電機學(xué)-第2篇-同理論教學(xué)課件

電機學(xué)第2篇共同理論電機學(xué)第2篇共同理論電機學(xué)第2篇共同理論《電機學(xué)》

第二篇

交流電機的共同理論3/23/20212河海大學(xué)電氣學(xué)院第二篇

交流電機的共同理論第六章交流電機繞組及其感應(yīng)電動勢第七章交流繞組的磁動勢第八章電機的發(fā)熱和冷卻3/23/20213河海大學(xué)電氣學(xué)院第一節(jié)工作原理、分類、結(jié)構(gòu)先講結(jié)構(gòu)后講原理7/22/20236河海大學(xué)電氣學(xué)院一、基本結(jié)構(gòu)定子與轉(zhuǎn)子兩大部分1定子固定不動的部分鐵芯、繞組、機坐(1)定子鐵芯希望較強的磁場導(dǎo)磁好、損耗小硅鋼片內(nèi)表面開槽：放繞組7/22/20237河海大學(xué)電氣學(xué)院(2)定子繞組線圈按一定規(guī)律放單層繞組、雙層繞組(3)機坐7/22/20238河海大學(xué)電氣學(xué)院2.轉(zhuǎn)子同步機與異步機轉(zhuǎn)子不一樣鐵芯外表面開槽繞組7/22/20239河海大學(xué)電氣學(xué)院二、同步電機定子繞組：對稱三相繞組轉(zhuǎn)子：勵磁繞組原理：勵磁繞組＝＞通入直流電＝＞外力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)＝＞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場＝＞穿過氣隙＝＞切割定子繞組＝＞三相感應(yīng)電勢＝＞當接負載＝＞電流＝＞電能輸出7/22/202310河海大學(xué)電氣學(xué)院異步電機原理在第九章討論直流電機原理在第十六章討論7/22/202311河海大學(xué)電氣學(xué)院三、異步電機工作原理

（放在第九章討論較合適）1.靜止起動三相電流=>三相繞組=>旋轉(zhuǎn)磁場B1=>B1切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（因為轉(zhuǎn)子靜止）=>感應(yīng)電勢E2=>感應(yīng)電流I2（因為轉(zhuǎn)子閉合）=>B1與I2作用=>電磁轉(zhuǎn)矩T=>當T＞T0＋TL時，轉(zhuǎn)子從靜止開始起動其中：T0空載轉(zhuǎn)矩TL負載轉(zhuǎn)矩7/22/202312河海大學(xué)電氣學(xué)院2.平衡轉(zhuǎn)動：n增加=>轉(zhuǎn)差減?。骸扒懈睢彼俣认陆?>E2↓=>I2↓=>T↓=>當T＝T0＋TL時，轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動3.干擾：若TL↑=>T0＋TL＞T時，失去平衡=>轉(zhuǎn)速n↓=>轉(zhuǎn)差↑=>“切割”速度↑=>E2↑=>I2↑=>T↑=>直到T＝T0＋TL，自動重新平衡7/22/202313河海大學(xué)電氣學(xué)院第二節(jié)交流繞組作用：通入電流→磁場（電動機）磁場與定子繞組切割→電勢→電流（發(fā)電機）分類（類型）相數(shù)：單相、三相層數(shù)：單層：同心式、交叉式、鏈式雙層：疊繞組、波繞組寬度：整距、短距分布性：分布繞組、集中繞組7/22/202314河海大學(xué)電氣學(xué)院交流繞組的基本述語電角度與機械角度機械角度:電機圓周在幾何上分成360°電角度:電勢變化一個周期(360電角度)關(guān)系:相帶：每極面下每相繞組所占范圍（60度）每極每相槽數(shù)：槽距角：相鄰兩槽之間的角度極距：相鄰兩磁極對應(yīng)位置兩點之間圓周距離,定子內(nèi)表面弧長（槽數(shù)）：節(jié)距（跨距）：線圈寬度yу=τ稱為整距，у<τ稱為短距，у>τ稱為長距7/22/202315河海大學(xué)電氣學(xué)院相帶與電勢星形圖

