第10章交流电机的绕组和电动势课件.ppt

1、 首先分析最简单的三相集中整距绕组，然后首先分析最简单的三相集中整距绕组，然后分析分布和短距绕组，并说明其对电动势大小和分析分布和短距绕组，并说明其对电动势大小和波形的影响。波形的影响。1、交流电机的基本工作原理、交流电机的基本工作原理 同步电机一般作同步电机一般作发电机发电机使用，现在国内外所使用，现在国内外所用的交流电几乎都是同步电机发出的。用的交流电几乎都是同步电机发出的。异步电机主要用作异步电机主要用作电动机电动机，拖动各种生产机，拖动各种生产机械，虽然也能作发电机使用，但由于存在一定械，虽然也能作发电机使用，但由于存在一定的缺点用得很少。的缺点用得很少。图图 10-1 最简单的同步发

2、电机模型最简单的同步发电机模型1 1）同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理 电机由原动机拖动其旋转，原动机主要有两种：电机由原动机拖动其旋转，原动机主要有两种：汽轮机和水轮机汽轮机和水轮机。如图如图10-1，同步发电机由定子和转子两大部分，同步发电机由定子和转子两大部分组成。定子铁心的内圆所开槽内嵌放着导体，把组成。定子铁心的内圆所开槽内嵌放着导体，把这些导体按一定规律连接起来，叫定子绕组，也这些导体按一定规律连接起来，叫定子绕组，也叫叫电枢绕组电枢绕组，故定子又称为电枢。，故定子又称为电枢。转子铁心上装有主磁极，主磁极上绕有励磁绕组，转子铁心上装有主磁极，主磁极上绕有励磁绕组，通以直

3、流电时，各磁极就表现出一定的极性。通以直流电时，各磁极就表现出一定的极性。原动机拖动转子旋转，主磁极旋转并切割定子原动机拖动转子旋转，主磁极旋转并切割定子绕组，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期绕组，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的交变电势。性变化的交变电势。导体感应电势的方向用右手定则判定，导体导体感应电势的方向用右手定则判定，导体A在在图图10-1（a）位置时方向出纸面，旋转至图（）位置时方向出纸面，旋转至图（b）位）位置时方向变为进纸面了，即导体置时方向变为进纸面了，即导体A每经过一对主极每经过一对主极感应电势瞬时方向变化一个周期。感应电势瞬时方向变化一个周期。感应电势的频

4、率为每秒电势变化的周期数。实感应电势的频率为每秒电势变化的周期数。实际的电机转子有际的电机转子有 p 对极，对极，转子每转一圈，有转子每转一圈，有 p 对主对主极经过导体，导体中的感应电势变化极经过导体，导体中的感应电势变化 p个周期。个周期。式中式中n1称为同步转速，单位为称为同步转速，单位为r/min。)(601Hzpnf 因此感应电势的频率决定于同步电机的转速因此感应电势的频率决定于同步电机的转速n1 和极对数和极对数p，频率，频率 。一般将同步发电机的定子绕组设计成三相绕组，一般将同步发电机的定子绕组设计成三相绕组，发出三相交流电供用户使用。发出三相交流电供用户使用。以异步电动机为例，

5、从电机的结构上看，异步以异步电动机为例，从电机的结构上看，异步电机的定子铁心和定子绕组与同步电机完全一样，电机的定子铁心和定子绕组与同步电机完全一样，只是转子结构不同。只是转子结构不同。同步电机转子上是主磁极，在励磁绕组里通直同步电机转子上是主磁极，在励磁绕组里通直流电主磁极便表现出极性，而异步电机的转子是流电主磁极便表现出极性，而异步电机的转子是由转子铁心和转子绕组构成的。由转子铁心和转子绕组构成的。下面以鼠笼型电机为例简单下面以鼠笼型电机为例简单说明异步电机的工作原理。说明异步电机的工作原理。NSf fnn1n1AB图图 10-2 最简单的鼠笼型最简单的鼠笼型异步电机模型异步电机模型 如图

6、如图10-2，在转子的外，在转子的外表面所开槽内嵌放导体。表面所开槽内嵌放导体。各个导体两端伸出转子铁各个导体两端伸出转子铁心以外并用两个端环分别心以外并用两个端环分别将其彼此连接起来，形成将其彼此连接起来，形成一个短路的绕组。一个短路的绕组。图图 10-2 最简单的鼠笼型最简单的鼠笼型异步电机模型异步电机模型 当三相对称定子绕组中流过当三相对称定子绕组中流过三相电流时产生旋转磁场，为直三相电流时产生旋转磁场，为直观，可把磁场想象成旋转磁极，观，可把磁场想象成旋转磁极，如图如图10-2中的中的N、S极，假设磁极极，假设磁极逆时针方向旋转，转速为逆时针方向旋转，转速为n1。旋转磁极使转子导体内感

