新交流电机绕组的基本理论

交流电机理论的共同问题电气工程及其自动化电机学2013ElectricMachinery2电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室主要内容交流绕组的构成原则和分类三相双层绕组（难点）气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势（重点）感应电动势中的高次谐波通有正弦电流时单相绕组的磁动势（难点）通有对称三相电流时三相绕组的磁动势（重点）ElectricMachinery3电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室分析思路三相交流绕组感应电动势脉振磁动势旋转磁动势ElectricMachinery4电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室交流绕组的基础知识1.交流绕组的构成原则2.交流绕组的分类3.三相交流绕组模型4.三相交流绕组的线圈5.三相交流绕组构成6.三相交流绕组的术语7.三相双层叠绕组基本概念ElectricMachinery5电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室交流绕组的构成原则1.电动势和磁动势的波形要尽量接近正弦波，谐波含量要尽量小。2.三相绕组的电动势、磁动势要对称，电阻、电抗要平衡。3.绕组利用率要高。在绕组用铜量一定时，要获得较大的基波电动势和磁动势；在电动势、磁动势要求一定时，用铜量要节省，铜耗要小。4.绝缘可靠，机械强度高，散热条件好，制造方便。ElectricMachinery6电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室交流绕组的分类按绕法分类–叠绕组、波绕组按槽内层数分类–单层绕组、双层绕组按相数分类–单相绕组、三相绕组、多相绕组按每极每相槽数分类–整数槽绕组、分数槽绕组ElectricMachinery7电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相交流绕组模型A相轴CABZYXB相轴C相轴ABCElectricMachinery8电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室ElectricMachinery9电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定子内圆总槽数为Z，定子内圆直径为DElectricMachinery10电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室ElectricMachinery11电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室ElectricMachinery12电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室注意：空间电角度（弧度）和时间电角度（弧度）相等，没有区别。电机圆周的几何角度恒为360°，这称为机械角度。从电磁观点来看，若电动机的极对数为p，则每经过一对磁极，磁场就变化一周，相当于360°电角度。ElectricMachinery13电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室60npfElectricMachinery14电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室5）极距τ沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法：1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米；2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；3）用空间电角度表示；pZ2/pD2/电弧度电角度或180ElectricMachinery15电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室线圈的节距6）节距y一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一般用槽数表示。如图8-3所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y＝9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。整距绕组：y＝τ短距绕组：yτ长距绕组：yτ，端接较长，较少采用。y=9110y=9ElectricMachinery16电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相交流绕组的线圈节距y1=τ：整距线圈节距y1τ：短距线圈节距y1τ：长距线圈叠绕组线圈波绕组线圈y1y1ElectricMachinery17电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室叠绕组线圈多匝线圈单匝线圈散嵌线圈成型线圈ElectricMachinery18电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相交流绕组构成→1个线圈(Nc匝)→1个线圈组(q个线圈)→1相绕组(2p个线圈组)→单匝线圈(2根导体)1根导体AX2p=21相绕组总匝数＝2p×q×Nc极相组ElectricMachinery19电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室7）槽间角α相邻两槽相隔的空间电角度称为槽间角，用α表示。当总槽数为Z，极对数为p时，槽间角为Zp3601导体在空间上有相位差，造成了它在时间上有相同的相位差。Z为电机槽数槽距角α：相邻两槽之间的机械角度。Zα360ElectricMachinery20电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室8.槽电动势星形图各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势相位差相同。将各槽导体电动势相量画在一起，组成一个星形，称为槽电动势星形图。ElectricMachinery21电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室A60°XAxBYBYCZ9、相带指每极下每相所占的区域。为了使绕组对称，通常令每个极面下每相绕组所占的范围相等，这个范围称为相带。即：每极下每相所占有的区域称为相带。有600相带和1200相带两种。一般采用600相带。