第4章交流绕组及其电动势和磁动势ppt课件.ppt

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1、第四章第四章 交流绕组及其电动势和磁动势交流绕组及其电动势和磁动势 本章研究三相交流绕组的构成和连接规律，交流绕组的感应电本章研究三相交流绕组的构成和连接规律，交流绕组的感应电动势和磁动势，即交流电机理论中的共同问题，亦是研究感应电机动势和磁动势，即交流电机理论中的共同问题，亦是研究感应电机和同步电机原理的基础。和同步电机原理的基础。交流电机的基本工作原理交流电机的基本工作原理第一节第一节 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类第二节第二节 三相双层绕组三相双层绕组第四节第四节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势第五节第五节 感应电动势中的高次谐波感应电动势

2、中的高次谐波第六节第六节 通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有正弦电流时单相绕组的磁动势第七节第七节 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势通有对称三相电流时三相绕组的磁动势交流电机的基本工作原理交流电机的基本工作原理一、一、同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理lvbe601pnf n1，转子转速。p，转子极对数。感应电动势频率：v，导体与磁密的相对线速度，单位m/s。L，导体的轴向长度，单位m。 b，导体所在处磁通密度，单位T。导体中感应电动势：pfn601同步转速同步转速最简单的同步发电机模型最简单的同步发电机模型BACXYZ1nNS1nfINS定子定子绕组转子二、二、异步电机（感应电机

3、）的基本工作原理异步电机（感应电机）的基本工作原理1nn电动机运行时：电动机运行时：pfn601旋转磁场转速旋转磁场转速n1i，导体中感应电流，单位导体中感应电流，单位A。L，导体的轴向长度，单位导体的轴向长度，单位m。 b，导体所在处磁通密度，单位导体所在处磁通密度，单位T。libf导体受电磁力作用导体受电磁力作用：转子转速转子转速n ?1nn 最简单的鼠笼型异步电动机模型BACYXZ1nnn 1ABNS 定子三相对称绕组通三相对称正弦电流，在气隙中产生正弦分定子三相对称绕组通三相对称正弦电流，在气隙中产生正弦分布的旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组导体，在闭合的转子绕组导布的旋转磁场，旋转磁场

4、切割转子绕组导体，在闭合的转子绕组导体中产生感应电流，处于磁场中的转子导体将受到电磁力的作用。体中产生感应电流，处于磁场中的转子导体将受到电磁力的作用。第一节第一节 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类主要介绍交流绕组的构成原则和绕组的分类主要介绍交流绕组的构成原则和绕组的分类一、交流绕组的分类一、交流绕组的分类单层有同心式绕组、链式绕组和交叉式绕组单层有同心式绕组、链式绕组和交叉式绕组双层有叠绕组和波绕组双层有叠绕组和波绕组4、绕法分：、绕法分：3、每极下每相槽数分：整数槽绕组和分数槽绕组、每极下每相槽数分：整数槽绕组和分数槽绕组2、层数分：单层、双层和单双层混合、层数分：单层、

5、双层和单双层混合1、相数分：单相和多相、相数分：单相和多相4 4、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。3 3、绕组的铜耗要小，用铜量要省。、绕组的铜耗要小，用铜量要省。2 2、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡。平衡。1 1、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，数量上以、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，数量上以求获得较大的基波电动势和基波磁动势。求获得较大的基波电动势和基波磁动势。二、交流绕组的构成原则二、交流绕组的构成原则第二节第二节

6、三相双层绕组三相双层绕组交流绕组的线圈节距：交流绕组的线圈节距：pQy21QS QS21双层绕组线圈数等于槽数，即双层绕组线圈数等于槽数，即 ，单层绕组，单层绕组 。,pQy21,pQy21 短距绕组。短距绕组。 长距绕组。长距绕组。 ， ，整距绕组。，整距绕组。021,pQy1y 双层绕组，线圈的一条边放在某一双层绕组，线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边放在相隔一个线圈槽的上层，另一条边放在相隔一个线圈节距的另一槽的下层。节距的另一槽的下层。3、端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。、端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。2、所有线圈具有同样的尺寸，便于制造。、所有线圈具有同

