电机 第四章

• 四、三相双层绕组
• 1、什么是双层绕组
• 见直流电机部分
• 2、优点 • 3、种类
• 叠绕组、波绕组
• 4、排列和连接方法
• m=3，p=2，Q1=36的双层叠绕组为例，说明双层 绕组的排列和联接。
39
Q1 36 9 • ①计算极距： 2 p 2 2
• ②选择节距：采用短节距 y1 8
双速异步电动机
12
13
14
• 基本部分：定子+转子+气隙
绕线转子异步电机剖面图 1—转子绕组 2—段盖 3—轴承 4—定子绕组 5—转子 6—定子 7—集电环 8—出线盒
15
• 1、定子
• 异步动机的定子由定子铁心、定子绕组和基座三 部分组成
16
• ①铁芯：磁路 • A.构成：0.5mm的硅钢片叠压而成，每个称作冲 片 好 中小型 大型低压 • B.槽型：三种，开口槽、半闭口槽、半开口槽
• ①机械角度：电机圆周在几何上分成360º ，这个 角度称为机械角度。 • ②电角度：若磁场在空间按正弦波分布，则经过 N、S 一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。 因此，一对磁极所占有的空间是360º 电角度。 • ③两者关系：一个具有 p 对磁极电机，电机圆周 按电角度计算就为 p×360º ，而机械角度总是360º。 电角度= p×机械角度
31
• 2、线圈
• 组成交流绕组的单元是线圈。 • 线圈是由一匝或多匝串联而成，它有两个引出线， 一个称为首端，另一个称为末端。
• 3、节距 • 一个线圈的两个边所跨定子圆周上的距离称为节
• • • • 距，用y1表示，一般用槽数计算。 节距应该接近极距τ。 整距绕组： y1 =τ； 常用 常用 常用 短距绕组： y1 <τ； 长距绕组： y1 >τ；
s
• ns——同步转速 • n——转子转速 • [习题4-1] 有一台三相异步电动机铭牌上标明 f=50 Hz，额定转速为nN=960r/min，求该电动机的 极对数、同步转速、空载转速以及额定负载时的 转差率。
9
ns n 100% ns
• 解：同步转速
60 f1 60 50 ns p p
Y
16,17,18 34,35,36
40
画出槽内线圈边（上层 边用实线，下层边用虚 线表示），并且编号
工厂常用的线圈 组圆形连接图
41
• ⑤组成线圈组
42
• ⑥确定并联支路 • 条件：各条支路电动势相量相等 • 双绕组：最大并联支路对数amax=p
43
• 一、单相绕组的磁动势– 脉振磁动势 • （一）整距线圈的磁动势
Q1 24 12 2p 2
• 1、计算极距

36
• 2、计算每极每相槽数
Q1 24 q 4 2m p 2 3 1
• 3、划分相带
相带 槽号 第一对极
A
Z
B
7,8,9,10
X
C
Y
23,24,1,2 3,4,5,6
11,12,13,14 15,16,17,18 19,20,21,22
• 4、组成线圈组
• 由3知A相绕组由23,24,1,2， 11,12,13,14串联构成， 如下图a，但这样的连接法会造成端接重叠过多， 故采用了下图b（同心式）。 • 依据是磁动势仅与电流方向相关，与线圈连接顺 序无关
37
三相单层同心 式绕组展开图
相绕组 的构成
同心式 绕组
38
• 同心式绕组优缺点
45
• 这种从空间上 看位置固定， 从时间上看大 小在正负最大 值之间变化的 磁 动 势 ， 称 为 ωt=90°,i=0 脉振磁动势。
ωt=180°, i=-Im
ωt=0,i=Im
46
• ⑥脉振磁动势频率：脉振的频率=交流电流的频率 • ⑦傅氏级数分解：横轴对称，故傅氏分解后仅有1、 3、5……奇次谐波
π 1 π 1 π f y ( x, t ) Fym ( x) cost 0.9 N y I cos x cos3 x cos5 x cost 3 5
把以2τ 为周期的 矩形 磁动势波用 傅氏级数分解
47
• 2、多对极电机磁动势
• 对于多对极电机来说，每对极产生的磁动势与一 对极产生的磁动势一致的，因此，p对极磁动势分 布波形仅是周期数增加为p倍而已。
49
各线圈磁 动势波 基波磁动势 矢量相加
