第四章-交流绕组及其电动势和磁动势课件.ppt

1、第四章 交流绕组及其电动势和磁动势 本章研究本章研究：交流绕组的连接规律；交流绕组的连接规律；正弦磁场下交流绕组的感应电动势；正弦磁场下交流绕组的感应电动势；通有正弦电流时单相绕组的磁动势；通有正弦电流时单相绕组的磁动势；通有对称三相电流时的磁动势。通有对称三相电流时的磁动势。机械旋转磁场机械旋转磁场是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场械旋转磁场 ；旋转磁场是交流电机工作的基础 前言电气旋转磁场电气旋转磁场是三相对称的交流绕组通入三相对称的是三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场交流电流时会在电机的气隙空间产生电气

2、旋转磁场一、基本知识1.1.交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求合成电动势和合成磁动势波形接近正弦，幅值要合成电动势和合成磁动势波形接近正弦，幅值要大、各谐波分量要小；大、各谐波分量要小；三相绕组基波电势、基波磁势对称，电阻、电抗三相绕组基波电势、基波磁势对称，电阻、电抗要平衡；要平衡；绕组的铜耗要小，用铜量要省；绕组的铜耗要小，用铜量要省；绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造方便。绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造方便。4.1 交流绕组的构成原则和分类大小、频率、波形和对称的问题4.1 交流绕组的构成原则和分类一、基本知识2.2.交流绕组的分类交流绕组的分类 相数相数：单相和多相绕组；

3、：单相和多相绕组；根据槽内根据槽内层数层数：单层绕组和双层绕组；：单层绕组和双层绕组；每极下每相槽数每极下每相槽数：整数槽和分数槽。：整数槽和分数槽。根据根据绕法绕法：叠绕组和波绕组；：叠绕组和波绕组；的三相交流电机，其定子绕组大多采用双层绕组。特点：绕组的线圈数等于槽数kWPN101 1）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，组，以改善电动势和磁动势的波形；以改善电动势和磁动势的波形；3 3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。2 2）所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；所有线圈具有相同的尺寸，便于

4、制造；主要优点：主要优点：4.2 三相双层绕组三相双层绕组上层边上层边下层边下层边单层绕组单层绕组双层绕组双层绕组槽楔槽楔4.2 三相双层绕组以Q=36，2p=4 的三相双层叠绕组来进行分析（1）绘制槽电动势星形图绘制槽电动势星形图（2）分相、构成线圈）分相、构成线圈（3）计算极距和节距（用槽数计）计算极距和节距（用槽数计）（4）极相组划分）极相组划分（5）确定并联支路数）确定并联支路数（6）把属于各相的所有极相组串联起来，得到绕组）把属于各相的所有极相组串联起来，得到绕组展开图。展开图。4.2 三相双层绕组一、基本概念1.机械角度：机械角度：一个圆周一个圆周几何角度几何角度是是360，在电机

5、分析，在电机分析中称为中称为机械角度机械角度。2.电角度：在电路理论中，随着时间按正弦规律变化电角度：在电路理论中，随着时间按正弦规律变化的物理量交变一次经过的物理量交变一次经过360时间电角度时间电角度。在电机。在电机中，导体经过一对磁极，其感应电动势交变一次，中，导体经过一对磁极，其感应电动势交变一次，因此一对磁极所对应的因此一对磁极所对应的空间电角度空间电角度称为称为360空间空间电角度（或者电角度（或者 2空间电弧度）。空间电弧度）。3.电角度和机械角度的关系：若电机极对数为电角度和机械角度的关系：若电机极对数为p，则一，则一个圆周代表个圆周代表p360空间电角度，因此与机械角空间电角

6、度，因此与机械角度度对应的空间电角度为对应的空间电角度为 p 4.2 三相双层绕组一、基本概念4.槽距角槽距角a：表示相邻两个槽之间距离的空间电角度。：表示相邻两个槽之间距离的空间电角度。同时也是相邻槽中导体感应电动势的相位差同时也是相邻槽中导体感应电动势的相位差。Qpa/360Q是槽数是槽数 N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1na4.2 三相双层绕组一、基本概念5.极距极距 ：一个磁极在电枢表：一个磁极在电枢表面的位置称为极距。它可用面的位置称为极距。它可用长度，所占槽数，电角度或长度

