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1、第三篇 交流旋转电机共同问题,交流旋转电机(AC Rotary machines)主要包括异步电机和同步电机两大类；共同之处(对于典型的交流电机)在于定子铁心和绕组，不同之处在于转子结构和绕组。交流旋转电机的共同问题包括：三相交流绕组的结构；三相交流绕组产生的电势；三相交流绕组产生的磁势,交流电机的基本工作原理,交流绕组的构成,绕组绕组感应电势的分析,对交流绕组及其感应电势的要求,分析推导过程：,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
2、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）。,异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用 作发电机。,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,1.同步电机的基本工作原理,当转动手柄使外磁铁转动时，转子磁极就会随之转动，重物就会上升。如果重物重量不大，转子磁极转动的角速度总是等于外部磁铁的角速度。,思考：实际的同步电机如何产生旋转性质磁场的？,以发电机为例(机械能 电能),感应电动势的产生,给励磁绕组通入直流电流，电机里就产生
3、了磁场，由原动机拖动主磁极以恒速，逆时针旋转，磁场与定子上的导体之间就有了相对运动（定子导体相对主磁极顺时针旋转切割），于是，在定子绕组里便感应出交流电势。,三相同步电机（磁极对数p=1),定子上嵌放有对称的三相绕组a-x、b-y、c-z,对称是指各相绕组的匝数相等，空间位置彼此相距120,设磁场在气隙中按正弦分布,设转子以恒定速度旋转定子绕组中所匝链的磁通按正弦规律变化，其感应电势按正弦规律变化。由于各相匝数相等，从而各相电势的大小相等，由于各相绕组空间分布彼此相距120，从而三相电势时间相位差120满足了三相电势对称要求。,10.2交流电机的绕组,一、交流绕组的基本知识,基本要求和分类,1
4、）三相绕组对称；,2）力求获得最大的电动势和磁动势；,3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；,4）节省用铜量；,5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；,6）工艺简单、便于制造、安装和检修。,1、元件(线圈),交流绕组的基本概念,1、极距,两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为Z，磁极对数为p，则极距：,2、线圈节距,一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。,3、电角度,节距 y(跨距),表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可用元件两边所跨越的槽数表示。,4、槽距角,相邻两个槽之间的电角度：,6、相带,每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极面下
5、所占的范围，用电角度表示称为相带。,每一个极面下每相所占的槽数为,5、每极每相槽数,单层绕组一个槽中只放一个元件边双层绕组一个槽中放两个元件边。,极距：定子内表面用长度表示的每极所占空间距离，可以用所跨槽数表示，也可以用所占空间电角度表示。,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。,槽间角：一个定子槽在定子内圆表面所占的空间电角度。,二.交流绕组的构成原则,均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等 每极槽数用极距表示 每极每相槽数 对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开120电角度。如槽距角为，则相邻两相错开的槽数为1
6、20/。电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。,把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示，构成一辐射星形图,相距360度电角度，导体电势时间上同相位,三、槽导体电势星形图,10.3三相单层绕组,单层每槽中只放置一层元件边，元件数等于槽数的一半，无需层间绝缘，结构和嵌线较简单单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机，其极对数通常是pl,2,3,4单层绕组通常有链式、交叉式和同心式等三种不同排列方式,单层绕组：构造方法和步骤,分极分相:将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的
7、感应电势方向。将每个极的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。连线圈和线圈组：将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？）将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？）以上连接应符合电势相加原则,连相绕组：将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。串联与并联，电势相加原则。连三相绕组：将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 接法或者Y接法。,10.3 三相单层绕组,单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。,一、单层链式绕组,单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距
8、相同的线圈连接而成，整个外形如长链。,链式绕组的每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。,链式绕组适用于q=2，p1的小型异步电机。例如m3，p2，Z=24，q2，a=30,二、单层交叉式绕组,单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。,交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q1的且为奇数的小型三相异步电动机。,属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、19、20、21、28、29、30共12个元件边,三、
9、单层同心式绕组,同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。,同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。,单层A相同心式绕组展开图,单层三相同心式绕组展开图,等元件式整距绕组,单层集中整距绕组实例（两极）,单层集中整距绕组实例(四极),三相单层绕组的优缺点,在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短，合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件构成方式不同、导体连接先后次序不同，而构成绕组的导体所占的槽号是相同的，都在属两个相差180电角度的相带内，三相单层绕组的节距因数均为1
10、，具有整距绕组性质优点：绕组因数中只有分布因数，基波绕组因数较高，无层间绝缘，槽利用率高缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形，漏电抗较大使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波形要求较高的电机，通常采用双层绕组。）,小结：,三相单层绕组一、特点：每个槽内只有一个线圈边线圈个数等于Q1/2线圈组个数=Q1/2q每相线圈组的个数=p（60相带时）每个线圈匝数Nc=每槽导体数每个线圈组的匝数qNc每相串联匝数N=每相总的串联匝数/a=pqNc/a=定子总导体数/2ma（即每条支路的匝数）,二、优点：嵌线方便槽的利用率高不能做成短距（电气性能）波形差三、分类同心式绕组由不
11、同节距的同心线圈组成链式绕组由相同节距的同心线圈组成采用不等距的线圈组成，节省铜线,10.3 三相双层绕组,双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为y 的另一槽的下层。,双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。,整矩绕组：跨距y6，每个元件的上层边与下层边相距6个槽。例如第l槽的上层边应与第7槽的下层边接成一个元件。同理2-8，3-9，4-10，.相连，共计有24个元件。,a相8个元件分成4个元件组，各元件组的连接规律为l-7-2-8，7-13-8-14，13-19-14-20，19-1-20-2，分别用I、表示。
12、,短距绕组,取y5，每个元件跨5个槽，a相的4个元件组，分别是l-6-2-7，7-12-8-13，13-18-14-19，19-24-20-l,三相双层绕组,短距时，在某些槽中，其上层元件边与下层元件边可能不属一相，在这些槽中，上层与下层之间有较大电位差，应加强层间绝缘。短距时，同一相的上、下层导体错开了一个距离，用短距角表示，表示一个元件的上层导体电势和下层导体电势的相位差是180-电角度，合成电势时应计及节距因数kp。,双层分布短距绕组实例（两极）,双层分布短距绕组联结实例（两极）,三相双层分布短距绕组的安排（四极）,双层绕组的特点：,1）线圈数等于槽数；,2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；,3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。,