合成磁动 势的基波
整距线圈的线圈组的磁动势
50
• B.常用的方法为矢量相加法 Fq1 Fy10 Fy1 Fy1q 1
• q=Q1/(2mp)；每 个相带为60º电角 度。
• 4、画定子槽展 开图
35
• 5、三相绕组排列和联接的一般方法总结:
• • • • • ①计算极距； ②计算每极每相槽数； ③划分相带； ④组成线圈组； ⑤按极性对电流方向的要求分别构成各相绕组。
• 三、三相单层绕组
• 线圈数=槽数/2，使用于小型电机 • 以Q1=24为例说明绕组的排列和连接
iA I m cost iB I m cos(t 120 )
iC I m cos(t 240 )
4
S
• ③旋转磁场产生 N
注：特定瞬间 正电流规定
S 两极旋转磁 场示意图 N
5
四极旋转磁 场示意图
S
S
6
60 f1 • ④ 旋转磁场转速 ns p
• 式中，ns为同步转速，单位r/min； • p为极对数；f1为交流电源的频率。
44
整距线圈所建 立的磁场分布
整距线圈磁动 势分布曲线
2 Fym x NyI, x 2 2 2 来自百度文库 F x 2 N I , x 3 y ym 2 2 2
• ⑤脉振磁动势：整距线圈所形成的磁动势在任何 瞬时，空间的分布总是一个矩形波。
2
• ③以三相绕组通入三相对称电流为例 • A.对称三相绕组： A-X、B-Y、C-Z三个线圈在空 间上彼此互隔120°分布在定子铁心内 圆的圆周上，构成了对称三相绕组。 • B相从A相后移120° C • C相从B相后移120° Y • A相从C相后移120°
A Z B X
转子
定子
3
• B.对称三相电源
32
• 4、槽距角α
• 相邻槽之间的电角度称为槽距角 p 360 • 若Q1为定子槽数，p为极对数，则槽距角
Q1
• 5、每极每相槽数q
•
Q1 每一极每相绕组所占槽数，用符号q表示 q 2 pm
• 二、交流绕组的排列和联接
• 弄清一相绕组的排列和链接，那么根据对称性， 就可以知道其他两相得排列和连接 • 以下假设给定电机极数2p=4，槽数Q1=24
29
第三节 三相异步电动机的定子绕组
• • • • 有不同分类方法 ①按相数分：单相、两相和三相 ②按层数分：单层、双层和单双层混合绕组 ③按端接形状分：单层绕组有同心式、交叉式和 链式之分；双层绕组有叠绕组和波绕组 • ④按槽数分：整数槽和分数槽
30
• 一、交流绕组一些基本知识和基本量
• 1、电角度与机械角度
• ③计算每极每相槽数和槽距角
Q1 q 3 2m p
• ④画展开图 按每极每相槽数划分相带
相带 槽号 第一对极 第二对极
60 20 q
A
1,2,3 19,20,21
Z
4,5,6 22,23,24
B
7,8,9 25,26,27
X
10,11,12 28,29,30
C
13,14,15 31,32,33
27
28
Y 90 S - 4B
S— 短机座
三相异步电动机
磁极数
M— 中机座
机座中心高
机座长度 代号
L— 长机座
额定值:正常运行时的主要数据指标。 绕组联结方式：△接法或者Y接法。
• 此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法（Y形还 是Δ）、绝缘等级及允许温升等。 • 对绕线转子异步电动机，还标明转子的额定电动 势及额定电流。
• 2、三相异步电动机的工作原理
• ①定转子结构简介：三相异步电动机圆柱形的转 子铁心上，嵌有均匀分布的导条，导条两端分别 用铜环将它们连接成一个整体。 • 三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组， 接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙 内产生了以同步转速旋转的旋转磁场。
7
• ②电磁感应作用：转子导 条被这种旋转磁场切割， 左手定则 决定导条 在导条内产生感生电流， 受力方向 磁场又对导条产生电磁力。 于是转子就跟着旋转磁场 旋转。
大型 高压
定子冲片
17
• • • •
