电机拖动基础第6章-1

电机与拖动基础A（2）任课老师：仇志坚办公室：延长校区电机楼121房间电子邮件：[e-mail]2注意事项总成绩：平时成绩（30%）+考试成绩（70%）平时成绩：出勤（40%）-----不定期不定人数作业（40%）-----不抄题目扣分！抄答案的不批改、迟交、补交作业的60分！提问（5%）-----跟本课程相关，至少一次（课堂，作业本）课堂测验（5%）实验报告（10%）3纪律事项迟到或早退3次算一次旷课，旷课1/3以上取消考试资格；点名后迟到的同学课后登记学号姓名；上课不许吃东西，打电话；请假需要病（事）假条；实习证明（辅导员签字或系里盖章）；课程ppt在整章结束后可以拷贝；作业本编号4学习方法基本环节：预习、听课、复习、作业、提问、实验①这门课程原理复杂，公式图表繁多，一定要提前预习！②上课认真跟着老师的思路，争取课堂上就理解清楚。③有不懂的地方课后及时提问！④作业一定要自己做！前期知识：《高等数学》、《大学物理》、《电路》、《电机与拖动基础》A(1)。5参考书目《电机学》汤蕴璆，史乃编著机械工业出版社2005《电机与拖动》刘锦波，张承慧等编著陈伯时主审清华大学出版社20066背景介绍直流电机与交流电机（结构、原理、运行）交流旋转电机1.同步电机、异步电机（感应电机）2.同步电机与异步电机的区别主要体现在励磁方式和运行特性两个方面。两类电机虽然存在着很大差别，但是电机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理却基本上是相同的，可以统一起来进行研究。本章主要讨论交流电机电枢绕组、电动势及磁动势等问题。BA电刷滑环abcdNSee磁极电枢n7第六章交流电机绕组的电动势与磁通势6.1交流电机电枢绕组的电动势6.2交流电机电枢绕组6.3交流电机电枢单相绕组产生的磁通势6.4三相电枢绕组产生的磁通势分析时以凸极同步发电机的定子绕组为例，从导体电动势开始，逐步引伸到整距线匝电动势、短距线匝电动势、短距线圈电动势、线圈组电动势和相电动势。86.1交流电机电枢绕组的电动势1.交流电机电枢绕组感应电动势的分析，对同步电机和异步电机都适用。2.电枢是电机中机电能量转换的关键部分，直流电机电枢指的是转子，而交流电机的电枢指的是定子部分。3.原动机拖动主磁极以转速n逆时针旋转，导体A与主磁极有相对运动。ABCNSn磁极励磁绕组电枢（定子）绕组如何计算导体内的感应电动势？96.1.1导体电动势直角坐标放在转子上，坐标原点选在两个主磁极中间，纵坐标代表气隙磁密的大小，横坐标代表转子磁极表面各点距离坐标原点的距离，用a表示。一对主磁极所占空间角度定为360º（2π弧度）。α（空间电角度）＝p×β（机械角度）气隙磁密的正方向：从转子磁极到定子为正；感应电动势出纸面为正，用⊙表示。NSn0aA展开NSBBB0wAa=wtap2pmx设主磁极产生的磁密沿气隙圆周方向分布为正弦分布，称为基波磁密。asinmxBB=10BB0wAap2pmB0Apma2pBB0Apma2pBB0Apma2pB当主磁极逆时针方向旋转时，气隙磁通以及对应的气隙磁密也随之旋转。相当于转子不动，导体A以电角速度w顺时针旋转。时间起点与坐标原点重合切割电势大小与方向twa＝lvBex=tEtEtlvBlvBemmx====sradnp/602pw＝11气隙磁密在空间按正弦规律分布，感应出的基波电动势在时间按正弦规律变化。基波电动势随时间变化的波形决定于气隙磁密的空间分布波形。导体在空间上所位移的电角度a等于所经历的时间电角度wt。asinmxBB=tEemwsin=twa＝同一根导体运动t秒？空间相差a电角度的不同导体？12感应电动势的频率与转速1.对于2极电机来说，转子每旋转一周，导体每经过一对主磁极，导体电动势就经历一个完整的周期，感应电动势的频率f等于转子的转速（r/s），感应电动势的频率同步于电机的机械速度。2.