6.交流电机共同理论

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基本概念：
• 线圈是组成交流绕组的单元，由一匝或多匝串联而成。 • 极距是指每一磁极所占定子内圆周的距离，即有
Z1 2p
• 节距y是指线圈两有效边之间的距离。单层绕组是整距绕组，即有y=τ
* у =τ称为整距， у <τ称为短距， у >τ称为长距
• 槽距角：相邻两槽之间的角度
N 2 pqNy
• 单层绕组：
a
N pqNy
a
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• 单层绕组：采用分布整距形式
• 每相绕组串联匝数为 ：
N1
pqNy a
• 每相的基波感应电势有效值为：
E1 4.44 f1N1kq11
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• 双层绕组：采用短距分布形式
• 每相绕组串联匝数为：
N1
2
pqNy a
Eq1 Ey10 Ey1 Ey1(q 1)
整距分布线圈的 基波感应电势为：
Eq1
qE y1k q1
4.44
f1qN ykq11
绕组的基波分布系数：
sin q
kq1
q
sin
2
2
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基波分布系数含义
• 基波分布系数是一个小于1的数，其含义 是：分布放置的线圈要比将各线圈集中放 置在一个槽中的基波感应电势小。可以这 样认为：把实际q个分布放置的整距线圈， 看成是集中放置的，但它们的总等效匝数 为qNykq1，而不是qNy。
的感应电势经历一个周期。当电机转子上有p对主磁极，
电机每旋转一圈，导体A中的基波感应电势变化p周，则
导体A中的基波感应电势频率为：
f pn （H z）
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• 当电机的极对数p和转速n1一定时，f1频率便为固定的 数值。
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• 导体的基波感应电势最大值为：
E1m
B1mlv
2
2
B1m
A1
za
X1
A2
b
c
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X2
x
y
16
a 1 І 7 2 Π 8 13 Ш 19 14
20
b 5 І 11 6 Π 12 17 Ш 23 18
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c 9 І 15 10 Π 16 21 Ш 3 22
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三相单层等元件绕组的原理（p=2） 线圈连接顺序
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三相双层绕组
• 每绕组两有效边 • 每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈），所以 当一个线圈的上层边放在某槽上层时，下层边则放 在相隔节距y1的槽的下层，即线圈数等于槽数。 • 整距、短距绕组 • 例：Q1=24，2p=4 • τ =24/4=6 • q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=2 • 12个相带 • A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y
f f1
• 相电动势中 v 次谐波电动势有效值：
Ev 4.44 fv Nkwvv
• 对应的谐波绕组系数为：
sin q v
K wv K yvK qv
kqv
q sin
2
v
kyv sin vy 2
2
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线电势
• 由三角形、星形接法决定（基波） • 注意：线电势中不含3k次谐波电势（因同相
Ey1 2EA1 sin y 2 4.44 f1N y1 sin y 2 4.44 f1N yky11
• 绕组基波短距系数：
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ky1 sin y 2
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基波短距系数含义
• 基波短距系数，它是一个小于1的数，其含义是： 短距线圈要比整距线圈的基波感应电势小。可以这 样认为：把实际的短距线圈看成是整距线圈，则它 等效匝数为Nykp，而不是Ny。短距线圈时的感应电 动势与整距时的感应电动势相比需打的折扣。
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并联支路数
• 条件:不改变同极相组内的电流方向
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关于绕组一些概念复习
• 一根导体（一匝线圈的一个有效边） • 一匝线圈 • 一个线圈 • 一个极相组（一个线圈组） • 相绕组（一相绕组） • 电机绕组（三相绕组）
• 并联支路数 • 每相串联匝数 • 极数 • 极相组数（每相）
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一、 工作原理、分类、结构
* 先讲结构 * 后讲原理
