第三篇 交流电机理论的共同问题

第三篇交流电机理论的共同问题•第八章交流绕组•第九章交流绕组的感应电动势•第十章交流绕组的感应电动势•第十一章电机的发热与温升限本篇主要内容1.交流绕组的连接规律2.正弦磁场下交流绕组的感应电动势3.通有正弦电流时单相绕组的磁动势4.通有对称三相电流时的磁动势交流绕组的构成原则和分类一、构成原则：电势最大、三相对称、正弦波(1)、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正(2)、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，弦形、幅值要大；电阻、电抗要平衡；二、分类按相数：单相和多相绕组；按槽内层数：单层和双层；按每极下每相槽数：整数槽和分数槽；按绕法：叠绕组和波绕组。(4)、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，(3)、绕组的铜耗要小，用铜量要省；制造要方便。（1）机械角度与电角度：机械角度——一圆周360度；电角度——一对磁极占有的空间角度是360度电角度关系：电角度=p*机械角度（p为极对数）三、有关交流绕组的术语首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定子内圆总槽数为Q，定子内圆直径为D。三、有关交流绕组的术语（2）线圈又称为元件，是构成绕组的基本单元。①直线边为感应电动势的有效边②非直线边为端接部分③由单匝或多匝导线组成④画图时仅用一匝表示直线边端部CW有关交流绕组的术语（3）极距①定义：对应一个磁极即180空间电角度的定子内表面圆周长度，用τ表示。②极距又有三种具体表达方式：以长度表示：pD2（单位为长度单位）以槽数表示：2Qp（单位为槽数）180()或以空间电角度或空间电弧度表示：p=2有关交流绕组的术语（4）线圈节距定义：一个线圈的两个有效边之间所跨的槽数，称为线圈的节距，用y表示，且与极距一样有三种表达方式。特别是：yy称为整距当y称为长距当y称为短距当有关交流绕组的术语（5）每极每相槽数Q2qpm当q=1，称为集中绕组；当q1，称为分布绕组；当q≥1且为整数，称为整数槽绕组；当q1且为分数，称为分数槽绕组。定义：每个磁极下每一相所占的槽数，即为由集中绕组过渡到分布绕组时的小槽数。极距、节距、每极每相槽数和电角度间的关系：○○○○180电角度y=τyτyταqNτ=？有关交流绕组的术语（6）槽距角定义：相邻两槽所对应的空间电角度或空间电弧度称为槽距角，用α表示。（相邻两个导体的相位差）即：360Qp（7）相带定义：每极每相绕组在定子内圆表面所占的范围称为相带，以空间电角度表示。即：Q3601802Qpqpmm360mq当•相带A60°XAxBYBYCZYCXBZA、、、、、60（8）极相组：每一极下属于同一相的q个相串联的线圈。这些术语对今后的学习十分重要，希望同学们认真理解并掌握。有关交流绕组的术语（1）线圈（2）每极每相槽数（3）机械角与电角度（4）极距（5）线圈节距（6）槽间角（7）相带三相单层绕组单层绕组三相单层绕组的特点1.计算每极每相槽数q。2.写出槽号分配表。3.画每相绕组展开图。4.按需要连成星形或三角形。三相单层绕组的绘制方法同心式绕组举例：三相24槽2极1.计算每极每相槽数q。2.写出槽号分配表。244223Qqpm三相二极24槽电机槽号排列表相带AZBXCY槽号1,2,3,45,6,7,89,10,11,1213,14,15,1617,18,19,2021,22,23,243.画每相绕组展开图。213415161413567891011121718192021222324NS链式绕组——，p1的小型异步电动机举例：三相24槽4极1.计算每极每相槽数q。2.写出槽号分配表。2422223Qqpm三相四极24槽电机槽号排列表2q3.绘制单相绕组展开图。交叉式绕组——q为奇数的四极或六极三相小型感应电动机举例：三相36槽4极1.计算每极每相槽数q。3632223Qqpm2.写出槽号分配表。3.绘制单相绕组展开图。三相单层绕组优点：⑴嵌线方便⑵槽的利用率高⑶不能做成短距（电气性能）波形差(4)采用不等距的线圈组成，节省铜线优点：⑴可采用短距，改善电动势、磁动势的波形⑵线圈尺寸相同，便于绕制⑶端部排列整齐，利于散热机械强度高分类⑴叠绕组——相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上⑵波绕组——两个相连接的线圈成波浪式前进三相双层绕组三相双层绕组•双层——每槽中有两个元件边，分为上下两层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为下层。每个元件均有一个边放在上层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取决于节距。•元件的总数等于槽数，每相元件数即为槽数的三分之一。例：绘制三相四极36槽叠绕组展开图，取y1=8.1.计算q，τ。3692223632223QpQqpm槽槽2.分相，以A相为例，写出槽号分配表。三相四极36槽电机双层绕组A相槽号排列表相带磁极AZBXCYN1，S1槽号123456789101112131415161718上层■■■●●●下层★★■■■●N2，S2槽号192021222324252627282930313233343536上层▲▲▲★★★下层●●▲▲▲★3.连线。213415161413567891718192021222324293028272526313233343536121110N1S1N2S2AX双层叠绕组并联支路的概念123A101112192021282930A1A2X1X2a=1123A101112192021282930A1A2X1X2Xa=2链式绕组——，p1的小型异步电动机举例：三相24槽4极1.计算每极每相槽数q。2.写出槽号分配表。2422223Qqpm三相四极24槽电机槽号排列表2q3.