《交流电机绕组》PPT课件.ppt

第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 1P136/3-9a=Y,d9第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 2P136/3-9b=Y,y8第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 3P136/3-9c=D,y9第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 4P136/3-10a=Y,y8第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 5P136/3-10a=Y,y2第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 6P136/3-10a=D,y1第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 71.Y,y22.Y,d33.D,y3第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 8第四章第四章 三相异步电动机的定子绕组三相异步电动机的定子绕组4-1 4-1 4-1 4-1 交流电机的绕组交流电机的绕组交流电机的绕组交流电机的绕组 一、异步电机定子绕组的分类：一、异步电机定子绕组的分类：三相异步电动机的工作磁场是一种旋转磁场，它是依靠定子绕组中通以交流电流来建立的。交流电机的定子绕组由嵌放在定子铁交流电机的定子绕组由嵌放在定子铁心槽内的心槽内的线圈线圈按一定规律联接而成的。按一定规律联接而成的。异步电动机定子绕组的种类很多，按相数分，有单相、二相和三相绕组；按槽内层数分，有单层、双层和单双层混合绕组；按绕组端接部分的形状分，单层绕组又有同心式、交叉式和链式之分，双层绕组又有叠绕组和波绕组之分；按每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整数槽和分数槽绕组之分等等，但构成绕组的原则是一致的。二、交流绕组的基本知识二、交流绕组的基本知识 P169 1、线圈、线圈 2、线圈组线圈组 4.极距极距 3.绕组展开图绕组展开图5.电角度与槽距角电角度与槽距角 6.节距节距第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 9第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 10第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 11三、交流电机绕组三、交流电机绕组三相绕组三相绕组 （1）每相交流绕组的阻抗要求相等，即每相绕组的匝数、形状都是每相交流绕组的阻抗要求相等，即每相绕组的匝数、形状都是相同的。即必须对称。相同的。即必须对称。（2）电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波。电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波。（3）机械强度、绝缘强度足够，散热好。机械强度、绝缘强度足够，散热好。（4）用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。用铜少、绝缘性能可靠、制造维修方便。2、交流电动机绕组排列原则及展开图的绘制交流电动机绕组排列原则及展开图的绘制P173 由前述电动机的工作原理可知，必须要遵循一定的原则进行正确的绕由前述电动机的工作原理可知，必须要遵循一定的原则进行正确的绕组排列，否则电动机将不能正常工作。组排列，否则电动机将不能正常工作。交流电动机绕组排列的原则交流电动机绕组排列的原则：(1)一个极距内所有导体的电流方向必一个极距内所有导体的电流方向必须一致；须一致；(2)相邻两个极距内所有导体的电流方向必须相反相邻两个极距内所有导体的电流方向必须相反。1 1、三相绕组的要求、三相绕组的要求第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 12定子槽数定子槽数Z=24，极，极数数2p=4的交流绕组的交流绕组ABCXYXABCZYZ电角度：电角度：1对对N、S对对应应360电角度电角度*1 机械角机械角=P 电角度电角度*相相带：带：60 相带相带3相要对称：每个极下相要对称：每个极下3等分，等分，ABC各占各占1份。份。ABC互差互差120 电角度。电角度。若电流从若电流从A进，则从进，则从X出；方向相反，故出；方向相反，故AX互差互差180电角度。电角度。第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 13定子槽数定子槽数Z=24，极，极数数2p=4的交流绕组的交流绕组ABCXYXABCZYZ每极每相槽数每极每相槽数qq=1：集中绕组：集中绕组q=26：分布绕组：分布绕组一对极下，顺序为一对极下，顺序为AZBXCY第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 14ABCXYXABCZYZ单层绕组单层绕组(整距整距)第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 15A相绕组展开图相绕组展开图1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 A Z B X C Y A Z B X C Y AAXXAXp=2，有，有2个线圈组，头尾串联，则并个线圈组，头尾串联，则并联支路数联支路数a=1；若；若2个线圈组头头并，尾尾并，则个线圈组头头并，尾尾并，则a=2第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 16其它的绕组形式其它的绕组形式3相单层同心式绕组相单层同心式绕组3相单层链式绕组相单层链式绕组3相单层交叉式绕组相单层交叉式绕组3相双层叠绕组、波绕组相双层叠绕组、波绕组第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 174-2 4-2 交流绕组的定子磁动势交流绕组的定子磁动势交流绕组的定子磁动势交流绕组的定子磁动势一、单相绕组的脉振磁动势一、单相绕组的脉振磁动势 组成相绕组的单元是线圈，那么合成为单相绕组磁动势的单元就是线圈的磁动势，下面从分析一个线圈所产生的磁动势入手来分析单相绕组的磁动势。