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1.基本结构
• 定子与转子两大部分 • 1 定子 • 固定不动的部分 • 铁芯、绕组、机坐 • (1) 定子铁芯 电机磁路的一部分
* 希望较强的磁场 * 导磁好、损耗小 * 硅钢片 * 内表面开槽：放绕组
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三相单层绕组（了解）
• 每槽只有一个线圈边，所以线圈数等于槽数之半。结构和 嵌线较简单，适用于10kv以下的小型交流电机。分为同心 式、交叉式、链式绕组
• 例：已知z1＝24，2p＝4，试绘制一个并联支路数a＝1的
三相链式单层绕组展开图。
• 步骤：
1.极距 Z 1 ＝6
2p
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3.5 整距分布线圈组感应电势
• 如果在定子内圆表面槽中均匀嵌放三个匝数为Ny 的整距线圈头尾连接，相互串联形成线圈组，称为 整距分布线圈组，相邻线圈的槽距角是α。
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各个线圈的感应电动势的大小、波形均相同，只是在 时间上依次相差 α电角度：相位不同。 线圈组的总电动势为q个线圈电动势的和（相量和）
b 1 B 1m sin
• 式中Bδ1m为基波气隙磁密幅值（最大值）。
导体A切割磁力线产生感应电势大小为：
e1 b1 l v B1m l v sin
E1m sin1t 2E1 sin1t
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• 在一对磁极情况下，导体A每经过一对主磁极，其中
202流电机定子绕组，Z1=24，2p=4，y=5/6τ， a=2，Ny=10，m=3
• 求： • 一匝线圈有几个有效边 • 一相线圈有几匝； • 一个极相组有几个线圈，几匝线圈 • 一相有几个极相组，几个线圈，几匝线圈 • 并联支路数 • 每相串联匝数 • 一个电机有几相、几个极相组、几个相绕组
交流电机的共同理论
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交流电机的共同理论
交流电机绕组及其感应电动势 交流绕组的磁动势
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交流电机的绕组及其感应电动势
序 一、 交流电机的基本原理 二、 交流绕组 三、 绕组的感应电动势 四、 谐波电动势及其削弱方法
序
• 交流电机： * 异步电机 * 同步电机
• 同步与异步 * 旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流， 形成旋转磁场（后面将详细讨论）。 * 电机实际转速n＝同步转速n0：同步电机 * 电机实际转速n≠同步转速n0：异步电机
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3.6 一相绕组感应电势
并联支路数与每相串联匝数
* 2p个极
• (双层绕组)每相有
* 2p个线圈组，每个线圈组有 q个线圈 * 2pq个线圈，每个线圈有Ny匝线圈 * 2pqNy匝线圈
• 2p个线圈组可串联、并联（视需要）
• 并联支路数：a（最少是1，最多为2p）
• 每相串联匝数：
p360
Z1
• 每极每相槽数q是指一个磁极下一相绕组所占有的槽数，即有：
q Z1 2pm 1
• 相带：是指一相绕组在一个磁极下连续所占的范围（60度电角度）。
• 电角度与机械角度
* 机械角度:电机圆周在几何上分成360°
* 电角度:电势变化一个周期(360电角度)。对于一对磁极由N→S→N变化
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采用短距、分布绕组的目的
• 交流绕组采用短距和分布的结构，可削弱 每相电动势中的谐波分量，使绕组感应电势 接近正弦波。使电动势波得到改善。
* 虽短距系数、分布系数均不大于1，使基波电势减小 * 因为对谐波来说：对应的更小，所以具有明显的抑制
• 转子：励磁绕组
• 原理：励磁绕组＝＞通往直流电＝＞外力合转 子旋转＝＞转子旋转磁场＝＞穿过气隙＝＞切 割定子绕组＝＞三相感应电势＝＞当接负载＝ ＞电流＝＞电能输出
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二、 交流绕组
• 作用： * 通入电流→磁场（电动机） * 磁场与定子绕组切割→电势→电流（发电机）
• 分类（类型） * 相数：单相、三相 * 按槽内层数分： † 单层：同心式、交叉式、链式 † 双层：叠绕组、波绕组 * 宽度：整距、短距 * 分布性：分布绕组、集中绕组
线圈是由Ny匝线匝串联而成，即匝数Ny 整距线圈的基波感应电势瞬时值为：
ey1 Ey1m sin1t 2Ey1 sin1t
Ey1 4.44 f1N y1(V )
比较：与变压器相同形式 区别：磁通大小变化与相对运动“切割”
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3.4 短距线圈感应电势
• 如果线圈的节距y1<τ，则为短距线圈，令 短距线圈的节距y1=yπ，其中0<y<1，短距线 圈的基波感应电势有效值为：
位）。三相交流绕组Y接或Δ接时，由于三次谐 波以及三的倍数次谐波电势在时间相位上同相， 故三相线电势中无三次或三的倍数次谐波。
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谐波电势的减小
• 1. 波形畸变率：
Ku
U
2 2
U
2 3
U
2 4
U
2 N