7、，所占槽数，电角度或者电弧度表示者电弧度表示 pD2pQ2电角度：电角度：180电弧度：电弧度：长度长度:槽数槽数:N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n4.2 三相双层绕组6.线圈元件线圈元件：由两根相距一定距离的元件边和端接：由两根相距一定距离的元件边和端接线相连构成线匝，线相连构成线匝，Nc匝串联构成线圈匝串联构成线圈 单匝线圈多匝线圈匝数Nc4.2 三相双层绕组7.线圈节距线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽数，称为：线圈的两个有效边相距槽数，称为线圈节距线圈节距。整距整距y1=；

8、短距短距y1。单匝线圈多匝线圈匝数NcN2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2 三相双层绕组8.8.每极每相槽数每极每相槽数q q：表示：表示每极下每极下每相每相所占槽数。所占槽数。右图q等于3mpQq2N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1n9.9.槽电动势星形图：把电枢上各槽电动势星形图：把电枢上各槽内导体感应电动势用矢量表示，槽内导体感应电动势用矢量表示，构成的图构成的

9、图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2 B9.9.槽电动势星形图槽电动势星形图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1 B1-18经过了一对极，在向经过了一对极，在向量图上恰好走了一圈量图上恰好走了一圈 槽距角槽距角亦是相邻槽中导体亦是相邻槽中导体

10、感应电动势的感应电动势的相位差相位差。19-36经过了一对极，在经过了一对极，在向量图上走第二圈向量图上走第二圈 10.相带：每极下每相所占的区域相带：每极下每相所占的区域360度的星形图圆周分成三等分，每等分占度的星形图圆周分成三等分，每等分占120度，成为度，成为120度相带；获得的电动势较小。度相带；获得的电动势较小。若分成六等分，则称若分成六等分，则称60度相带度相带；这种分法同样可以保证电；这种分法同样可以保证电势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。以以A相为例：相为例：A相共有相共有12个槽个槽 1,2,3(线圈组线圈组A1)19,

11、20,21(线圈组线圈组A2)10,11,12(线圈组线圈组X1)28,29,30(线圈组线圈组X2)60度相带度相带A相带相带X相带相带将四个线圈组按照一定的规律将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到连接，即可得到A相绕组相绕组极相组极相组B相相 距离距离A相相 120 电角度电角度7,8,9(线圈组线圈组B1)25,26,27(线圈组线圈组B2)16,17,18(线圈组线圈组Y1)34,35,36(线圈组线圈组Y2)60度相带度相带B相带相带Y相带相带将四个线圈组按照一定的规将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到律连接，即可得到B相绕组相绕组C相相 距离距离A相相 240 电角度电角度

12、13,14,15(线圈组线圈组C1)31,32,33(线圈组线圈组C2)4,5,6(线圈组线圈组Z1)22,23,24(线圈组线圈组Z2)60度相带度相带C相带相带Z相带相带将四个线圈组按照一定的规将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到律连接，即可得到C相绕组相绕组60 相带绕组：相带绕组：每个相带各占每个相带各占60 电角度电角度各个相带的槽号分布：各个相带的槽号分布：相带相带槽号槽号极对极对ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一对极下第一

13、对极下（1槽槽18槽）槽）第二对极下第二对极下（19槽槽36槽）槽）4.2 三相双层绕组满足交流绕组基本要求的方法（1）磁场）磁场B在在空间按正弦规律空间按正弦规律分布，则它在交流绕组分布，则它在交流绕组中感应的电动势就是中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化随着时间按正弦规律变化。（2）用槽电动势星形图保证三相绕组基波电动势、）用槽电动势星形图保证三相绕组基波电动势、基波磁动势对称。基波磁动势对称。（3）用）用60 相带的绕组获得较大的基波电动势。相带的绕组获得较大的基波电动势。N2192021222324252627282930313233343536123456789101112131