7、应电势，从而有电流旋转磁极使转子导体内感应电势，从而有电流流过转子导体，电流方向与感应电势方向相同。流过转子导体，电流方向与感应电势方向相同。图图 10-2 最简单的鼠笼型最简单的鼠笼型异步电机模型异步电机模型 载流导体载流导体A、B在磁场中会受在磁场中会受到电磁力作用，其方向用到电磁力作用，其方向用左手定左手定则则判断，如图判断，如图10-2，此时产生逆，此时产生逆时针方向的电磁转矩并带动转子时针方向的电磁转矩并带动转子逆时针方向转动，转速为逆时针方向转动，转速为n。不能。如果不能。如果n=n1，转子导体与旋转磁场之间就没，转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动，导体中就没有感应感应电势了，也

8、就有相对运动，导体中就没有感应感应电势了，也就不能产生电磁转矩。不能产生电磁转矩。n能否等于能否等于n1呢？呢？由上可知，同步电机和异步电机在运行原理由上可知，同步电机和异步电机在运行原理和结构上有很多不同，但它们之间也有许多相同和结构上有很多不同，但它们之间也有许多相同之处，例如交流绕组的构成及其感应电动势和磁之处，例如交流绕组的构成及其感应电动势和磁动势。因此，下面我们将着重对交流电机的共同动势。因此，下面我们将着重对交流电机的共同问题给予讲解。问题给予讲解。掌握这部分内容，对后面学习异步电机和同掌握这部分内容，对后面学习异步电机和同步电机的原理有很大好处。步电机的原理有很大好处。和变压器

9、相仿，在交流电机中要进行能量的和变压器相仿，在交流电机中要进行能量的转换必须要有绕组。转换必须要有绕组。交流绕组的种类很多，其主要分类方法有：交流绕组的种类很多，其主要分类方法有：（1）按）按槽内层数槽内层数分，可分为分，可分为单层和双层绕组单层和双层绕组。其中，单层绕组又可分为链式、交叉式和同心式其中，单层绕组又可分为链式、交叉式和同心式绕组；双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。绕组；双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。（3）按）按每极每相槽数每极每相槽数，可分为，可分为整数槽和分数槽整数槽和分数槽绕组。绕组。尽管交流绕组种类很多，但由于三相双层绕尽管交流绕组种类很多，但由于三相双层绕组能较好地满足

10、对交流绕组的基本要求，所以现组能较好地满足对交流绕组的基本要求，所以现代动力用交流电机代动力用交流电机一般多采用三相双层绕组一般多采用三相双层绕组。（2）按）按相数相数分，可分为分，可分为单相、两相、三相及多单相、两相、三相及多相相绕组。绕组。（1）在一定的导体数下，能得到）在一定的导体数下，能得到较大的基波电较大的基波电动势和基波磁动势动势和基波磁动势。一般来说，对交流绕组有以下一些基本要求一般来说，对交流绕组有以下一些基本要求:（2）各相的）各相的电动势和磁动势波形应接近正弦波电动势和磁动势波形应接近正弦波，即要求尽量减少它们的高次谐波分量。即要求尽量减少它们的高次谐波分量。（3）对三相绕

11、组，）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要求各相的电动势和磁动势要求对称对称（大小相等且相位上互差（大小相等且相位上互差120），并且三），并且三相阻抗也要求相等。相阻抗也要求相等。（5）绕组的）绕组的制造、安装和检修要方便制造、安装和检修要方便。总之，上述对交流电机电枢绕组的要求，可总之，上述对交流电机电枢绕组的要求，可归纳为对绕组感应电动势和产生磁动势的要求。归纳为对绕组感应电动势和产生磁动势的要求。电枢绕组就是根据以上要求进行安排的。电枢绕组就是根据以上要求进行安排的。（4）绕组）绕组用铜量少用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好。散热条件好。首先介绍与电机绕

12、组相关的几个基本概念。首先介绍与电机绕组相关的几个基本概念。1）电角度的概念）电角度的概念2）槽距角）槽距角3）每极每相槽数）每极每相槽数4）相带）相带5）节距）节距 y16）线圈组）线圈组当交流电机磁极对数为当交流电机磁极对数为 p 时，时，定子一周内电角度为：定子一周内电角度为：360p如如:p=1 3601=360（电角度）电角度）而极距总是而极距总是 =180电角度，与极对数电角度，与极对数 p 无关。无关。如如:p=2 3602=720（电角度）电角度）Qpa 360 槽距角槽距角 a 为每相邻线圈边之间的电角度或两为每相邻线圈边之间的电角度或两槽之间的槽距角（单位为电角度）。槽之间