7、样的尺寸，便于制造。1、可以选择最有利的节距，同时采用分布绕组，改善电动势和磁、可以选择最有利的节距，同时采用分布绕组，改善电动势和磁动势波形。动势波形。双层绕组的优点：双层绕组的优点：机座定子绕组定子铁心一、槽电动势星形图和相带划分一、槽电动势星形图和相带划分 由于一个上层导体和一个下层导体对应由于一个上层导体和一个下层导体对应一个槽，所以用槽号表示槽内导体，相应的一个槽，所以用槽号表示槽内导体，相应的槽内导体电动势相量称为槽相量，一个线圈槽内导体电动势相量称为槽相量，一个线圈上下层两个边相距一个节距且反串联，则上上下层两个边相距一个节距且反串联，则上层槽相量也用于表示线圈相量。层槽相量也用

8、于表示线圈相量。 一台三相四极一台三相四极36槽的电机定子来槽的电机定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导体是如何分布的：相的导体是如何分布的：1、槽电动势星形图、槽电动势星形图凸极式同步电机NNSSn1918192736ABCoooQp20363602360 一对极相当于一对极相当于3600电角度，电角度，4极电机一周极电机一周7200，沿定子表面，沿定子表面有有Q个槽相邻两槽间电角度个槽相邻两槽间电角度（槽距角）（槽距角）：334362pmQq每极每相槽数每极每相槽数q：每个磁极下每一相绕组所占有的槽每个磁极下每一相绕组所占有的槽12 19345678

9、9101112131415161718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36ABCXYZ把每个极下每相槽所占的区域称为相带把每个极下每相槽所占的区域称为相带 。 1）60O相带绕组相带绕组2、相带划分相带划分60O相带绕组相带绕组 以以A相为例，在每个极下相为例，在每个极下A相应有相应有q个槽，整个定子中个槽，整个定子中A相应有相应有2pq个槽。个槽。为使合成电动势最大，在第一个为使合成电动势最大，在第一个N极极下选取相邻的下选取相邻的q个槽作为个槽作为A相带，相带，q个个槽中上层边所在的相邻线圈串联，构槽中上层边所在的相邻线圈串

10、联，构成每极每相线圈组（简称极相组），成每极每相线圈组（简称极相组），合成电动势最大。相隔合成电动势最大。相隔1800在第一在第一S个个极下选取相邻的极下选取相邻的q个槽作为个槽作为X相带，相带， q个相邻线圈串联构成极相组。两极相个相邻线圈串联构成极相组。两极相组电动势相反，反串联后串联感应电组电动势相反，反串联后串联感应电动最大。相应的在相隔动最大。相应的在相隔3600和和5400的第的第二对极下得到两个极相组，最后把四二对极下得到两个极相组，最后把四个极相组按照一定的规律连接起来，个极相组按照一定的规律连接起来，即可得到即可得到A相绕组。相绕组。12 193456789101112131

11、415161718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36ABCXYZN1（N2）S1（S2）把每个极下每相槽所占的区域称为相带把每个极下每相槽所占的区域称为相带 。 1）60O相带绕组相带绕组2、相带划分相带划分60O相带绕组相带绕组 同样的规律，在与同样的规律，在与A相相距相相距1200和和2400处开始选取处开始选取B相和相和C相极相组。相极相组。 每个绕组的每个相带各占每个绕组的每个相带各占600电角度，电角度，称为称为600相带绕组。通常的三相绕组都是相带绕组。通常的三相绕组都是600相带绕组相带绕组.12 1934567

12、89101112131415161718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36ABCXYZN1（N2）S1（S2）3212060:EE60O相带绕组与相带绕组与120O相带绕组合成电动势比：相带绕组合成电动势比： 2）120O相带绕组相带绕组120O相带绕组相带绕组12 193456789101112131415161718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36ABC在一对极下连续取在一对极下连续取2q个相邻槽作为相带，构成的绕组称为个相邻槽作为相带，构成的绕组称为1