14、415161718S2N1S1n展开展开1234567N1二、叠绕组二、叠绕组叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，后一个线圈紧中，后一个线圈紧“叠叠”在前一个线圈上。在前一个线圈上。12310 11 1219 20 2128 29 30三相双层叠绕组的三相双层叠绕组的A相绕组展开图相绕组展开图磁极在上部旋转磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468线圈节距线圈节距y18短距短距二、叠绕组二、叠绕组12310 11 1219 20 2128

15、 29 30三相双层叠绕组的三相双层叠绕组的A相绕组展开图相绕组展开图磁极在上部旋转磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468将每个极相组下的线圈串联起来将每个极相组下的线圈串联起来导体相对磁场的运动方向导体相对磁场的运动方向A -1-2-3-10-11-12-19-20-21-28-29-30-XA1X1A2X2图：图：A相绕组线圈的连接图（相绕组线圈的连接图（一条并联支路一条并联支路）123192021101112282930XAA1X1A2X2图：图：A相绕组线圈的连接图（相

16、绕组线圈的连接图（两条并联支路两条并联支路）极相组极相组A和和X的电动势、电流方向相反，为避免电动势或电流所形的电动势、电流方向相反，为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消，串联时应将极相组成的磁场互相抵消，串联时应将极相组A和和X反向串联，即反向串联，即首首首首相连相连把尾端引出，或把尾端引出，或尾尾相连尾尾相连把首端引出把首端引出123192021101112282930XAA1X1A2X2图：图：A相绕组线圈的连接图（四条并联支路）相绕组线圈的连接图（四条并联支路）小结 由于每相的极相组数等于极数，所有双层叠绕组的最多并联支路数等于2p。实际支路数a通常小于2p，且2p必须是a的整数倍。

17、叠绕组的优点是，短距时端部可以节约用铜量。缺点是一台电机的最后几个线圈的嵌线较为困难，极间连线较长，在极数较多时相当费铜。4.3 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的感应电动势一、导体的感应电动势1.电动势的波形电动势的波形tEtlvBblvesin2sin112.正弦电动势的频率正弦电动势的频率感应电动势的频率：感应电动势的频率：60spnf 同步转速：同步转速：pfns60国家标准：国家标准：f为为50Hz 掌握：掌握：1.电动势是一个时间量电动势是一个时间量 2.频率和磁场转速的关系频率和磁场转速的关系3.导体电动势的有效值导体电动势的有效值 掌握：掌握

18、：1.磁通的表示磁通的表示 2.导体电动势和变压器中电动势的比较导体电动势和变压器中电动势的比较二、整距线圈的电动势二、整距线圈的电动势匝电势匝电势单匝线圈电动势的有效单匝线圈电动势的有效值值线圈有线圈有Nc匝，则线圈电动势为：匝，则线圈电动势为：三、短距线圈的电动势，节距因数三、短距线圈的电动势，节距因数 短距线圈的节距短距线圈的节距y1，用电角度表示时，节距为，用电角度表示时，节距为 单匝线圈的电动势为：单匝线圈的电动势为：据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的kp1为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应电动

19、势比整距时应打的折扣应电动势比整距时应打的折扣.有效值有效值Ec1(Nc=1)为为:四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数因数q个线圈的合成电动势个线圈的合成电动势Eq1为为式中，式中，外接圆的半径。外接圆的半径。把把R代入上式，得代入上式，得:式中式中,qEc1 q个线圈电动势的代数和；个线圈电动势的代数和；kd1绕组的基波分布因数，绕组的基波分布因数，kd1的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势个分布线圈的合成电动势Eq1 小于小于q个集中线圈的个集中线圈的合成电动势合成电动势 qEc1，由

20、此所引起的折扣，由此所引起的折扣 一个极相组的电动势为一个极相组的电动势为qNc 个线圈的总匝数；个线圈的总匝数；kw1=kp1kd1 绕组的基波绕组因数。绕组的基波绕组因数。kw1的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。五、相电动势和线电动势11111111444244444422wwcwcqfNkkapqNfkqNfapEapE.)/(.)(.N：一相绕组的总串联匝数：一相绕组的总串联匝数apqNNc/2小结单个导体电动势E1整距线圈电动势Ec1短距线圈电动势Ec1分布线圈组电动势Eq1相电动势E1=2pEq1/a线电动势1222f.144.4cfN11444pckfN.111444dpckkfqN.11444wfNk.