13、的槽距角（单位为电角度）。定子一周总的电角度为：定子一周总的电角度为：360p则每槽占电角度：则每槽占电角度：例如：例如：槽数槽数Q=24，磁极对数磁极对数 p=230242360360 QpapmQq2 每极每相槽数每极每相槽数 q=1是是集中绕组集中绕组，每极每相槽数每极每相槽数 q1是是分布绕组分布绕组。如变压器就属于集中绕组，它相当于如变压器就属于集中绕组，它相当于在一个很深的槽中纵向放入若干导体。纵在一个很深的槽中纵向放入若干导体。纵向看各导体空间位置一致。向看各导体空间位置一致。纵向看纵向看变压器集中绕变压器集中绕组示意图组示意图 对交流电机来说，当对交流电机来说，当 q=2 时，

14、每相有两个时，每相有两个在空间错开一个在空间错开一个a 槽距角的线圈相串联，称为分槽距角的线圈相串联，称为分布绕组（横向看，线圈不重叠。）布绕组（横向看，线圈不重叠。）相带是每极每相所占的电角度。一般相带为：相带是每极每相所占的电角度。一般相带为：例如：例如：q=2，a=30则相带为：则相带为：230=60每极三相占电角度：每极三相占电角度：3 60=180=A相带相带B相带相带C相带相带(N)(S)3 m=60 节距表征线圈构造，是一个线圈的两条有效节距表征线圈构造，是一个线圈的两条有效线圈边之间相隔的槽数。用线圈边之间相隔的槽数。用 y1 表示。表示。当当 y1=时，是整距绕组，时，是整距

15、绕组，y1时，是短距时，是短距绕组。短距绕组可构成双层绕组，在交流电机中绕组。短距绕组可构成双层绕组，在交流电机中采用双层绕组可改善电机的电动势波形采用双层绕组可改善电机的电动势波形。例如，当每极每相槽数例如，当每极每相槽数 q=2，说明线圈组有说明线圈组有两个相邻元件串联组成。两个相邻元件串联组成。q=3，线圈组有三个相邻元件串联组成。线圈组有三个相邻元件串联组成。Q=6，p=113262 pmQqAXZBCY 1 2 3 4 5 6绕组在定子槽中的分布绕组在定子槽中的分布及线圈的形状图及线圈的形状图Q=6，p=113262 pmQqAXYZBC 三相交流线圈分布示意图三相交流线圈分布示意图

16、ACBX、Y、Z一一根根导导体体电电动动势势线线圈圈电电动动势势线线圈圈组组电电动动势势短距因数短距因数分布因数分布因数一一相相支支路路电电动动势势串、并联串、并联电动势分析推导过程电动势分析推导过程1）直线坐标与角坐标）直线坐标与角坐标2）主极磁场基波的空间分布）主极磁场基波的空间分布3）导体感应电动势的计算式）导体感应电动势的计算式xa磁密空间分布有两种坐标磁密空间分布有两种坐标 角角坐坐标标直直线线坐坐标标x角坐标与直线坐标关系为：角坐标与直线坐标关系为：x x ）（sradnpnpv/60260211 线速度与角速度的关系为：线速度与角速度的关系为：dtdxdtd xx xaBmaBm

17、B1mB3mB5m黑色表示方波分布磁密，黑色表示方波分布磁密，幅值为幅值为Bm。红色表示正弦红色表示正弦基波分布基波分布磁密磁密，幅值为，幅值为B1m。绿色表示三次谐波磁密，绿色表示三次谐波磁密，幅值幅值B3m=1/3B1m紫色表示五次谐波磁密，紫色表示五次谐波磁密，幅值幅值B5m=1/5B1m方波磁密可用傅氏级数方波磁密可用傅氏级数分解为正弦基波及各次分解为正弦基波及各次谐波。谐波。xBbm sin11 空间分布与空间电角度对应，电角度随空间分布与空间电角度对应，电角度随时间变化而变化。时间变化而变化。tBm sin1 sin1mB 空间正弦分布，即不同空间电角度所对应空间正弦分布，即不同空

18、间电角度所对应的磁密值不同。的磁密值不同。1 bx t 1 bxBbm sin11 tBm sin1 sin1mB lvbe11 mmElvB11 lvBEEmm111212 lBlBmav 1112 lBm 112 fv 2 fv2 lflE 22211112 f 122.2 ftlvBm sin1 lvbe33 tEtEm 3sin23sin33 lvBEEmm333212 33322.232 ff 3sin3lvBm tlvBm 3sin3 fl3222133233 lBm 其中其中为为3次谐波每极磁通量。次谐波每极磁通量。2m1m113133133131313122 BBBBlBlBm

