《交流电机共同理论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流电机共同理论.ppt（110页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第二篇 交流电机的绕组、电动势和磁动势,第五章 交流电机绕组及其感应电动势,交流电机,同步电机,同步发电机,同步电动机,异步发电机,异步电动机,异步电机,同步电机,异步电机,交流电机的分类,同步电机：多用作发电机使用，在不调速情况，也用作电动机，可改变电网功率因 数（通过调节励磁电流）。,基本结构,定子：定子铁心、定子绕组（电枢绕组）。,转子：转子铁心（主磁极）、转子绕组（励磁绕组）。,两种类型的交流电机在涉及的基本电磁理论、基本结构原理方面具有下面三个共同部分：交流绕组的基本结构 交流绕组中感应的电动势 交流绕组产生的磁动势,同步发电机工作原理,励磁绕组通入直流电流，原动机拖动主磁极以恒速
2、旋转，定子三相绕组对称布置，定子导体相对旋转切割主磁极，在定子绕组里便感应出交流电势。,在定子三相对称绕组，通入三相对称的交流电流，在气隙中产生旋转磁场，转子绕组因切割旋转磁场而感生电势，因转子绕组是短路绕组，转子绕组中产生感应电流，在磁场的作用下，在转子绕组上作用有电磁力，产生电磁转矩，使转子旋转，即将电能转变为机械能。,异步电机的基本工作原理,定子：定子铁心、定子绕组，与同步电机相同。,转子：转子铁心、鼠笼绕组,一、构成交流绕组的基本要求1.三相绕组产生的基波电动势和磁动势三相对称；2.尽可能大的基波电动势和磁动势；3.使电动势和磁动势呈正弦波形；4.绝缘性能、机械强度、散热条件；5.节约
3、材料，简化制造工艺。,第一节 交流绕组构成的基本知识,二、三相绕组构成的概念和几个定义,线圈节距：一个线圈的两个线圈边沿定子内表面跨过的距离（多以槽数 表示）。,极距：定子内表面用长度表示的每极所占空间距离（多用所跨槽数表示）。,节距等于极距的线圈整距线圈节距小于极距的线圈短距线圈节距大于极距的线圈长距线圈,两极电机电角度,空间电角度：把一对主磁极表面占的空间距离用空间电角度表示，定义为360空间电角度。,四极电机电角度,p1时，360度机械角度对应电角度为360度；p2时，360度机械角度对应电角度为720度；因此：电角度p机械角度（几何角度）,槽间角：一个定子槽在定子内圆表面所占的空间电角
4、度。,每极每相槽数：每一极下每相绕组占有的槽数。,相带：每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电角度表示。,导体、单匝线圈、多匝线圈、线圈组,线圈组：由依次相邻一个槽的 个结构相同的线圈串联构成的一组线圈组。,分布绕组实例,单层集中整距绕组实例（两极）,第二节 三相交流绕组联结实例,单层集中整距绕组实例(四极),已知 Q24，2p4，m3，绕制三相单层叠绕组。,三相单层叠绕组（整距）,三相单层链式绕组（短距）,已知：Z36,2P4，绘制 a=1 的三相单层交叉式绕组展开图。,两个大绕组：一个小绕组：,三相单层交叉式绕组,三相单层交叉式绕组展开图,已知Z=24；2P=2；要求绘制三相单层同心式绕组
5、。,三相单层同心式绕组展开图,单层绕组的特点,最大并联支路数等于极对数；形式上的短距，本质上的整距；（不能利用短距绕组消除电势和磁势中的高次谐波）线圈数少，绕线和嵌线的工时少；无层间绝缘，下线方便，槽利用率高。,三相双层叠绕组,已知 Q=24，2p=4，要求绘制的三相双层叠绕组展开图。,三相双层叠绕组,双层分布短距绕组实例（两极）,双层分布短距绕组联结实例（一对极下）,三相双层叠绕组,可连接多少并联支路？,a=2?amax=?,双层叠绕组的特点：,1、可以灵活地选择节距以改善电动势和磁动势的波形；2、采用短距可以节约用铜；3、便于得到较多的并联支路数，最大并联支路数与极数相同；4、线圈组间的连
