第二篇 交流电机的共同问题

第二篇交流电机的共同问题第五章交流电机绕组及其感应电动势第一节旋转电机的基本作用原理一、概述旋转电机运行分为：电动机运行、发电机运行。电动机运行要具备：磁场和通电导体产生电磁力（力矩）转动。发电机运行要具备：磁场和运动导体切割感应电势输出电压。二、同步电机模型（发电机运行）NSXA图6-1三相同步电机模型ZCYBeAeBeCEBECEAwt60°120°180°240°300°360°420°励磁电流产生恒定磁场N、S由原动机拖动旋转切割定子三相绕组导体在导体感应交流电势输出三相对称电压。同步：定子三相对称电流产生合成旋转磁场与转子磁场同步。三、异步电机模型（电动机运行）三相对称电压（UA、UB、UC）接对称三相绕组（A、B、C）流入对称的三相电流（IA、IB、IC）产生三相合成旋转的磁场（N、S）切割转子导体感应电势和电流转子载流导体和磁场相对作用产生电磁力（力矩）带动转子和联轴的机械负载转动。异步：保证电动机运行，n1n，不同步。四、直流电机模型（电动机和发电机运行）电动机运行：直流电流经换向器（电刷和换向片）流入在线圈中变成交流与磁场（N、S）相互作用产生方向不变的电磁力带动转子转动。发电机运行：线圈由原动机拖动旋转导体切割静止磁场（N、S）感应交变电势和电流经换向器作用变成直流从电刷输出给电负载。第二节交流绕组交流绕组：按一定规律排列的线圈，各线圈均匀分布在槽中，各相位置对称。一、基本概念1、电角度电角度=P×机械角。P为极对数。转子转动1圈（360机械角），若P=1，导体电势交变1周（360电角）；若P=2，导体电势交变2周（720电角）。2、相带每极每相绕组（线圈）占的电角度。有60和120相带两种。3、每极每相槽数q为极队数为相数为总槽数其中pmZpmZq,,:24、槽距角αZp3605、极距τ):(2),:(2槽单位厘米米单位pZpD6、节距y线圈两边所跨的槽数。y=τ,整距绕组yτ,短距绕组yτ,长距绕组7、槽导体电势星形图各个槽中导体电势矢量图,表示电势的相位关系。8、举例：z=24,p=2,m=3计算得：3024)3602()360(566)22(24)2(2)322(24)2(zpyypzpmzq或槽电势星形图：23456789101112131415161718192021222324AXZBYC30°1分相：分A、B、C三相，对称关系，互差120电角度。其中：A----若是N极下A相绕组，X----表示S极下A相绕组。B----若是N极下B相绕组，Y----表示S极下B相绕组。C----若是N极下C相绕组，Z----表示S极下C相绕组。NNSSSNSN二、三相单层绕组1、等元件绕组Z=24，m=3，p=2。解得：α=30°，q=2123456789101112131415161718192021222324ττττAX图6-05三相单层等元件绕组三相绕组对称：绕组相同、轴线差120电角度。2、链式绕组123456789101112131415161718192021222324ττττAX图6-06三相单层链式绕组3、同心式绕组123456789101112131415161718192021222324ττττAX图6-07三相单层同心式绕组4、交叉式绕组Z=36，m=3，p=2。解得：α=20°，q=3节距:3×9节距:2×81×723456789192021222324252627282930313233343536AZBXCY123456789101112131415161718192021222324ττττAX图6-08三相单层等元件和交叉式绕组312725262928303533323436121911A73465981015131214171618X2321202224252627282930313233343536三、三相双层绕组123456789101112131415161718192021222324ττττAX图6-09三相双层(整距、短距)绕组121911734659810151312141716182321202224ττττAX23211110920187BX1916Z30°153175648142A1213124C22YZ=24q=2τ=6y=6或5α=30a=1,2,4,2p四、作业：习题6-2第三节正弦磁场下绕组的感应电动势一、概述AX图6-10每相绕组示意图每相电势组成:一根导体电势Ec1一匝线圈电势（2根导体反串）Et1一个线圈电势（Nc线圈串联）Ey1一个线圈组电势（q个线圈串联）Eq1一相绕组电势（2p或p个线圈组串、并联而成）EΦ1二、电势计算步骤1、一根导体电势Ec1磁场为正弦，根据e=Blv，单根导体电势也是正弦。