19、mmm2m1m115155155151515122 BBBBlBlBmmmm2m1m117177177171717122 BBBBlBlBmmmm753 、一个线匝有两根导体一个线匝有两根导体A与与X，两导体相距一，两导体相距一个极距个极距，称整距线匝，它的两个引出线分别叫，称整距线匝，它的两个引出线分别叫做头和尾。做头和尾。整距线匝的基波感应电动势整距线匝的基波感应电动势 整距线匝当一根导体处于整距线匝当一根导体处于N极中心下，另一根导体必定极中心下，另一根导体必定处于处于S极中心下，故它们的基极中心下，故它们的基波感应电势总是大小相等，波感应电势总是大小相等，方向相反。方向相反。整距线匝基

20、波电动势整距线匝基波电动势 eT1 的正的正方向规定为从尾端指向首端。则：方向规定为从尾端指向首端。则：NS 1TE1AE1XE111XATEEE 相量图如右图所示，可见相量图如右图所示，可见整距线匝基波电动势的有效整距线匝基波电动势的有效值为：值为：同样，线匝里感应的同样，线匝里感应的3次、次、5次、次、7次等谐波电动势有效值次等谐波电动势有效值分别等于它们的导体电动势有分别等于它们的导体电动势有效值的两倍。效值的两倍。111144.422.222 ffEEAT1AE1XE1AE1XE 1TE 两线圈边之间的距离称为节两线圈边之间的距离称为节距，用距，用y1表示。右图表示。右图 y1=()为

21、为整距线圈。当整距线圈。当y1时叫长距线圈，电机中一时叫长距线圈，电机中一般不用长距线圈。般不用长距线圈。线圈一般由线圈一般由 NK 匝匝组成，组成，NK=1 时是单匝线圈，时是单匝线圈，NK1 时是多匝线圈。时是多匝线圈。整距线圈基波电动势有效值为：整距线圈基波电动势有效值为：整距线圈电动势整距线圈电动势 eK1 的正方向规定为从尾端的正方向规定为从尾端指向首端。指向首端。11TKKENE 144.4 KfN3次、次、5次、次、7次谐波电动势有效值分别为：次谐波电动势有效值分别为：33344.4 KKfNE55544.4 KKfNE77744.4 KKfNE 三相交流电是三相对称的，所谓三相

22、对称是三相交流电是三相对称的，所谓三相对称是指三相基波电动势的最大值（有效值）一样大，指三相基波电动势的最大值（有效值）一样大，在相位上互差在相位上互差 120电角度电角度用相量表示，三相的基用相量表示，三相的基波电动势分别为波电动势分别为 、。1AE1BE1CE 根据需要三相根据需要三相对称绕组可联成对称绕组可联成星形或三角形，星形或三角形，如右图。如右图。为产生三相对称的基波电势，要求绕组是三为产生三相对称的基波电势，要求绕组是三相对称绕组。图（相对称绕组。图（c）是最简单的三相对称绕组，）是最简单的三相对称绕组，每相只有一个整距线圈，所以又叫集中绕组。每每相只有一个整距线圈，所以又叫集中

23、绕组。每槽只放一个线圈边，为单层绕组。槽只放一个线圈边，为单层绕组。除基波电动势，还有一系列奇次谐波电动除基波电动势，还有一系列奇次谐波电动势。下面分析势。下面分析3次谐波电动势，三次谐波电动次谐波电动势，三次谐波电动势幅值比基波电动势小，频率是基波的势幅值比基波电动势小，频率是基波的3倍。倍。对对3次谐波电动势，三相电势相位上互差次谐波电动势，三相电势相位上互差3120360电角度，它们同相位，则三相的电角度，它们同相位，则三相的3次谐波电动势相等。次谐波电动势相等。如右图，当三相绕组如右图，当三相绕组为为Y联结时，联结时，3次谐波线次谐波线电动势为零电动势为零。即即Y联结时线电动势中没有联

24、结时线电动势中没有3次谐波分量。同次谐波分量。同样，线电动势中也不存在样，线电动势中也不存在3的倍数次谐波电动势。的倍数次谐波电动势。如右图，当三相绕组为如右图，当三相绕组为D联结时，在三角形联结时，在三角形回路里能产生电流回路里能产生电流 。3I3333EEEECBA 33333333333ZEZZZEEEICBACBA 3333CBAZZZZ 为各相的为各相的3次谐波阻抗。次谐波阻抗。3次谐波线电压为：次谐波线电压为：03333333 ZIEZIEUAAB 由此可见，不管三相对称绕组由此可见，不管三相对称绕组是是Y联结还是联结还是D联结，联结，线电压里都线电压里都不存在不存在3的倍数次谐波