三相异步电动机定子绕组接入三相交流电源后，产生磁动势，从而在三相异步电动机定子绕组接入三相交流电源后，产生磁动势，从而在气隙内便建立了旋转磁场。本节分析旋转磁动势的大小、波形等特点。旋气隙内便建立了旋转磁场。本节分析旋转磁动势的大小、波形等特点。旋转磁动势是对称三相绕组通入三相对称交流时形成的总磁动势，所以我们转磁动势是对称三相绕组通入三相对称交流时形成的总磁动势，所以我们从分析一个线圈的磁动势开始，到一个线圈组以及一相绕组的磁动势，然从分析一个线圈的磁动势开始，到一个线圈组以及一相绕组的磁动势，然后把三个相绕组的磁动势叠加起来，便得出三相绕组的合成磁动势。后把三个相绕组的磁动势叠加起来，便得出三相绕组的合成磁动势。第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 18 2.整距线圈组的磁动势整距线圈组的磁动势 定子三相对称绕组不论是双层还是单层，每个线圈组都是由定子三相对称绕组不论是双层还是单层，每个线圈组都是由q个相同个相同的绕组串联起来，各绕组之间依次相差一个槽距角的绕组串联起来，各绕组之间依次相差一个槽距角。以。以q=3 的整距绕组的整距绕组组为例，组为例，3个绕组产生的磁动势矩形波大小相等，在空间依次相隔个绕组产生的磁动势矩形波大小相等，在空间依次相隔 电角电角度。度。此线圈组的基波合成磁动势幅值为：此线圈组的基波合成磁动势幅值为：kq1 基波分布系数 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，称为脉振磁动势，脉振的频率就是交流电流的频率。1.整距线圈的磁动势第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 193.短距线圈组的磁动势短距线圈组的磁动势 双层绕组中常采用短矩绕组。由于是短距绕组，所以同一相上、双层绕组中常采用短矩绕组。由于是短距绕组，所以同一相上、下层导体要移开一个距离，这个距离即是绕组节距所缩短的电角度下层导体要移开一个距离，这个距离即是绕组节距所缩短的电角度 短距线圈组的基波合成磁动势幅值为短距线圈组的基波合成磁动势幅值为 由以上分析可知，虽然采用分布、短距绕组会使基波磁动势有所减小，由以上分析可知，虽然采用分布、短距绕组会使基波磁动势有所减小，但谐波磁动势得到了很大的削弱，有利于改善基波磁动势的波形，使但谐波磁动势得到了很大的削弱，有利于改善基波磁动势的波形，使之更接近于正弦波。所以，之更接近于正弦波。所以，容量较大的异步电动机定子均采用双层分容量较大的异步电动机定子均采用双层分布短距绕组。布短距绕组。ky1称为基波短距系数 第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 204.单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势 综合以上关于整距绕组和绕组组磁动势的分析可得出一个结论：综合以上关于整距绕组和绕组组磁动势的分析可得出一个结论：绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势应打一个折扣，绕组由整绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势应打一个折扣，绕组由整距的改为短距的，基波合成磁动势幅值也应打一个折扣距的改为短距的，基波合成磁动势幅值也应打一个折扣，那么，如果，那么，如果绕组由整距的、集中的改为短距、分布的，基波合成磁动势则应打的绕组由整距的、集中的改为短距、分布的，基波合成磁动势则应打的折扣是折扣是。换句话说，由短距绕组组成的分布绕组的基波合成磁动势幅。换句话说，由短距绕组组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数，即基波绕组系数，即基波绕组系数。所以可得一相绕组基波磁动势幅值为。所以可得一相绕组基波磁动势幅值为式中：式中：kN1=kq1ky1称为基波绕组系数称为基波绕组系数 N1 用每相绕组串联总匝数；用每相绕组串联总匝数；I1 相电流有效值。相电流有效值。第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 21 综上所述，单相绕组产生的脉动磁动势有以下几点性综上所述，单相绕组产生的脉动磁动势有以下几点性质：质：(1)单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化单相绕组的磁动势是一种在空间位置固定、幅值随时间变化的脉动磁动势，基波及所有谐波磁动势在空间按余弦规律分布，且有的脉动磁动势，基波及所有谐波磁动势在空间按余弦规律分布，且有固定不变的位置，波幅随时间按余弦规律脉振。固定不变的位置，波幅随时间按余弦规律脉振。(2)单相绕组基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。单相绕组基波磁动势幅值的位置与绕组的轴线相重合。