电机学第07章课件.ppt

1、一、一、导体的感应电势导体的感应电势 7-1 7-1 正弦磁场下交流绕组的感应电势正弦磁场下交流绕组的感应电势 图7-1 发电机结构及磁场分布图设主极磁场在气隙内按正弦规律分布，则：sin1Bb B1：磁场幅值 ：离开原点的电角度 设00时t 因定子旋转的角频率为，当时间为t时，转子转过，且=t则导体感应电势为tEtlvBblvesin2sin1111 1、正弦电势的频率、正弦电势的频率f f 若p=1，电角度=机械角度，转子转一周感应电势交变一次，设转子每分钟转n1转（即每秒转60转），导体中电势交变的频率应为：)(601ZHnf 若电机为p对极，则转子每旋转一周，导体中感应电势将交变p次，

2、此时电势频率为：)(601ZHpnf在我国工业用标准频率为50HZ2 2、导体电势有效值、导体电势有效值 fnpDnRnRv2602606021111111122.222)2(222fflBflBffBlEav：一极下磁通量 11122.2fE：平均磁密avavBBB12B1：磁密幅值211lvBEtEtlvBesin2sin111二、二、整距线圈的感应电动势整距线圈的感应电动势 1y ，则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，另一根导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应电势瞬时值总是大小相等，方向相反，设线圈匝数NC=1，则整距线圈的电势为 (a)整距和短距线匝的表示示意图整距和短距

3、线匝的表示示意图 (b)整距线匝的电动势相量图整距线匝的电动势相量图 (c)短距线匝的电动势相量图短距线匝的电动势相量图 图图7-2 整距和短距线匝电动势整距和短距线匝电动势 1111144.42fEEEEC 若线圈有NC匝，则 1144.4CCfNE三、短距线圈的感应电动势三、短距线圈的感应电动势y111111114442cos22sin22sin2yCKf.EyEEEEE yy 若为NC匝11144.4yCCKNfE表示线圈采用短距后感应电势较整距时应打的折扣 1yK可见采用短距线圈后对基波电动势的大小稍有影响，但当主磁场中含有谐波时，它能有效地抑制谐波电动势（后述），所以一般交流绕组大多

4、采用短节距绕组。2cos1yK基波短距系数 四、四、线圈组的电动势、分布系数和绕组系数线圈组的电动势、分布系数和绕组系数 每极下每相有一个线圈组，线圈组由q个线圈组成，且每个线圈互差电角度如q=3 EC1EC2EC3图 7-3 线圈组合成电势:)44.4(2sin2sin2sin22sin22sin22sin21111111111(1(1(11(1qqyCqCqCqqqqqCqKKKNfqKqEEqEEKqqRqqREEqRERqqEE代）矢）矢）代）基波分布系数2sin2sin1qqKq11111111)(44.4)44.4(NCqCyqCqKfqNKNKfqKqEECqN为q个线圈的总匝数

5、基波绕组系数111yqNKKK即考虑了短距和分布后整个绕组合成电势所打的折扣。五、五、相电动势相电动势设一相绕组串联总匝数为N，则：11144.4NphKfNE1、单层绕组的电动势表达式单层绕组的电动势表达式 每对极具有一个线圈组，p对极时每相有p个线圈组，即pq个线圈，若并联支路数为a，每个线圈为NC匝，则每条支路串联匝数为1111144.444.4NNCphCfNKfKapqNEapqNN2 2、双层绕组的、双层绕组的电动势表达式电动势表达式 p对极有2p个线圈组，即2pq个线圈 1111144.444.422NNCphCfNKfKapqNEapqNN3 3、通用电动势表达式、通用电动势表

6、达式 11144.4NphfNKEa2pqNapqNccNN双层绕组单层绕组对星形连接：线电势=13phE对角形连接：线电势=1phE 求出相电势后，根据“星”或“角”的接法，可求出线电势 六、六、线电动势线电动势 本节讨论磁场非正弦分布时所引起的谐波电动势及其削弱方法本节讨论磁场非正弦分布时所引起的谐波电动势及其削弱方法 7-2 感应电动势中的高次谐波及其削弱方法感应电动势中的高次谐波及其削弱方法一、主极磁场非正弦分布引起的高次谐波电动势一、主极磁场非正弦分布引起的高次谐波电动势 交流电机中气隙磁场分布一般呈平顶波如右图所示，应用富氏级数可将其分解为基波和一系列谐波的合成。图7-4 主极磁场

7、分布图谐波磁场的性质为：lBnnpp211fnpnpf16060 即谐波频率为基波频率的v倍 除基波磁场在绕组中感应电势外，各次谐波也将在绕组中感应电势。谐波电势的计算方法与基波电势计算方法类似，根据基波感应电势公式 类似的推导得：11144.4NphfNKENphNKfE44.4 2sin2sin2cosqqKKKKKqyqyN式中：考虑谐波电势时，相电势的有效值应为：2152131252321)()(1phphphphphphphphphEEEEEEEEE线电势：（星接法）2725213phphphlEEEE对星接因在对称三相系统中，各相的三次谐波在时间上同相位，大小相等。3次谐波互相抵消

8、。二、二、相电势和线电势的有效值相电势和线电势的有效值 33333333ZIEZEIphph 由于E3完全消耗于环流的电压降 ,所以线端不会出现三次谐波电势。但是三次谐波环流所产生的杂散损耗，会使电机效率下降，温升增高，所以一般采用星形连接。33ZI对于线电势无论是角接还是星接，均无对于线电势无论是角接还是星接，均无3及及3的倍数次谐波。的倍数次谐波。注：注：图7-5 三次谐波电势三、削弱谐波电动势的方法三、削弱谐波电动势的方法 由于谐波电势对电机的危害，所以，在设计电机时，应尽可能削弱电势中高次谐波分量，国标规定（GB755-81电机基本技术要求）对300KVA以上的同步发电机，线电压波形的

9、正弦波畸变率不应超过5%。正弦波畸变率%1001272523EEEEkM下面分别介绍减少谐波电势和齿谐波电势的方法。4-5感应电动势中的高次谐波及其削弱方法感应电动势中的高次谐波及其削弱方法NphNKfE44.41、削弱谐波电动势的方法削弱谐波电动势的方法 适当地选择线圈的节距，使某次谐波的节距因数接近或等于零，以达到削弱或消除某次谐波的目的。1）选用短距绕组）选用短距绕组 可通过减少KNV和 的方法削弱 phE如要消除V次谐波，只要使 02cosyK即y推得）（1-11y 上式表明，要消除V次谐波，只要选用比整距短的线圈即可。2）采用分布绕组）采用分布绕组 当q增加时，基波的分布因数减小不多，但谐波的分布因数显著减小 但q增多，必增加电机槽数，使电机成本提高。考虑到q6时，分布因数的下降已不明显，所以一般选6q2，图7-6 绕组的分布系数 右图表示线圈节距变化时，谐波短距系数的变化情况。0857.07608.05475yyKyyKyy时时通常选次可同时大大削弱、75,65y图7-7 绕组的短距系数3）改善主极极靴外形）改善主极极靴外形 改善磁极极靴外形（凸极同步电机）或励磁绕组的分布（隐极同步电机）使磁极磁场沿电枢表面分布接近于正弦波。75.070.00.25.1minmaxpb凸极电机：隐极电机安放励磁绕组部分与极距之比为0.700.80图7-8 改善气隙磁通密度分布的方法