25、电压的倍数次谐波电压。但对但对D联结的三相对称绕组，由于三角形回路联结的三相对称绕组，由于三角形回路里有电流，会引起附加损耗，降低电机效率，故里有电流，会引起附加损耗，降低电机效率，故现代大型同步发电机的电枢绕组现代大型同步发电机的电枢绕组多采用多采用Y联结联结。三相单层集中整距绕组运行时发热集中，散三相单层集中整距绕组运行时发热集中，散热困难，在实际电机中很少采用，而三相单层分热困难，在实际电机中很少采用，而三相单层分布绕组用得较多，它能有效利用电枢表面空间，布绕组用得较多，它能有效利用电枢表面空间，便于绕组散热。便于绕组散热。单层绕组的优点是，单层绕组的优点是，嵌线方便；嵌线方便；绕组分布

26、能绕组分布能起到起到削弱电动势及磁动势中谐波的作用削弱电动势及磁动势中谐波的作用，从而提，从而提高了电机的性能。高了电机的性能。电动势星形相量图：按照相邻两导体的基波电动势星形相量图：按照相邻两导体的基波电动势相差电动势相差 a 电角度的规律，电角度的规律，把电枢上各槽内导把电枢上各槽内导体电动势分别用相量表示，这些相量构成一个辐体电动势分别用相量表示，这些相量构成一个辐射星形图。射星形图。电动势星形相量图是分析交流绕组的有效方电动势星形相量图是分析交流绕组的有效方法，下面我们用具体例子来说明。法，下面我们用具体例子来说明。一台交流电机，转子极对数一台交流电机，转子极对数p2，定子上均，定子上

27、均匀分布了匀分布了24个槽，即个槽，即Q24，每槽放一根导体，每槽放一根导体，由原动机拖动逆时针方向以由原动机拖动逆时针方向以n1恒速旋转，试画出恒速旋转，试画出电动势星形相量图。电动势星形相量图。先计算槽距角：先计算槽距角：00030243602360 Qp 顺转向看，导体顺转向看，导体1在空间超前导体在空间超前导体24 30电角电角度，因此导体度，因此导体1基波电动势相量在时间相量图上基波电动势相量在时间相量图上将滞后导体将滞后导体24 30电角度。电角度。从电动势星形相量图可以看出：从电动势星形相量图可以看出：电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度3

28、600，即一对磁极的距离。所以，即一对磁极的距离。所以，1-12号相量和号相量和13-24重合，即有重合，即有p对极星形相量图就要重复对极星形相量图就要重复p次。次。60相带相带（每极每相所占电角度（每极每相所占电角度)法：将星形法：将星形图分成图分成6等份，即每等份为等份，即每等份为60电角度，这电角度，这60范围内的相量及其对应的导体将属于一相的。范围内的相量及其对应的导体将属于一相的。为了分相带方便，先计算每极每相槽数为了分相带方便，先计算每极每相槽数q：)(243242槽槽 pmQq注意：注意：三相绕组在空间位置上彼此相隔三相绕组在空间位置上彼此相隔120电电角度。每相绕组两线圈边隔角

29、度。每相绕组两线圈边隔180电角度。电角度。按相带的各相所属槽号的顺序表如下：按相带的各相所属槽号的顺序表如下：A相带的一个槽和相带的一个槽和 X 相带的一个槽嵌放一个整距线相带的一个槽嵌放一个整距线圈（元件）。如圈（元件）。如1-7，2-8，13-19，14-20。A相带每对极两个线圈串联构成一个相带每对极两个线圈串联构成一个线圈组线圈组，q=2，表示一个线圈组有两个相邻线圈串联。表示一个线圈组有两个相邻线圈串联。图图10-17 单层绕组的一相绕组展开图单层绕组的一相绕组展开图 如果要求发电机发出的电动势高，可以把属如果要求发电机发出的电动势高，可以把属于同一相的线圈按照瞬时电动势叠加的规律

30、串联于同一相的线圈按照瞬时电动势叠加的规律串联起来，叫一路串联绕组。起来，叫一路串联绕组。如果要求发电机发出的总电流大些，可以采用如果要求发电机发出的总电流大些，可以采用并联绕组，即把并联绕组，即把A1、A2相联，相联，X1、X2相联，成为相联，成为两路并联绕组。两路并联绕组发出的电动势为两路并联绕组。两路并联绕组发出的电动势为A1X1线圈组的电动势，而发出的总电流则是每个并联支线圈组的电动势，而发出的总电流则是每个并联支路电流的两倍。路电流的两倍。怎样将同一相的线圈组组成怎样将同一相的线圈组组成一一相绕组呢？相绕组呢？对于单层绕组，一对极下对于单层绕组，一对极下6个相带可以组成个相带可以组成