对于4极电机来说，转子每旋转一周，导体电动势就经历2个完整的周期，感应电动势的频率f等于2倍转子的转速（r/s）。ABCNSn1NNSS)(BNSNSo360°机械角度13频率与转速通过以上分析可以发现，每当转子转过一对磁极，定子导体中的感应电动势就经历一个完整的周期；如果电机有p对极，则每当转子转过一周，即转过p对磁极时，导体中的感应电动势就经历p个完整的周期，感应电动势的频率等于p倍的转子的转速（r/s）。若转子的转速为n1（r/min），则感应电动势的频率为我国电网的标准频率为50Hz，所以磁极对数p与同步转速n1之间的关系是固定的。606011npnpf==p1234n1(r/min)300015001000750fpw2=140p2pmeEwtEw+j导体切割磁场的线速度：导体感应电动势幅值与有效值fnpv2602======flfBflBlvBEavmmmpppp)2()2(2===ffEEm22.22121p正弦电动势tEewsin2=00/EE=可以用表示称为时间相量基波电动势为0的位置？最大时的位置？15AXE.E.E.T+j6.1.2整距线匝电动势组成线匝的两导体相距一个极距（或180º空间电角度），称为整距线匝。两导体的基波感应电动势总是大小相等，方向相反。XATeee=XATEEE=NSB0Aap2pXneeAXAXeT×===ffEEAT44.422.222y1166.1.3整距线圈电动势Ny匝串联而成线圈。一个线圈两个边之间的距离y1为节距，y1=p为整距线圈，y1p为短距线圈，y1p为长距线圈。整距线圈基波电动势有效值=yyfNE44.4NSB0Aap2pXneeAXAXeT×17NSB0Aap2pXneeAXAXeyy16.1.4短距线圈电动势短距线圈基波电动势有效值）（或101=yyyyppyEEEEEXAXAy/0/0=＝===pyyAykfNyfNyEE44.42sin44.42sin2ppX.y+jE.E.Ey1短距线圈的基波电动势可看成整距线圈基波电动势乘以一个小于1的基波短距系数。18例题6-1、6-2：在电机定子上放置了相距150o空间电角度的两根导体A和X，转子绕组通入直流励磁电流产生一对极性的气隙磁密，并规定导体电动势出纸面为正，如图所示。已知原动机拖动转子逆时针方向以转速n恒速旋转时，在每根导体中感应的基波电动势有效值都是10V。画出图中所示瞬间两根导体A与X的感应基波电动势相量在复平面的位置并求出两根导体组成线匝后的基波电动势。nNS150ow+jAEXEyE解题思路：1.画出相量坐标系；2.确定旋转方向；3.确定导体或线圈的空间位置（超前与滞后）；4.画出感应电动势相量并标注。5.合成基波感应电势的有效值。AX196.1.5整距分布线圈组的电动势多个整距线圈依次分布在定子内表面的相邻槽里，彼此串联形成分布线圈组。相邻线圈的槽距角为a（电角度）。每个整距线圈的基波感应电动势有效值彼此相等，但时间相位上彼此相差a电角度。a123321'''1231'2'3'aeq321yyyqEEEE=20由槽电势（线圈电势）依次相加，最终成为沿圆周首尾相接的闭合多边形。设此多边形的外接圆半径为R。Ey2...E1yE2.yaE.3ya.Eqa/2qa/2R0Ey3aEy1.a一个线圈电势2sin2aREy=q个分布线圈电势2sin2aqREq===dydyyqkfqNkqEqqqEE44.42sin2sin＝aa由q个整距线圈组成的线圈组的基波感应电动势相当于把q个整距线圈集中放一起的基波感应电动势乘上一个小于1的基波分布系数kd。21短距分布线圈组的基波电动势基波绕组系数表示同时考虑了短距和分布影响时，线圈组电动势应打的折扣。==dpypdyqkfqNkkfqNE44.444.4pddpkkk=2sin2sinaaqqkd=2sinpykp=226.2交流电机电枢绕组交流绕组的基本要求1.绕组产生的电动势和磁动势接近正弦波；2.