13、200相带绕组。相带绕组。二、叠绕组二、叠绕组三相四极三相四极36槽的双层绕组，槽的双层绕组， 为例。为例。81y3, 9q 画展开图时，上层线圈边用画展开图时，上层线圈边用 实线表示，下层线圈边用虚线表实线表示，下层线圈边用虚线表示，线圈端接线上方的号为线圈示，线圈端接线上方的号为线圈号，线圈号和线圈上层边所在的号，线圈号和线圈上层边所在的槽同号。与上层边相连的出线端槽同号。与上层边相连的出线端称为首端，与下层边相连的出线称为首端，与下层边相连的出线端称为尾端。端称为尾端。叠绕组：相邻的两个线圈中，后一个线圈紧叠在前一个线圈上。叠绕组：相邻的两个线圈中，后一个线圈紧叠在前一个线圈上。8361

14、0291,.,NSNS1A1X2A2XAXn1a叠绕组每极每相线圈串联时，应把极相组叠绕组每极每相线圈串联时，应把极相组A和极相组和极相组X反向串联。反向串联。连接规律：连接规律：AX 1211101X 2120192A 3029282X 3211Aeeee一条串联支路时的联结一条串联支路时的联结用途用途：一般为多匝，用于一般电压、额定电流不太大的中小型同步一般为多匝，用于一般电压、额定电流不太大的中小型同步 电机和感应电机的定子绕组中电机和感应电机的定子绕组中每台电机的最后几个线圈的嵌线较困难，极间连线较长，每台电机的最后几个线圈的嵌线较困难，极间连线较长，在极数较多时相当费铜。在极数较多时

15、相当费铜。缺点缺点：短距时端部可以节约部分用铜。短距时端部可以节约部分用铜。优点优点： 3211A 1211101X 2120192A 3029282XAX2a 3211A 1211101X 2120192A 3029282XAX4a 每相的极相组数等于极数，所以双层叠绕组最多并联支路数每相的极相组数等于极数，所以双层叠绕组最多并联支路数等于等于2p，2p是实际支路数是实际支路数a的整数倍。的整数倍。两条串联支路时的联结两条串联支路时的联结四条串联支路时的联结四条串联支路时的联结三、波绕组三、波绕组2a两组绕组并联：两组绕组并联：1a两组绕组串联两组绕组串联整数槽绕组整数槽绕组:22mqpQy

16、 波绕组：波绕组：1y叠绕组：叠绕组：合成节距合成节距y：相串联的两个线圈其对应线圈边之间的距离相串联的两个线圈其对应线圈边之间的距离连接规律：把所有同一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起连接规律：把所有同一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成一组；再把所有另一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次来，组成一组；再把所有另一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成另一组；最后把两大组线圈根据需要串联或并联，构串联起来，组成另一组；最后把两大组线圈根据需要串联或并联，构成一相绕组。成一相绕组。绕组特点：线圈为单匝线圈，两个相连接的线圈成波浪形前进。绕组特点：线圈为单匝线圈，

17、两个相连接的线圈成波浪形前进。1S1N2S2Ny1y1y对于对于3相相4极极36槽，槽，y1=8的波绕组，的波绕组， 。18pQy波绕组用途：多极、支路导线截面较大的交流电机（水轮发电机），波绕组用途：多极、支路导线截面较大的交流电机（水轮发电机）， 整数槽波绕组在绕线电机转子中应用较多整数槽波绕组在绕线电机转子中应用较多三相双层绕组三相双层绕组A相绕组的展开图相绕组的展开图S2N1S1N22A1A1X2X 21191202213AA 21102811291230XX极极下下21NN ,极极下下21SS ,AX第三节第三节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的

18、感应电动势一、导体的感应电动势lvBE1121 导体感应电动势有效值。导体感应电动势有效值。tElvtBblvesinsin1112时间时间t时，时，=t，感应电动势：感应电动势：设设t=0时导体在极间，转子角频率为时导体在极间，转子角频率为。sin1Bb 转子表面距原点转子表面距原点处的气隙磁密：处的气隙磁密：设主磁场在气隙内为正弦分布，坐标取在转子上，原点位于极间，设主磁场在气隙内为正弦分布，坐标取在转子上，原点位于极间，为距离原点的电角度。为距离原点的电角度。1、感应电动势波形、感应电动势波形气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势t0360018001e1eb1Bv定子NnNS1e2、正弦

