一個(gè)線圈組。圖中q=3

每個(gè)線圈的感應(yīng)電勢由兩個(gè)線圈邊的感應(yīng)電勢矢量相加而成。整個(gè)線圈組的感應(yīng)電勢由所有屬于該組的導(dǎo)體電勢矢量相加。線圈組的感應(yīng)電勢矢量式分布系數(shù)：線圈組的電勢：線圈組的感應(yīng)電勢3、一相繞組的電勢單層繞組的相電勢單層繞組每對極每相q個(gè)線圈，組成一個(gè)線圈組，共p個(gè)線圈組。若p個(gè)線圈組全部并聯(lián)則相電勢=線圈組的電勢若p個(gè)線圈組全部串聯(lián)則相電勢=p倍線圈組電勢實(shí)際線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù)

相電勢：雙層繞組每對極每相有2q個(gè)線圈，構(gòu)成兩個(gè)線圈組，共2p個(gè)線圈組；

這2p個(gè)線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù)雙層繞組的電勢雙層繞組要考慮到短距系數(shù)：為繞組系數(shù)：三相繞組由在空間錯(cuò)開120電角度對稱分布的三個(gè)單相繞組構(gòu)成，三相相電勢在時(shí)間上相差120度電角度。三相線電勢與相電勢的關(guān)系：

三角形接法，線電勢=相電勢；

星形接法，三相繞組的電勢正弦分布的以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，在三相對成交流繞組中會感應(yīng)出三相對稱交流電勢；感應(yīng)電勢的波形同磁場波形，為正弦波；

感應(yīng)電勢的頻率為f=(pn/60)Hz；相電勢的大小為

繞組系數(shù)三相繞組電勢總結(jié)二、相繞組中的高次諧波電動勢由于種種原因（定轉(zhuǎn)子鐵芯開槽、主極的外形、鐵心的飽和、氣隙磁場的非正弦分布），主極磁場在氣隙中不一定是正弦分布，此時(shí)繞組的感應(yīng)電動勢中，除基波外還有一系列高次諧波電動勢。通常，主極磁場的分布與磁極中心線相對稱，故氣隙磁場中含有奇次空間諧波。

＝1、3、5…

1、主極磁場產(chǎn)生次諧波的性質(zhì)極對數(shù)為基波的倍，極距為基波的1/，隨主極一起以同步轉(zhuǎn)速在空間移動。即諧波頻率：諧波電動勢的有效值：為次諧波的磁通量，為次諧波的繞組系數(shù)，齒諧波電動勢有一種諧波與一對極下的齒數(shù)Z/p之間有特定的關(guān)系。稱為齒諧波。特點(diǎn)：諧波繞組因數(shù)恰等于基波的繞組因數(shù)。2、相電動勢和線電動勢大小相電動勢的有效值：線電動勢的有效值：三相繞組接成Y或，對于對稱的三相系統(tǒng)，各相電動勢的三次諧波時(shí)間上同相，幅值相等。

Y連接，三次諧波互相抵消；連接，三次諧波形成環(huán)路，E3完全消耗與環(huán)流的電壓降。線電動勢：3、諧波的弊害高次諧波：對于發(fā)電機(jī)，電動勢波形變壞，降低供電質(zhì)量；本身雜散損耗增大，效率下降，溫升增高；對鄰近線路產(chǎn)生干擾。4、消除諧波的方法根據(jù)減小或可降低諧波，對齒諧波采用其它措施。（1）采用短距繞組適當(dāng)?shù)剡x擇線圈的節(jié)距，使得某一次諧波的短距系數(shù)等于或接近零，達(dá)到消除或減弱該次諧波的目的。例：為消除5次諧波，從不過分消除基波和用銅考慮，應(yīng)選盡可能接近于整距的短節(jié)距。即2k＝－1，

對于此時(shí)，

換言之，為了消除第次諧波，只要選比整距短的短距線圈跨距的選擇（1）消除5次諧波的跨距選擇短距繞組往往采用,主要考慮同時(shí)減小5次、7次諧波。對于5次諧波，選用對于7次諧波，選用（2）采用分布繞組就分布繞組來說，每極每相槽數(shù)q越多，抑制諧波電動勢的效果越好，但q增多，意味總槽數(shù)增多，電機(jī)成本提高。采用分布繞組采用短距和分布繞組的方法主要針對齒諧波以外的一般高次諧波，對于齒諧波，它的繞組系數(shù)等于基波繞組系數(shù)，不能采用通用的短距和分布繞組的方法。

對于齒諧波，可采用斜槽，采用分?jǐn)?shù)槽的方法進(jìn)行消除。另外也可在電機(jī)設(shè)計(jì)過程中，通過減小槽開口和槽形設(shè)計(jì)等方法進(jìn)行高次諧波的減弱或消除。齒諧波的消除4-104-10某三相交流電機(jī)定子槽數(shù)Z1＝36，極距＝9槽，線圈節(jié)距y1＝(8/9),定子三相雙層繞組Y接法。每個(gè)線圈匝數(shù)Ny＝2，并聯(lián)支路數(shù)a＝1，氣隙每極基波磁通1＝0.74（Wb），氣隙諧波磁密與基波磁密的幅值之比為B5/B1=1/25,B7/B1=1/49,基波及各次諧波磁場轉(zhuǎn)速相等，均為1500r/min.試求：（1）基波、五次諧波和七次諧波的繞組系數(shù)；（2）相電動勢中基波、五次諧波和七次諧波分量有效值；（3）合成相電勢的有效值；解：根據(jù)已知條件，