②定子绕组：电路 A.构成：由多线圈按规律连接而成 中大型 B.材料：铜导线或铝导线 C.槽内导体分布：单层 双层
小型
定子线圈
18
• ③机座：支撑和固定铁芯 • A.构成：中小型采用铸铁，大型采用钢板焊接 • B.类型：封闭式 带有散热筋型
19
• 2、转子
• 异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组 成。 • ①转子铁心： 0.5mm的硅钢片叠压而成 • ②转子绕组 • A.笼型绕组：单根导条 一相 铸铝 铜条
60 f1 60 50 p ns n
• 本题的额定转速nN=960r/min，故 • p=3，ns=1000 r/min ns nN 1000 960 100 100% 4% • 额定转差率 sN
ns 1000
10
• ③运行状态：三种
异步电动 机的三种 运行状态
11
• 二、三相异步电机的结构
20
铜条笼 型转子
铸铝笼 型转子
笼型转子
21
22
• B.绕线型绕组：三相 Y型 集电环 电刷 • 用于调速
23
绕线转子照片
24
25
• 3、气隙
• ①大小：0.2~2mm • ②影响：
• 大：Ì ，cosφ↓，谐波↓，附加损耗↓，起动性能↑ m • 小：装配和运转困难
26
第二节 三相异步电动机的铭牌数 据
• 1、双极电机磁动势
• • • • ①线圈位置：水平轴线上 ②磁动势分布：右手螺旋定则，如下图a虚线 ③平面曲线：切开A线圈边并展开，如下图b ④方程式表达法： f y ( x, t ) 1 N yi 2 N y I cost
2 2
第四节 三相异步电动机的定子磁动 势及磁场
• 相绕组单元是线圈，故线圈磁动势是单相绕组磁 动势的单元
• ①额定功率： 电动机在额定运行时输出的机械功 率，单位 kW • ②额定电压： 在额定运行状态下，电网加在定子 绕组的线电压，单位 V • ③额定电流： 电动机在额定电压下使用，输出额 定功率时，定子绕组中的线电流，单位 A • ④额定频率： 我国的电网标准频率为 50Hz • ⑤额定转速： 电动机在额定电压、额定频率及额 定功率下的转速，单位 r/min
• 1、极距的计算
• 若2p=4，Q1=24，则 τ=Q1/2p=6
33
• 2、线圈中的电流方向
• 一个极距内电流方向相同，相邻极距的电流方向 不同
两极磁动 势图
四极磁动 势图
34
• 3、确定相带
• 每个极 距内属 于同相 的槽所 占有的 区域称 为“相 带”。
确定相带和应有 的电流相对方向 单层相绕组的 一种联接方法
磁场分布 磁动势分布
48
• （二）线圈组的磁动势
• 分布绕组：绕组由每一极下若干个不同槽的线圈 构成。线圈相互之间间距一个槽距角α
• 1、整距线圈的线圈组磁动势
• ①特点：对分布线圈来说，各线圈通电产生的磁 动势波形相同→矩形波，只是空间间隔α，如下图 a； • 利用傅氏展开，那么基波磁动势在空间也互隔α角 • ②合成方法： • A.逐点相加法：将3个基波磁动势逐点相加，便可 得到合成磁动势，如下图b 。其他次谐波
右手定则 决定电流 方向
• 3、三相异步电动机的 转速与运行状态
• ①转速：一般来说，n<ns 。 • ②原因：若n=ns，则无相 对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势， 也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。
8
• ③转差及转差率：Δn=ns-n称为转差 • 转差的存在是异步电动机运行的必要条件。 • 我们将转差表示为同步转速的百分值，称为转差 率，用s表示，即：
第四章 异步电机（一） ——三相异步电动机的基本原理
• ①种类：
• ②区别： • ③适用范围： • ④优缺点： 异步电机、同步电机
电动机
发电机
1
第一节 三相异步电动机的工作原理 及结构
• 一、三相异步电动机的工作原理与运 行状态
• 三相异步电动机实现机电能量转换的前提是有旋 转磁场 • 1、旋转磁场的产生 • ①定义：一种极性和大小不变，并且以一定转速 旋转的磁场 • ②产生条件：多相对称绕组通入对称电流