7/22/202316河海大學(xué)電氣學(xué)院交流繞組基本要求:1三相基波電動勢和磁動勢要對稱.2力求獲得較大的基波電動勢和磁動勢,盡量減小或消除諧波分量.3提高導(dǎo)線的利用率,提高制造的工藝性.7/22/202317河海大學(xué)電氣學(xué)院繞組展開圖表示定子繞組的聯(lián)結(jié)關(guān)系主要兩種：單層、雙層畫法：計算極距每極每相槽數(shù)計算相帶數(shù)、分相帶相帶數(shù)=總槽數(shù)/q或=極數(shù)*3即：6p構(gòu)成線圈構(gòu)成線圈組（極相組）構(gòu)成相繞組：反相串聯(lián)（不同極面下線圈組的電流方向相反）7/22/202318河海大學(xué)電氣學(xué)院三相單層繞組（了解）每槽只有一個線圈邊,結(jié)構(gòu)和嵌線較簡單,適用于10kv以下的小型交流電機.分類：鏈式繞組：交叉式繞組：同心式繞組：7/22/202319河海大學(xué)電氣學(xué)院例：Q1=24，2p=4123456789101112131415161718192021222324A1X1A2X2zabcxy7/22/202320河海大學(xué)電氣學(xué)院20ΠШa178131914?2b5111217231824?ΠШ64ΠШc9151621322?10三相單層等元件繞組的原理（p=2）線圈連接順序7/22/202321河海大學(xué)電氣學(xué)院三相雙層繞組每繞組兩有效邊每槽有上下兩個線圈邊（屬于不同的線圈）整距、短距繞組例：Q1=24，2p=4τ=24/4=6q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=212個相帶A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y7/22/202322河海大學(xué)電氣學(xué)院1234567891011121314151617181920212223241A1A3X2X4A4A2X1X3三相雙層繞組（短距）（復(fù)制到畫筆中講，特別是極相組的連接）7/22/202323河海大學(xué)電氣學(xué)院并聯(lián)支路數(shù)條件:不改變和極相組內(nèi)的電流方向7/22/202324河海大學(xué)電氣學(xué)院關(guān)于繞組一些概念復(fù)習(xí)一根導(dǎo)體（一匝線圈的一個有效邊）一匝線圈一個線圈一個極相組（一個線圈組）相繞組（一相繞組）電機繞組（三相繞組）并聯(lián)支路數(shù)每相串聯(lián)匝數(shù)極數(shù)極相組數(shù)（每相）7/22/202325河海大學(xué)電氣學(xué)院例：某交流電機定子繞組，Q1=24,2p=4,y=5/6τ，a=2,Ny=10，m=3求：一匝線圈有幾個有效邊一相線圈有幾匝；一個極相組有幾個線圈，幾匝線圈一相有幾個極相組，幾個線圈，幾匝線圈并聯(lián)支路數(shù)每相串聯(lián)匝數(shù)一個電機有幾相、幾個極相組、幾個相繞組7/22/202326河海大學(xué)電氣學(xué)院第三節(jié)、三相定子繞組的電動勢

（以三相同步電機為例）

7/22/202327河海大學(xué)電氣學(xué)院1、整距繞組的電動勢旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通切割定子繞組（以發(fā)電機為例）形成感應(yīng)電動勢（電勢）(Ec或Ey)Ny

——線圈匝數(shù)有效值：比較：與變壓器相同形式區(qū)別：磁通大小變化與相對運動“切割”7/22/202328河海大學(xué)電氣學(xué)院2、短距繞組的電動勢短距＝＞線圈兩邊切割B產(chǎn)生的E不是正好差180度＝＞合成時，乘一系數(shù)或：短距＝＞線圈中交鏈的磁通減少＝＞電勢減少。短距系數(shù)短距系數(shù)相當于：短距線圈時的感應(yīng)電動勢與整距時的感應(yīng)電動勢相比需打的折扣。7/22/202329河海大學(xué)電氣學(xué)院3、線圈組的電動勢分布繞組各個線圈的感應(yīng)電動勢的大小、波形均相同，只是在時間上依次相差電角度：相位不同。線圈組的總電動勢為q個線圈電動勢的和（相量和）則：分布系數(shù)：7/22/202330河海大學(xué)電氣學(xué)院4.相電勢