绘制单相绕组展开图。交叉式绕组——q为奇数的四极或六极三相小型感应电动机举例：三相36槽4极1.计算每极每相槽数q。3632223Qqpm2.写出槽号分配表。3.绘制单相绕组展开图。三相单层绕组优点：⑴嵌线方便⑵槽的利用率高⑶不能做成短距（电气性能）波形差(4)采用不等距的线圈组成，节省铜线优点：⑴可采用短距，改善电动势、磁动势的波形⑵线圈尺寸相同，便于绕制⑶端部排列整齐，利于散热机械强度高分类⑴叠绕组——相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上⑵波绕组——两个相连接的线圈成波浪式前进三相双层绕组三相双层绕组•双层——每槽中有两个元件边，分为上下两层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为下层。每个元件均有一个边放在上层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取决于节距。•元件的总数等于槽数，每相元件数即为槽数的三分之一。例：绘制三相四极36槽叠绕组展开图，取y1=8.1.计算q，τ。3692223632223QpQqpm槽槽2.分相，以A相为例，写出槽号分配表。三相四极36槽电机双层绕组A相槽号排列表相带磁极AZBXCYN1，S1槽号123456789101112131415161718上层■■■●●●下层★★■■■●N2，S2槽号192021222324252627282930313233343536上层▲▲▲★★★下层●●▲▲▲★3.连线。213415161413567891718192021222324293028272526313233343536121110N1S1N2S2AX双层叠绕组并联支路的概念123A101112192021282930A1A2X1X2a=1123A101112192021282930A1A2X1X2Xa=2第九章交流绕组的感应电动势导体电动势星形图1.一对极，集中绕组1234563NS5264n1已知：Q22qpm求得：2p3mQ2436030pZ178654329101112132423222120191817161514NSSN2.两对极，分布绕组1,132,143,154,165,176,187,198,209,2110,2211,2312,24槽电动势的星形图如图4－1表示36槽内导体感应电动势的相量图，亦称为槽电动势星形图。以A相位例，由于，故A相共有12个槽相带：每极下每相所占的区域。A相带：1、2、3线圈组（）与19、20、21（）X相带：10、11、12（）与28、29、30（）将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。3q第九章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、一根导体的电动势1.电动势频率：2.电动势波形：由e=BLV可知，由气隙磁密沿气隙分布的波形决定；3.基波电动势大小：式中：为每个磁极基波电动势的大小。空间坐标的建立(1)纵坐标：设在转子磁极轴线，气隙磁密由定子到转子为正。(2)横坐标：设在转子表面，顺时针为正（设转子逆时针旋转），以空间电角度表示。剖开展平vb定子转子NnS正弦磁场下的感应电势：分析思路：相绕组——线圈组——线圈——导体1、导体电势：（平均值）tEtlBlBemtmttcoscos111111111111122.22212222ffflllBEEmmtt2、单匝线圈电势及短距系数：11111124.44ccdtdcENkEkfN11sin90dyk3、线圈组的电势及分布系数：11112sin2sinqywqkkkqqk11111144.4ccqqNfqkEqkE相电动势及线电动势(1)相电动势有效值①每相基波电动势有效值单层绕组：双层绕组：每相每条支路的线圈组数为：pa则：11114.44wcqpqNapEEfka每相每条支路的线圈组数为：2pa则：11114.4422qwcppEqNaEfka统一令每相绕组每条支路串联匝数为：2ccpqNaNpqNa双层（单层）（）则：1114.44wEfNk相电动势及线电动势(1)相电动势有效值②同理每相谐波电动势有效值4.44wEfWk③相电动势总有效值......27252321EEEEE(2)线电动势有效值①星形连接②三角形连接......3272521EEEEl......272521EEEEl即三相接线的线电动势中不含3及3的倍数次谐波。交流绕组电动势与变压器电动势的比较(1)变压器电势与运动电势的区别。(2)磁通随时间变化幅值与每极磁通量的区别。(3)集中绕组与分布短距绕组的区别1114.44NwEfk14.44NmEf变压器电动势：交流绕组相电动势：区别在于：二、谐波电势的特点及其削弱方法：1、谐波磁场的特点：2、谐波电势的特点：nnppffNfkE44.43、谐波电势的削弱方法：（1）磁场分布接近正弦波；（2）三相采用Y接，消除线电势中3次及其倍数谐波；（3）采用短距；（4）采用分布；qykkk1kyyky2090sin2sin2sinqqkq齿谐波电势及其削弱方法•槽的影响：齿槽开口引起气隙磁导不均匀，产生齿谐波电势。•有：2mq+1次谐波2mq–1次谐波1212mq12mq1yykk1qqkk•削弱方法：①采用磁性槽楔及半开口槽；②增大q，使定子内表面接近光滑；③采用斜槽——斜一个定子齿距。齿谐波磁场转子导条定子齿槽SNSN通有正弦电流时单相绕组的磁动势一相绕组的磁动势为则单相绕组的基波磁动势为式中，—单相绕组基波磁动势的幅值，1F单相绕组的基波磁动势在空间随角按余弦规律单相绕组的基波磁动势为脉振磁动势，其脉振频率取决于电流的频率。分布，在时间上随按余弦规律脉振。通有三相电流时三相绕组的磁动势三相绕组基波合成磁动势为式中，—三相绕组基波磁动势的幅值。性质：是一个沿着气隙圆周连续推移的旋转磁动势波。a)转速：即。b)幅值位置：当某相电流达到交流的最大值时，基波