31、3个个线圈组，如果一个线圈组，如果一个p对极电机，每相应有对极电机，每相应有p个线圈组，个线圈组，可以根据需要将它们进行串并联。应该说明，可以根据需要将它们进行串并联。应该说明，单层单层绕组并联的最大支路数为绕组并联的最大支路数为ap。单层绕组一个线圈有两根导体，每根导体嵌放单层绕组一个线圈有两根导体，每根导体嵌放在一个槽内，故在一个槽内，故三相单层绕组的线圈数等于总槽数三相单层绕组的线圈数等于总槽数的一半。的一半。B相、相、C相的绕组联结方法与相的绕组联结方法与A相完全一样。相完全一样。1、当当 q=3，p=3，每相并联支路数每相并联支路数 a=1。每相有多少个线圈组串联？每相有多少个线圈组

32、串联？每线圈组有多少线圈串联？每线圈组有多少线圈串联？每相有多少线圈串联？每相有多少线圈串联？答：答：每相有每相有 3 个线圈组串联。个线圈组串联。每线圈组有每线圈组有 3 个线圈串联。个线圈串联。每相有每相有 9 个线圈串联。个线圈串联。2、三相单层绕组、三相单层绕组 q=4，p=4，并联支路数并联支路数a=4，问总槽数问总槽数 Q为多少？为多少？答：答：Q=qp32=4432=96（槽）槽）B每支路有每支路有4 4个线圈串联。个线圈串联。CA1、单层绕组为整距绕组；单层绕组为整距绕组；2、每相每对极有一个线圈组；每相每对极有一个线圈组；3、一个线圈组有一个线圈组有 q 个线圈串联；个线圈串

33、联；4、p 对磁极，每相有对磁极，每相有 p 个线圈组；个线圈组；5、各线圈组可以并联、串联，最大并联支路数各线圈组可以并联、串联，最大并联支路数为为 amax=p。1）整距分布线圈组的基波电动势）整距分布线圈组的基波电动势 由上例可知，单层分布绕组中线圈组有由上例可知，单层分布绕组中线圈组有 q 个整个整距线圈串联，它们分布在相邻槽中。距线圈串联，它们分布在相邻槽中。每个电动势相量相差每个电动势相量相差 a(槽距角）相位。槽距角）相位。所以线圈组的电动势等于所以线圈组的电动势等于 q 个串联线圈电动势个串联线圈电动势的的相量和相量和。注意：注意：不是代数和不是代数和 q Ey1。q=3 的线

34、圈组的线圈组2033180180 qmaaara aa1qE11KE12KE13KE1312111KKKqEEEE r为多边形外接圆半径。为多边形外接圆半径。2sin21qarEq 2sin21arEK 2sin2sin11aqaEEKq 11dKkqE 2sin2sin1aqqaqEK aara aa1qE1KE1dk 为基波分布因数，是一个小于为基波分布因数，是一个小于1的数。的数。即整距线圈分布时的总基波电动势比集中时的即整距线圈分布时的总基波电动势比集中时的基波电动势小。基波电动势小。1dKkqN 从感应基波电动势有效值大小上看，整距线从感应基波电动势有效值大小上看，整距线圈分布时的线

35、圈组的等效总匝数为圈分布时的线圈组的等效总匝数为 。11144.4 dKqkfqNE 整距线圈分布时的线圈组的总基波电动势有整距线圈分布时的线圈组的总基波电动势有效值为：效值为：因此因此 次谐波的分布因数为：次谐波的分布因数为：整距线圈各基波电动势相量之间相位差为整距线圈各基波电动势相量之间相位差为 ，各各 次谐波电动势之间的相位差则变为次谐波电动势之间的相位差则变为 。2sin2sinaqaqkd 不难看出，不难看出，越大，分布因数越小，即采用分布越大，分布因数越小，即采用分布绕组后，基波电动势有效值减小不多，高次谐波电绕组后，基波电动势有效值减小不多，高次谐波电动势有效值大大减小，可以改善

36、电动势波形。动势有效值大大减小，可以改善电动势波形。（1）基波电动势）基波电动势 绕组的并联支路数用绕组的并联支路数用 a 表示，每相每条支路共表示，每相每条支路共有有 p/a 个线圈组串联在一起，则每相基波电动势有个线圈组串联在一起，则每相基波电动势有效值为：效值为：由前面分析可知，每对极下的线圈组的基波电由前面分析可知，每对极下的线圈组的基波电动势有效值为：动势有效值为：。1111144.4 dKdKqkfqNkqEE11111)(44.444.4 dKdKkapqNfapkfqNE 11144.4 dkfN 式中式中N1为一相绕组串联匝数。为一相绕组串联匝数。（2）谐波电动势）谐波电动势