6、接线较长，极数多时耗铜多；,三相双层波绕组,三相双层波绕组特点,、可以减小极间连接线，主要用于极数较多的水轮发电机定子绕组和感应电机绕线型转子。、波绕组的最大并联支路数 amax=2。,正弦分布磁场下的绕组电动势,一、导体电势EC导体电势的波形？导体电势的大小？,导体感应电势的频率？,结论：旋转磁场在空间以正弦规律分布时，它在线圈中感应的电动势也按正弦规律随时间变化。,二、线圈电动势 Ey 和节距因数,1、整距绕组电势两个导体电动势有何不同？两个导体构成的线圈电动势？,2、短距绕组电动势,线圈的节距因数,物理意义？,三、线圈组电动势和分布因数,1、q个集中绕组构成的线圈组电动势2、个分布绕组的
7、电动势,分布绕组的分布系数,物理意义？,q 个短距、分布绕组构成的线圈组电动势？,绕组因数：,四、一相绕组的电动势,1、单层绕组 一相有p个线圈组，有串、并、混联三种连接方法：1)全并联：有p条并联支路，a=p，每条支路只有一个线圈组；2)全串联：a=1，每条支路有 p 个线圈组串联；3)混联：每条支路有 个线圈组串联。,一相电动势（一个支路电动势）：,2、双层绕组一相有 2p 个线圈组，有串、并、混三种接法：全并联：有2p条并联支路，a=2p，每条支路只有一个线圈；2)全串联：a=1，每条支路有2p个线圈串联；3)混联：每条支路有 个线圈串联。,一相电动势（一个支路电动势）：,相电动势：,与
8、变压器每相电动势有何异同？,星形接法的线电动势？三角形接法的线电势？,单层绕组？双层绕组？,正弦分布磁场下绕组电动势总结,1、旋转磁场在空间以正弦规律分布时，线圈中感应的电动势也按正弦规律随时间变化。2、感应电动势的频率与旋转磁场的转速、磁极对数成正比；,3、在整距绕组电动势上乘以节距因数得到短距绕组电动势；4、在集中绕组电动势上乘以分布因数得到分布绕组电动势；5、交流电机绕组电动势的计算公式与变压器每相绕组电动势计算公式形式上相似，只是多乘个绕组因数。,非正弦分布磁场下的高次谐波电动势,一、谐波电势的产生原因及危害1、谐波电势的危害（1）使电机损耗增加，效率下降；（2）易引起输电线路谐振，造
9、成过电压；（3）对通讯产生干扰；（4）增加输电线路线损；,2、同步电机气隙磁密分布隐极式同步电机，磁密呈阶梯状分布。凸极式同步电机，磁密分布为接近正弦的平顶波。由于磁密沿气隙分布非正弦，按傅立叶极数分解可得到基波和一系列奇次的高次谐波磁密。,二、谐波磁场及其引起的谐波电动势,谐波磁场的特点：1、次谐波在空间的极对数为p；则次谐波的极距：,某一机械角度对应的基波电角度：,同一机械角度对应的谐波电角度：,（2）谐波磁场在绕组中感应出不同频率的电动势，即各次谐波电动势。,基波电动势频率为：,谐波电动势频率为：,（3）对高次谐波电动势，其分布因数和节距因数分别为：,（4）对谐波磁场，每极磁通为：,谐波
10、电动势有效值为：,三、计及谐波时的相电动势和线电动势,相电动势有效值：,星形接法时线电势有效值：,三角形接法时线电势有效值：,四、谐波电动势的削弱方法,1.使主极磁密尽可能接近正弦分布；2.三相绕组采用Y或接法，使线电势中不含 3和 3 的整倍数次谐波；3.采用短距绕组削弱 5、7次谐波电势。4.采用分布绕组削弱相电动势中的高次谐波。,附加：齿谐波电动势的削弱,由于定子内表面开槽，使气隙磁密分布含有次数为 的谐波，称为齿谐波，由此感应的电动势称为齿谐波电动势。,齿谐波的特点：1、齿谐波次数与一对极下的齿数（槽数）之间具有特定关系。2、齿谐波的绕组因数与基波相等。,削弱齿谐波电动势采取的措施,1
11、、增大每级每相槽数q；2、采用斜槽或斜极；3、采用分数槽绕组；4、采用半闭口槽和磁性槽楔。,问题：能否采用短距、分布绕组削弱齿谐波电动势？,交流绕组小结,1、三相绕组构成的原则是：力求获得较大的基波电动势；尽量削弱谐波电动势；并保证三相电动势对称；同时还应考虑节省材料和工艺方便。,2、绕组展开图的画法计算绕组参数；利用槽电动势星形图划分相带；按电动势相加的原则联结绕组。3、交流绕组的应用10kw以下的异步电机多采用单层绕组；汽轮发电机组常采用双层叠绕组；绕线型异步电机的转子和大型水轮发电机的定子多采用波绕组。水轮发电机中多采用分数槽绕组；,感应电势小结,交流绕组电动势的大小、频率、波形和对称性