(3)各次谐波的幅值与谐波次数成反比。各次谐波的幅值与谐波次数成反比。(4)采用分布及短距绕组，可以显著地减小高次谐波幅值，改善磁采用分布及短距绕组，可以显著地减小高次谐波幅值，改善磁动势波形动势波形 第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 22二、三相绕组基波合成磁动势二、三相绕组基波合成磁动势旋转磁动势旋转磁动势 交流电动机大多数都是三相电动机，因此分析三相交流绕组磁动交流电动机大多数都是三相电动机，因此分析三相交流绕组磁动势，将是研究交流电动机的基础。势，将是研究交流电动机的基础。通过以上分析可得出如下结论：P194 （1）三相合成磁动势的基波是一个幅值恒定不变的旋转波（式4-35）；（2）当某相电流达到最大值，旋转磁动势的幅值就将转到该相绕组的轴线处（P192）；（3）旋转磁动势基波旋转电角速度等于交流电流角频率，即旋转磁动势的转速就是同步转速n1；（4）如果三相电流的正序的，则磁动势波旋转方向是从U相位置转向V相，然后转到W位置，如果三相电流是负序的，则其旋转方向为由U相到W相再到V相，因此，如果要改变三相异步电动机旋转磁动势及磁场的旋转方向，只要改变通入电流的相序即可。（5）三相合成基波磁动势波长等于2，磁极对数为电动机的极对数p。kN1 基波绕组系数，也是 一个小于1 的数 三相合成磁动势的幅值为：第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 233相对称绕组中，通上相对称绕组中，通上3相对称电流相对称电流根据电生磁的定律，产生根据电生磁的定律，产生3相合成磁势相合成磁势第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 24 不妨假设不妨假设从从ABC流出的流出的电流产生正方向的磁动势电流产生正方向的磁动势p=2的的m=3交流绕组交流绕组A相电流正弦变化，相电流正弦变化，Fa在图中竖直方向上正弦变化在图中竖直方向上正弦变化一对极下，顺序为一对极下，顺序为AZBXCY第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 25旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速=同步转速同步转速n1第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 26 三相异步电动机定子绕组接到三相交流电源后，气隙内便建立了三相异步电动机定子绕组接到三相交流电源后，气隙内便建立了旋转磁场。这个磁场以同步转速旋转磁场。这个磁场以同步转速n1旋转，幅值不变，其分布近乎正弦，旋转，幅值不变，其分布近乎正弦，好像一种好像一种旋转的磁极，它同时切割定、转子绕组，在其中产生感应电旋转的磁极，它同时切割定、转子绕组，在其中产生感应电动势动势。虽然在。虽然在定、转子绕组中感应电动势的频率有所不同定、转子绕组中感应电动势的频率有所不同，但两者定，但两者定量计算的方法是一样的。量计算的方法是一样的。一、导体的感应电动势一、导体的感应电动势 4-3 4-3 交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 27二、二、整距线圈的感应电动势整距线圈的感应电动势 P178其中Ny为线圈匝数整距线圈的基波电动势为 三、三、短距线圈的感应电动势短距线圈的感应电动势ky1称为基波短距系数 第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 28四、单相绕组的基波感应电动势四、单相绕组的基波感应电动势kN1称为基波绕组系数，也是一个小于1 的数 前面讨论的定子感应电动势，都是以气隙空间只存在正弦分布的基波磁通密度为前提条件的。但实际上气隙磁通密度在空间的分布不可能完全按照正弦规律，即气隙磁场除了基波外，还存在着一系列高次谐波，如三、五、七等奇次谐波。这样在绕组中除了感应有基波电动势外，同时也感应有高次谐波电动势。五、定子绕组的谐波电动势五、定子绕组的谐波电动势 虽然在异步电动机各相绕组中感应有各次谐波电动势，但是只要每相绕组采用短距、分布形式，就可以有效抑制高次谐波电动势，甚至使某次谐波电动势为零。当然，电枢绕组采用短距、分布也会把基波电动势削弱一些，但只要设计得合理，就可以使基波电动势削弱较少，而谐波电动势削弱较多，因此三相交流异步电动机多采用短距、分布绕组。第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 29 旋转磁场与旋转磁场与3相对称绕组向切割，绕组产生的相对称绕组向切割，绕组产生的3相电相电动势也是对称的。动势也是对称的。由于旋转磁场含有高次谐波，由于旋转磁场含有高次谐波，3相电动势也含有高次相电动势也含有高次谐波。谐波。3相对称绕组分短距、整距；集中、分布等不同形式，相对称绕组分短距、整距；集中、分布等不同形式，引入分布系数、短距系数。引入分布系数、短距系数。第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 30一相基波电动势一相基波电动势与变压器电动势公式相似与变压器电动势公式相似绕组系数绕组系数=分布系数分布系数短距系数短距系数每相串联匝数每相串联匝数一相一相v次谐波电动势次谐波电动势第第4 4章交流电机的绕组章交流电机的绕组电机及电力拖动基础电机及电力拖动基础page 31本章重点本章重点几个基本概念：几个基本概念：电角度、相带、每极每相槽数电角度、相带、每极每相槽数熟记熟记3相对称绕组通相对称绕组通3相对称电流，其合成磁场为相对称电流，其合成磁场为1旋转的磁场，转速为同步转速旋转的磁场，转速为同步转速n1了解一下绕组电动势的公式了解一下绕组电动势的公式思考题：思考题：p168/4-4