37、 每对极下每相的线圈组中谐波电动势有效值为：每对极下每相的线圈组中谐波电动势有效值为：dKdKqkfqNkqEE44.4 ddKkfNkapqNfE144.4)(44.4 各相谐波电动势有效值为：各相谐波电动势有效值为：双层绕组是指定子的每个槽里放两个线圈边双层绕组是指定子的每个槽里放两个线圈边，每个线圈边为一层，故，每个线圈边为一层，故双层绕组的线圈总数等双层绕组的线圈总数等于定子槽数。于定子槽数。双层绕组的优点是线圈可以任意短距，如果双层绕组的优点是线圈可以任意短距，如果短距设计得适当，对改善电动势波形有好处短距设计得适当，对改善电动势波形有好处，所，所以现在容量在以现在容量在10KW以上

38、得交流电机大都采用以上得交流电机大都采用双双层分布短距绕组层分布短距绕组。1）基波电动势）基波电动势 右图为一短距线圈，线圈的节距右图为一短距线圈，线圈的节距 ，其中，其中y为一大于为一大于0小于小于1的数。的数。yy 1 导体及整个线圈的基波电动势导体及整个线圈的基波电动势相量图如左图，相量图如左图，分别是线圈分别是线圈两有效边导体的基波电动势相量。两有效边导体的基波电动势相量。11XAEE、111XAKEEE 111)2sin(44.4)2sin(2 yfNyEEKAK1）基波电动势）基波电动势 由相量图得短距线圈的基波由相量图得短距线圈的基波电动势相量为：电动势相量为：短距线圈短距线圈的

39、基波电动势有效值为：的基波电动势有效值为：1144.4 pKkfN 当把线圈作成短距时，基波节距因数小于当把线圈作成短距时，基波节距因数小于1，只有整距线圈时（只有整距线圈时（y1）基波节距因数为）基波节距因数为1。pKKkfN.E444）（2sin1 ykp 式中，式中，为基波节距因数。为基波节距因数。2）谐波电动势）谐波电动势短距线圈的谐波电动势有效值为：短距线圈的谐波电动势有效值为：同前，同前，次谐波的节距因数为次谐波的节距因数为 。）（2sin ykp 下面用一个具体例子来说明。下面用一个具体例子来说明。已知三相电机定子槽数已知三相电机定子槽数Q=36,，2p=4，节距，节距y1=7槽

40、，并联支路数槽，并联支路数a=1，联成三相双层短距分布绕组，联成三相双层短距分布绕组联接图。联接图。步骤如下：步骤如下：（1）计算槽距角。）计算槽距角。00020363602360 Qp 右图为短距线圈基波右图为短距线圈基波电动势星形图。电动势星形图。（2）画基波电动势星形相量图。）画基波电动势星形相量图。注意：注意：对双层绕组的基对双层绕组的基波电动势星形图，每个波电动势星形图，每个相量代表相量代表一个短距线圈一个短距线圈的基波电动势，而不是的基波电动势，而不是导体电动势。导体电动势。（槽）（槽）32323602 mpQq 每极每相槽数每极每相槽数q为：为：（3）按）按60相带法分相。相带法

41、分相。)(94362槽槽 pQ y1=7槽槽，短距。短距。（4）画绕组展开图）画绕组展开图。首先根据给定线圈的节距，把属于同一线圈首先根据给定线圈的节距，把属于同一线圈的上下层边连成线圈。如，第的上下层边连成线圈。如，第1槽的上层边与第槽的上层边与第8槽的下层边相联，叫第槽的下层边相联，叫第1线圈，把上层边在第线圈，把上层边在第2槽槽的线圈叫第的线圈叫第2线圈，依此类推，如图线圈，依此类推，如图10-22所示。所示。然后根据之前划分的相带，把每个相带里的然后根据之前划分的相带，把每个相带里的线圈彼此串联起来，构成线圈彼此串联起来，构成极相组极相组。所谓极相组，。所谓极相组，即每相每极下由即每相

42、每极下由q个线圈串联组成的线圈组。图个线圈串联组成的线圈组。图10-22仅画出了仅画出了A相的极相组。相的极相组。（4）画绕组展开图）画绕组展开图。图图 10-22 三相双层短距分布绕组的一相绕组展开图三相双层短距分布绕组的一相绕组展开图。（5）确定绕组的并联支路数）确定绕组的并联支路数。本例中要求本例中要求a1，即把如图，即把如图10-22中属于中属于A相相的的4个极相组串联起来即可。个极相组串联起来即可。图图10-22中每相有中每相有4个极相组，根据需要，可个极相组，根据需要，可以把它们并联，也可以把它们串联起来。并联支以把它们并联，也可以把它们串联起来。并联支路数最少是路数最少是a1，最