(1)并聯(lián)支路數(shù)與每相串聯(lián)匝數(shù)2p個極(雙層繞組)每相有2p個線圈組，每個線圈組有q個線圈2pq個線圈，每個線圈有Ny匝線圈2pqNy匝線圈2p個線圈組可串聯(lián)、并聯(lián)（視需要）并聯(lián)支路數(shù)：a每相串聯(lián)匝數(shù)：單層繞組：7/22/202331河海大學(xué)電氣學(xué)院(2)相電勢雙層繞組P100例7/22/202332河海大學(xué)電氣學(xué)院電機的磁場并不完全為正弦分布（空間）付氏分解：基波與各次諧波相電動勢中次諧波電動勢有效值：對應(yīng)的諧波繞組系數(shù)為：

諧波電動勢7/22/202333河海大學(xué)電氣學(xué)院5、線電勢由三角形、星形接法決定（基波）注意：線電勢中不含3k次諧波電勢（因同相位）7/22/202334河海大學(xué)電氣學(xué)院第四節(jié)諧波電勢的減小1.波形畸變率：2.諧波電勢的減小氣隙磁場接近正弦波短距繞組分布繞組Y連接（線電勢中不含有3K次諧波）7/22/202335河海大學(xué)電氣學(xué)院采用短距、分布繞組的目的交流繞組采用短距和分布的結(jié)構(gòu)，可削弱每相電動勢中的諧波分量，使電動勢波得到改善。雖短距系數(shù)、分布系數(shù)均不大于1，使基波電勢減小因為對諧波來說：對應(yīng)的更小，所以具有明顯的抑制作用。7/22/202336河海大學(xué)電氣學(xué)院例：E1＝100,E3=30,E5=20,E7=10則諧波系數(shù)為若各諧波電動勢的繞組系數(shù)分別為：kw1＝0.96,kw3=0.3,kw5=0.2,kw7=0.1則對應(yīng)的電動勢分別為：E1＝96,E3=9,E5=4,E7=1則諧波系數(shù)為7/22/202337河海大學(xué)電氣學(xué)院思考題：6－4，6－5，6－6習(xí)題：6－2，6－3，6－77/22/202338河海大學(xué)電氣學(xué)院第七章磁動勢、磁場

7/22/202339河海大學(xué)電氣學(xué)院一、單相繞組的磁勢-脈振磁勢1、整距繞組磁勢不計鐵芯磁阻、氣隙均勻磁勢為方波，當線圈中電流為正弦交流電則：7/22/202340河海大學(xué)電氣學(xué)院一、單相繞組的磁勢-脈振磁勢傅立葉分解：7/22/202341河海大學(xué)電氣學(xué)院一、單相繞組的磁勢-脈振磁勢傅立葉分解：得式（3-11）其中基波分量幅值7/22/202342河海大學(xué)電氣學(xué)院2、線圈組的磁勢集中繞組與分布繞組q個線圈，相位不同：其中：分布系數(shù)7/22/202343河海大學(xué)電氣學(xué)院3、短距繞組雙層繞組常采用短距繞組等效成兩個單層整距繞組，但相距一個角：短距角兩磁勢相位不同，則其中：短距系數(shù)短距角7/22/202344河海大學(xué)電氣學(xué)院4、相繞組磁勢最后得：相繞組磁勢：對一相繞組，線圈組的磁勢就是相磁勢，不同空間位置的F不能相互迭加。

其中：每相串連匝數(shù)：繞組系數(shù)7/22/202345河海大學(xué)電氣學(xué)院諧波磁勢（了解）類似得諧波磁勢其中7/22/202346河海大學(xué)電氣學(xué)院空間位置固定、幅值隨時間變化且以繞組中電流變化的頻率脈振。所以稱脈振磁場幅值的位置與繞組的軸線相重合基波磁通勢的幅值：