这种分法可以保证三相感应电动势对称，且合成电动势较大，是常用的方法。120分法获得的电动势较小，不常用。ElectricMachinery22电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室120°相带60°相带ElectricMachinery23电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室9）相带称为60度相带绕组。603236036021ZppmZqA60°XAxBYBYCZBCBACAXZXZY60°AAXXYBBYYCCZZ每一极的电枢表面分为三等分，每相占一等份，每一等份为一个相带。因为每个磁极占有的电角度是180°，所以对三相绕组而言，每相占有60°的电角度，称为60°相带。ElectricMachinery24电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相交流绕组的术语相数：m=3槽数：Z=36极数：2p=4极距：τ=Z/2p=9（槽）每极每相槽数：q=Z/2mp=τ/m=3（槽）机械角度：实际几何角度电角度：电角度=p×机械角度槽距机械角度：α0=360°/Z=10°槽距电角度：α=p×360°/Z=20°ElectricMachinery25电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室槽电动势星形图与绕组相带AZBXCY60°相带绕组ElectricMachinery26电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室槽电动势星形图与绕组相带60°相带绕组120°相带绕组ElectricMachinery27电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相单层绕组（1）三相单层集中整距绕组例如一台p=1，m=3,q=1的电机，则每极每相槽数q=Z/2pm=1(集中绕组)，电枢槽数Z=6，取节距y=Z/2p=3(整距),36060paZ电动势规定正方向ElectricMachinery28电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室步骤：①画槽电动势星形图；②分相；③构成线圈；④构成线圈组；⑤画绕组展开图。ElectricMachinery29电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相对称电动势呢？可以作三相绕组电动势相量的方法来说明。因槽间角电角度，若规定导体电动势穿出纸面为正，所示瞬间1槽导体电动势为正的最大，当转子转过角后，2槽导体电动势才最大，因此2槽导体电动势落后于l槽导体电动势60度电角度，这样依次作出相差电角度的所有槽导体基波电动势相量，所得的相量图称为槽电动势星形图。60111电动势规定正方向1）做槽电动势星形图ElectricMachinery30电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室槽电势星形图：1槽导体与4槽导体串联组成的整距线圈构成A相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽导体电动势的相量差，如图所示，由图可知三相绕组的基波电动势为三相对称电动势。120120120ABC1-43-65-2°°°ElectricMachinery31电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室为了表示各线圈的位置和连接，通常采用所谓绕组展开图，它是把定子沿轴向剖开，然后把它展开，每一槽用一直线表示，槽上编以号码，按照节距连成线圈，这就是最简单的三相单层集中整距绕组展开图。2）三相单层集中整距绕组绕组展开图按照需要，三相绕组可以连成星形或三角形，星形联结；若接成三角形，则按A－Z、B－X、C－Y或A－Y、B－Z、C－X连接．然后由A、B、C引出。ElectricMachinery32电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室4EXAE1E若连成单层绕组，其绕组排列如图所示。123456AXBYCZElectricMachinery33电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的电动势波形不好，而且由于绕组集中，运行时发热集中，散热不良，再加上电枢表面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。ElectricMachinery34电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相单层绕组（2）三相单层整距分布绕组以例说明绕组槽电动势星形图及展开图的作法：一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,m=3,绘制三相单层分布绕组的电动势星形图及绕组展开图。ElectricMachinery35电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室步骤：①画槽电动势星形图；②分相；③构成线圈；④构成线圈组；⑤画绕组展开图。ElectricMachinery36电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室1）作槽电势星形图ElectricMachinery37电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室三相单层绕组3024360236001Zp规定电动势穿出纸面为正，则在图所示位置，1槽导体电动势为正的最大，依次作出其它槽导体的电动势相量，如图所示,由于是两对极，电动势星形重复两圈,一般地说,p对极电机，电动势星形重复p圈。123456789101112131415161718192021222324AZBXCYElectricMachinery38电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室2三相单层绕组2）分相所谓分相，就是按每极每相槽数q，把各槽电动势相量所属的槽号具体分配到各个相，分相的原则是应使每相电动势最大，且三相电动势对称。123456789101112131415161718192021222324AZBXCYElectricMachinery39电机学教案，2013中北大学计算机与控制工程学院电气教研室2三相单层绕组2）分相以A相为例，由于q=2，故每个极下A相有2槽，整个电机A相共有8槽，若在第一个N极下取1、2槽作为A相带，为使合成电动势最大，应将第一个S极下的7、8槽也划归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则为X相带。1234