60/22221:22.260222:1111111111npvlBlBSBfpnlvBEEmmmmmmmmcc磁场切割速度每极总磁通其中有效值2、一匝线圈电势（2根导体反串）Et11,1),2cos(),(44.422cos2:44.422.222:1111111111短距时整距时短距系数节距因数合并短距整距pmppccmmctkfkkEEffEE3、一个线圈电势（Nc线圈串联）Ey1111144.4mpctcykfNENE4、一个线圈组电势（q个线圈串联）Eq1总电势矢量和各线圈电势矢量差个线圈分布弦长,,,1qABEq为分布因数其中整理得)2/sin()2/sin(:)2/sin()2/sin()2/sin()2/sin())2sin((2))2sin((2111111111qqkkqEEqqqEqEEREqREddyqyyqyqABABkABqEdy弧长弦长所以为弧长另外11,:一个线圈组电势:mNcmdpcqkfqNkkfqNE111144.444.4)2/sin()2/sin(2cos:111qqkkkdpN绕组系数其中5、一相绕组电势（2p或p个线圈组串、并联而成）EΦ1mNcqmNcqkapqNfEapEpkapqNfEapEp44.4:,244.42:2,1111个线圈组有单层绕组个线圈组有双层绕组apqNapqNNcc:2:单层双层每相每条支路匝数引进一相绕组电势:11144.4mNfNkE第四节谐波电动势及其削弱方法一、非正弦磁场下绕组的感应电动势1、非正弦磁场气隙磁通密度波形非正弦气隙磁通密度B，分解基波B1、谐波B3、B5、B7…等磁通密度。2、绕组中的基波和各次谐波感应电势(1)基波：lBqqkkkpnfNkfEmmdpNmN1111111111122sin2sin2cos60:,44.4其中(2)ν次谐波：lBlBqqkkkfpnnpfNkfEmmmdpNmN222sin2sin2cos6060:,44.4111其中二、例题6-2[例6-2]三相四极交流电机，定子槽数Z=24，按下列方式接线，算出其基波和5次谐波绕组因数：（1）单层链式绕组；（2）双层短距绕组，节距y=5。解：（1）259.0)2/305sin(2)2/3052sin(1)2/5sin()2/5sin(966.0)2/30sin(2)2/302sin(1)2/sin()2/sin(223224230243602360555111qqkkkqqkkkmpZqZppdNpdN（2）067.02305cos)2/305sin(2)2/3052sin(25cos)2/5sin()2/5sin(933.0230cos)2/30sin(2)2/302sin(2cos)2/sin()2/sin()(30)(15555111qqkkkqqkkkyypdNpdN电角度槽三、谐波电动势的削弱方法1、谐波电势的影响每相电势：27252321EEEEE谐波电势幅值较小，影响不大；波形会变差，产生谐波损耗，温升升高，降低效率。2、电压波形正弦性畸变率%100122423221nuUUUUUK3、削减谐波电势的方法(1)改善气隙磁场主极极弧采用非圆弧轨迹（减小极中间气隙，增大极边缘气隙）。据磁场解析方程推导：xshshcos01可获得正弦分布的气隙磁场。(2)采用短距绕组B1B5τy=4/5(τ)e1e1e5e5采用短距、分布和Y绕组削减、消除电势e3ce3be3ae3ce3be3a如图，y=(4/5)τ，可以消除5次谐波电势。y=(6/7)τ，可以消除7次谐波电势。y=(5/6)τ，可以消减5、7次谐波电势。(3)采用分布绕组如图，2个非正弦磁密，分布开，合成电势接近正弦259.0,259.0,707.0,965.0,27531ddddkkkkq可见，5、7次谐波电势削减74%，而基波削减3.5%，波形改善。(4)采用Y接绕组3及3倍数次谐波电势，同大小、同相位，在△绕组会形成环流电流，在Y绕组，3及3倍数次谐波电势互相抵消，线电势不含3及3倍数次谐波电势。线电势：2725213EEEEl四、作业：习题6-3第六章交流绕组的磁动势第一节概述电势计算步骤：线圈电势线圈组电势单相绕组电势（相电势）线电势。磁势计算步骤：线圈磁势线圈组磁势单相绕组磁势三相绕组合成磁势。第二节单相绕组的磁动势一、线圈磁势（整距、Nc匝）NS12Nixf图7-01一个整距线圈的磁势波形cc磁势波形----以气隙位置为横坐标，幅值矩形的空间分布波形。ccccccccINFtIiiNf221sin221最大幅值幅值由于ic交流，fc也是正、零、负交替。因此整距线圈磁势波形是位置不变，幅值交变----脉振磁势。将矩形波分解：1131153119.01319.0319.0:)5sin513sin31(sinsin5sinsin3sinsinsinsinccccvcccccccccccFvINvFFINFINFxxxtFxtFxtFxtFf其中二、线圈组磁势（q个线圈）1、单层整距线圈组Fc1Fc1Fc1图7-04一个整距线圈组的磁势波形α一个整距线圈组磁势----位置不变、幅值交变沿空间阶梯形分布波形。基波磁势合成----由3个（q=3）,相位差α电角度基波磁势叠加。谐波磁势合成----由3个（q=3）,相位差vα电角度谐波磁势叠加。)5sin513sin31sin(sin::5311111xkxkxktqFfkqFFkqFFdddcdvcvqvdcq谐波基波2、双层短距线圈组图7-05短距双层线圈组的磁势波形βτ双层短距线圈组，可以看作相位角互差β，两个整距线圈组磁势作用。)5sin513sin31sin(sin2:22:22:5311111111xkxkxktqFfkqFkkqFFkqFkkqFFNNNcNvcvpvdvcvqvNcpdcq总磁势谐波基波3、总结线圈组磁势)5sin513sin31sin(sin2:)5sin513sin31sin(sin:53115311xk