12、是研究交流绕组电动势的四个主要问题。在正弦分布磁场下相绕组电动势的计算公式和变压器绕组电动势的计算公式类似，只不过旋转电机由于采用短距和分布绕组，计算公式中多乘了一个绕组系数。,当气隙磁密在空间不按非正弦分布时，磁场中的高次谐波将在定子绕组内感应相应的谐波电动势。为削弱谐波电动势，可用改善凸极极靴外形或隐极励磁绕组分布，以及采用短距和分布绕组等措施。三相绕组的线电势中已经消除了3及3的倍数次谐波电动势，所以选择节距时主要考虑削弱5，7次谐波电动势，因此，通常取。,齿谐波的绕组系数与基波的相同，因此不能采用短距或分布绕组来削弱齿谐波电动势。为了削弱齿谐波电动势，可以采用斜槽、半闭口槽或磁性槽楔，
13、以及分数槽绕组等。,第六章 交流绕组的磁动势分析思路：整距线圈的磁动势一相单层（分布）绕组的磁动势一相双层（短距）绕组的磁动势三相绕组的合成磁动势。,分析磁势的假设,、绕组中电流随时间按正弦规律变化；、槽内电流集中在槽中心处；、定、转子气隙均匀；、铁芯磁路不饱和，铁芯磁压降可忽略；,第一节单相绕组的脉振磁势-主要内容,一、整距线圈的磁动势 二、一相单层绕组（整距分布）的磁动势 三、一相双层绕组（短距分布）的磁动势四、单相绕组脉振磁动势的分解,第一节单相绕组的脉振磁势,一、整距线圈磁势,磁势的数学表达式？,单相交流绕组磁势结论,、整距线圈的磁势在空间按 波分布，其性质为一 磁势，其特点：幅值随时
14、间以 频率按正弦规律变化，幅值位置；、矩形波磁势可分解为在空间按 分布的基波和一系列奇次的高次谐波，基波及各高次谐波磁势均为 磁势；3、谐波磁势的幅值为基波的 倍，谐波的极对数为，谐波的电角度为。,基波磁势的空间相量表示：空间余弦（或正弦）分布的磁势可用空间相量表示，相量大小等于波幅，相量位于波幅所在处。,二、单层线圈组（整距分布绕组）的磁动势,一相单层绕组的磁势结论：1、一相单层绕组的磁势为一脉振磁势，其即是时间的函数-幅值随时间按电流的频率脉动，又是空间的函数-磁势在空间按阶梯波分布。2、考虑每相个线圈为分布线圈，总磁势中应计入一个分布因数。问题：一相单层绕组的基波磁势及各次谐波磁势的数学
15、表达式？,三、一相双层短距线圈组（短距分布绕组）的磁势,=？,一相绕组磁势的数学表达式？,四、单相绕组脉振磁动势的分解,结论：单相绕组的脉振磁动势可以分解为两个幅值相同，转速相同，转向相反的圆形旋转磁动势。,单相绕组磁动势结论,1、单相绕组的磁动势是空间位置固定的脉振磁动势，其在电机的气隙空间按阶梯形波分布，幅值大小随时间以电流的频率按正弦规律变化。2、单相脉振磁动势可分解为基波和一系列奇次谐波。各次谐波磁势沿电机气隙空间按余弦规律分布，幅值在相绕组轴线处(0)，幅值大小随时间按电流频率脉动。,单相绕组磁动势结论,3、基波的极对数就是电机的极对数，而次谐波的极对数为基波的倍。4、采用短距和分布
16、绕组对基波磁动势的影响较小，而对各高次谐波磁动势有较大的削弱，从而改善了磁动势的波形。,5、单相绕组的脉振磁动势可以分解为两个幅值相同，转速相同，转向相反的圆形旋转磁动势。6、脉振磁势：幅值的位置固定，幅值的大小按电流的频率脉动。圆形旋转磁动势：磁势幅值恒定，磁势的位置在空间旋转，磁势顶点轨迹为一个圆。,第二节三相合成基波磁势,A 相基波磁势：脉振磁势，幅值位于A相绕组轴线处；B 相基波磁势：脉振磁势，幅值位于B相绕组轴线处；C 相基波磁势：脉振磁势，幅值位于C相绕组轴线处；,三相合成基波磁势？,A相电流最大时,C相电流最大时,B相电流最大时,+A,三相合成基波磁势结论,、对称三相绕组内通有对称三相电流时，所产生的合成基波磁势是一个沿空间按 规律分布的 磁势，其幅值为每相基波脉振磁势幅值的 倍。、三相合成基波磁势的转速为。、三相合成基波磁势的转向取决于。、当某相电流达到正最大值时，合成基波磁势的幅值。,