43、多是，最多是a4。双层绕组的并联双层绕组的并联支路数最多是支路数最多是a=2p。11144.4 pKKkfNE111144.4 dpKqkkfqNE1）基波电动势）基波电动势 短距线圈短距线圈的基波电动势有效值为：的基波电动势有效值为：极相组极相组基波电动势有效值为：基波电动势有效值为：111144.4 dpkfNE 相绕组相绕组基波电动势有效值为：基波电动势有效值为：apqNNK21 111dpdqkkk 1）基波电动势）基波电动势 式中式中N1为每相串联匝数：为每相串联匝数：为基波绕组因数：为基波绕组因数：1dqk111144.4 dpkfNE 2）谐波电动势）谐波电动势 pKKkfNE4

44、4.4 dpKqkkfqNE44.4 dpkfNE144.4 短距线圈短距线圈 次谐波电动势有效值为：次谐波电动势有效值为：相绕组相绕组 次谐波电动势有效值为：次谐波电动势有效值为：极相组极相组 次谐波电动势有效值为：次谐波电动势有效值为：dpk式中式中 是谐波次数；是谐波次数；是是 次谐波的绕组因数。次谐波的绕组因数。q=2，y=5/6，三相双层，三相双层，60相带，求三次相带，求三次谐波和七谐波和七 次谐波的短距系数和分布系数。次谐波的短距系数和分布系数。解：解：3060 qa60 qa 23sin3 yKp225sin90653sin 707.0 27sin7 yKp23sin23sin

45、3aqqaKd 707.045sin290sin 259.0 525sin90657sin 259.0105sin2210sin27sin27sin7 aqqaKd比较：比较：707.0 3 pK 259.0 7 pK707.03 dK259.07 dK（一）（一）使主磁极对应的气隙不均匀，削弱谐波，使主磁极对应的气隙不均匀，削弱谐波，改善主磁场分布改善主磁场分布（二）（二）采用短距绕组削弱高次谐波电动势采用短距绕组削弱高次谐波电动势（三）（三）采用分布绕组削弱高次谐波电动势采用分布绕组削弱高次谐波电动势（四）（四）采用采用 Y 形接法消除形接法消除 3次及次及 3 的奇倍次数的奇倍次数谐波电

46、动势谐波电动势）（）（分布因数：分布因数：短距因数：短距因数：绕组因数：绕组因数：相电动势的有效值：相电动势的有效值：2sin2sin2sin4.44 11p1111111/aq/qakykkkkkfNEddppdpd 主极磁场正弦分布产生的基波电动势主极磁场正弦分布产生的基波电动势）（）（分布因数：分布因数：短距因数：短距因数：绕组因数：绕组因数：谐波电动势的有效值：谐波电动势的有效值：2sin2sin2sin444 1/aq/qakykkkkkfN.Edpdppdpd 主极磁场非正弦分布引起的谐波电动势主极磁场非正弦分布引起的谐波电动势 bp aBm 0FB 72.068.0 pb8.13

47、.1 mdppdKKK 0 pK若若 次谐波次谐波则：则：0 pdK例如要消除例如要消除 5 次谐波电动势，次谐波电动势，等于等于 5。025sin5 yKp 1yy 025sin5 yKp)3 2,1,(25 KKy 1yy 短距系数短距系数：52 1 yKy1节距太短，不可取。节距太短，不可取。54 2 yK56 3 yK长节距，费铜材料。长节距，费铜材料。541 yy。则选则选较大），较大），（从保持基波电动势最大从保持基波电动势最大4/5y1 pk结论：结论：要想消除要想消除次谐波，应选比整距短次谐波，应选比整距短了了/的节距。的节距。例如：例如：q=6957.01 dK644.03

48、dK197.05 dK145.07 dK 可见采用分布绕组，可见采用分布绕组，5 次、次、7 次谐波电动势次谐波电动势削弱许多。削弱许多。3 次谐波相位差次谐波相位差：3601203 Y 形接法，线电动势中无形接法，线电动势中无 3 次谐波及次谐波及3的奇倍次数谐波电的奇倍次数谐波电动势（动势（9，15 次）。次）。CE3AE3BE3AE3BE3ABABE30333 BAABEEE 结论：结论：同步发电机一般采用同步发电机一般采用Y接法，故选择绕组接法，故选择绕组节距时主要考虑的是削弱节距时主要考虑的是削弱5次和次和7次谐波次谐波（即（即y=5/6）交流电机多采用交流电机多采用三相双层短距分布绕组，三相双层短距分布绕组，Y接法。接法。本章习题本章习题某三相交流电机，为双层短距分布绕组，某三相交流电机，为双层短距分布绕组，Q=36、y4/5，Nk3、支路数、支路数a2、2p4，试计算：，试计算：（1）每相每支路有多少个线圈串联？）每相每支路有多少个线圈串联？（2）采用短距分布绕组后，）采用短距分布绕组后，5次、次、7次谐波电动势次谐波电动势 相对于整距时分别被削弱了多少？相对于整距时分别被削弱了多少？