ν次諧波磁通勢的幅值：

諧波次數(shù)越高，幅值越小。單相繞組的磁通勢的性質(zhì)7/22/202347河海大學(xué)電氣學(xué)院脈振磁勢可分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁勢因為：所以：脈振磁勢可分解為兩個旋轉(zhuǎn)磁勢每個的幅值為均為原來的1／2轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反7/22/202348河海大學(xué)電氣學(xué)院二、三相繞組的磁勢單相繞組通入單相電流＝＞脈振磁場三相繞組中流過三相電流＝＞三個脈振磁場三相共六個旋轉(zhuǎn)磁勢：7/22/202349河海大學(xué)電氣學(xué)院六個旋轉(zhuǎn)磁勢合成三個正向磁勢相加為原來的三倍；三個反向磁勢彼此相差120度，相加（合成）為零。基波：幅值：（積化和差增加一個系數(shù)：1/2）7/22/202350河海大學(xué)電氣學(xué)院旋轉(zhuǎn)磁勢的性質(zhì)由知：是旋轉(zhuǎn)磁勢既是空間函數(shù)、又是時間函數(shù)轉(zhuǎn)速：幅值大小不變某相電流達最大，旋轉(zhuǎn)磁勢幅值將轉(zhuǎn)到該相繞組軸線處。改變電流序，轉(zhuǎn)向相反。7/22/202351河海大學(xué)電氣學(xué)院如B、C相對調(diào)：即：所以：

關(guān)于：改變電流相序，轉(zhuǎn)向相反7/22/202352河海大學(xué)電氣學(xué)院幅值：但2k次諧波磁勢幅值為零（空間互差120度）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)向：關(guān)于諧波磁勢（一般了解）7/22/202353河海大學(xué)電氣學(xué)院第四節(jié)不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢7/22/202354河海大學(xué)電氣學(xué)院不對稱電流分析：＋、－、0正序電流＝＞正向旋轉(zhuǎn)磁勢:f+序序電流＝＞反向旋轉(zhuǎn)磁勢:f－星形繞組：相電流中無I0，所以無f0f+與f+：大小不一定相等；轉(zhuǎn)速相同；轉(zhuǎn)速相等橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢7/22/202355河海大學(xué)電氣學(xué)院當F＋＝F_時，脈振磁勢當F＋、F_之一為零時，園形旋轉(zhuǎn)一般情況：F＋≠F_，但均不為零，橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢7/22/202356河海大學(xué)電氣學(xué)院習(xí)題教程中的重點習(xí)題CH1：2,3,4,6,7,9,10,12CH2：1,2,4,5,6,11,15,16,19,25,26,27,29,31,32,33,36,40,42,47CH3:2,3,5,9,10,11,15,16,24,34,35CH4:1,2,3,16,18,24,28(看懂)CH5:1,2,6,7,8,11,12,17(看懂)CH6:9~11選一，19,20,23/25,33,35,38CH7:1,2,3,5,7,8,10,14/16/17,18(看懂),197/22/202357河海大學(xué)電氣學(xué)院本篇要點：1.磁動勢及磁場一個整距線圈的磁勢分解：基波磁動勢、諧波磁動勢（了解）短距、分布的影響：空間矢量相加＝＞乘相短距系數(shù)、分布系數(shù)短距、分布的作用：削弱諧波基波分量雖略有減少，但諧波磁通勢可大大削弱。脈振磁通勢：單相繞組磁通勢為脈振磁通勢旋轉(zhuǎn)磁通勢：三相繞組磁通勢為旋轉(zhuǎn)磁通勢7/22/202358河海大學(xué)電氣學(xué)院2.旋轉(zhuǎn)磁通勢三相繞組磁通勢為旋轉(zhuǎn)磁通勢脈振磁勢可以分解為兩個大小相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁通勢。對稱的三相繞組中＝＞三相電流＝＞三個脈振磁動勢=>合成＝＞反向磁通勢互相抵消；正向磁通勢同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁通勢（幅值、轉(zhuǎn)速）＝＞建立的磁場就是旋轉(zhuǎn)磁場7/22/202359河海大學(xué)電氣學(xué)院3.感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場對定，轉(zhuǎn)于繞組之間存在相對運動以同步轉(zhuǎn)速n0切割定子繞組以(n-n0)的轉(zhuǎn)差切割定子繞組同時在定，轉(zhuǎn)于繞組中感應(yīng)電動勢（對這兩種電動勢分析的方法是一樣的，我們主要分析了定子繞組電勢）短距、分布繞組可以改善電動勢的波形。相繞組電動勢7/22/202360河海大學(xué)電氣學(xué)院思考題：7-1，7-3，7-5,7-9習(xí)題：7－2，7-3(1)(3)，7-77/22/202361河海大學(xué)電氣學(xué)院第八章電機的發(fā)熱和冷卻

（了解，自習(xí)）

第一節(jié)電機的額定容量第二節(jié)電機的發(fā)熱第三節(jié)