三相绕组的基波电动势和磁动势必须对称；3.在导体数一定时能获得较大的基波电动势和磁动势；交流绕组的分类1.按相数分：单相、两相、三相和多相绕组；2.按槽内层数分：单层绕组、双层绕组；3.按每极每相槽数分：整数槽绕组和分数槽绕组；在电机电枢表面相距a空间电角度的导体或线圈，它们感应的基波电动势在时间相位上也相差a时间电角度。236.2.1三相单层绕组所谓单层绕组是指沿槽深方向只有一层线圈边的绕组。单层绕组每槽只有一个线圈边，所以电机线圈总数等于槽数的一半。1.三相单层集中整距绕组NSAXBYCZn120oo120o120E..E.EACB+jw三相对称绕组：各相绕组在串联匝数以及连法上都相同，只是在空间的位置上彼此互相错开120o电角度。三相单层集中整距绕组感应电动势波形不理想，电枢表面的空间也没得到充分利用。242.三相单层整距分布绕组一台交流电机定子上总槽数Z=24，极对数p=2，转子逆时针旋转，转速为n。23241567111213171819NNSSn（1）槽距角(电角度)==30243602360Zp＝a（2）画基波电动势槽星形相量图（某刻）：找出N极正对着的槽号。12345678910111213141516171819202122232430oABCXYZ+jw（3）按60o相带法分相（每相在每个磁极下所占的空间地带为60o电角度，每个磁极范围是180o空间电角度。）每极每相槽数2322242===pmZq按A，Z，B，X，C，Y顺序逆相量旋转方向标注25（4）画绕组连接图先找出同一相带的槽，确定槽内的感应电动势方向。然后将与之相差180o电角度的槽内导体连成线圈，再串联成线圈组。将A相绕组右移120°电角度（即1+4=5号槽或跨槽1~5），可得到B相绕组，C相以此类推。由连接图判断绕组性质、极对数p、并联支路数a、q？123456789101112131415161718192021222324A1X1A2X2头头尾尾pppp26（5）确定并联支路数根据并联支路数a连接上述p个线圈组。几条支路并联的条件是各条支路电动势相量相等。a=1为串联，a=2为两路并联。单层绕组最多可并联的支路为p个。（6）计算相电动势===dpdpypdyfNkkapqNfapkkfqNE44.444.4144.4apqNNy=一相绕组串联总匝数p个线圈组（每个线圈组由q个Ny匝的线圈串成）的总匝数被a分27三相单层绕组综上所述，三相单层绕组具有如下特点：1.线圈总数=Z/2；假设每个线圈有Ny匝，线圈总匝数=ZNy/2。2.并联支路数a最小为1，最大为p；3.每相线圈组数=p；4.每相串联总匝数。aNqpamNZNy==2y28所谓双层绕组是指沿槽深方向有上、下两层线圈边的绕组。由于一个线圈有两个圈边，因此对于双层绕组来说，电机线圈总数等于定子槽数。一台交流电机定子上总槽数Z=36，极对数p=2，节距y1=7个槽，并联支路数a=1，连成三相双层短距分布绕组。（1）槽距角(电角度)==20363602360Zp＝a（2）画基波电动势槽星形相量图（某个瞬时）：对双层绕组的基波电动势星形相量图，每个相量代表一个短距线圈的电动势，而不是导体电动势。（3）按60o相带法分相，按A，Z，B，X，C，Y顺序逆相量旋转方向标注。每极每相槽数3322362===pmZq6.2.2三相双层绕组123456789101112131415161718192021222324oABCXYZ2526272829303132333435362029123456789101112131415161718192021222324AXp252627282930313233343536ppp（4）画绕组连接图实线代表槽内上层的圈边，虚线代表放在槽内下层的圈边。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（1+7=8或跨槽1~8），再把同一相带的线圈串联成线