19、电动势的频率、正弦电动势的频率211lvBE pD2fpDpnDnv2260260 而而为极距。为极距。3、导体电动势的有效值、导体电动势的有效值中国：中国： ；美国、日本：；美国、日本：HzfN50HzfN60电机为一对极：电机为一对极： ；电机为；电机为p对极：对极：60nf 60pnf 111122lBlBlBav每极磁通：每极磁通：10121BtdtBBavsin一极下平均磁密：一极下平均磁密：lfBflBE111222从而有：从而有：11122222ffE.从而有：从而有：1eb1Bv定子Nb二、整距线圈的电动势二、整距线圈的电动势若线圈有若线圈有NC匝：匝：1114442 CCCf

20、NENE.有效值：有效值： 11112EEEEC单匝线圈电动势：单匝线圈电动势：1y整距线圈：整距线圈：N1E 1ES 1y1CEsn1 1 1E1E 1EO1801CE整距匝电动势整距匝电动势NSn1 1 1整距短距端部匝电动势匝电动势N1E 1ES 1y 1y1CEsn合适的短距能有合适的短距能有效地抑制线圈谐效地抑制线圈谐波电动势。波电动势。opyk9011sin线圈节距因数：线圈节距因数：111444pCCkfNE.若线圈有若线圈有NC匝：匝：11111144490221802 pooCfkyEEE.sincos一匝线圈电动势有效值：一匝线圈电动势有效值： 1011110EEEEEC一

21、匝线圈电动势：一匝线圈电动势：短距：短距： 对应节距：对应节距：pQy21ooy1801801三、短距线圈的电动势，节距因数三、短距线圈的电动势，节距因数NSn1 1 1整距整距短距短距端部端部1CE 1E1E 1E 单匝线圈短距时感应电动势相量求和21800四、分布绕组的电动势、分布因数和绕组因数四、分布绕组的电动势、分布因数和绕组因数 一个极相组由一个极相组由q个嵌放在相邻槽内的线圈串联组成，它们在切个嵌放在相邻槽内的线圈串联组成，它们在切割磁力线时相位依次相差割磁力线时相位依次相差角，角， 。每极每相绕组的合成电。每极每相绕组的合成电动势动势 应为应为q个线圈的电动势相量的相量和。个线圈

22、的电动势相量的相量和。qo601qE60O相带双层定子绕组相带双层定子绕组60O相带绕组相带绕组12 193456789101112131415161718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36ABCXYZ2221qRAQADEqsin2222211sinsinCCERRAQEq个线圈的电动势相量组成的正多边形外接圆：个线圈的电动势相量组成的正多边形外接圆：11122CqdqEEqqksinsin绕组的基波分布因数：绕组的基波分布因数：111112222dCCCqkqEqqqEqEEsinsinsinsin极相组的合成电动势极相组

23、的合成电动势Q0RqQABCD1qE1cE2cE3cE111dpwkkk基波绕组因数基波绕组因数11111111444444 wCdpCdCqkqNfkkfNqkqEE.极相组电动势：极相组电动势：111dCqkqEE111444pCCkfNE.若线圈有若线圈有NC匝：匝：CqN极相组的线圈匝数极相组的线圈匝数五、相电动势和线电动势五、相电动势和线电动势1、相电动势相电动势每相线圈数：每相线圈数： 若每线圈为若每线圈为N NC C，每相绕组共有，每相绕组共有 匝。匝。并联支路数为并联支路数为a a，串联支路极相组数为串联支路极相组数为每相绕组的每条支路总串联匝数为：每相绕组的每条支路总串联匝数

24、为：CqNapN pqmSpqmQ,2pqCpqNap单层绕组单层绕组11111444444 wwcfNkkqNfapE.五、相电动势和线电动势五、相电动势和线电动势1、相电动势相电动势每相线圈数：每相线圈数： 若每线圈为若每线圈为N NC C，每相绕组共有，每相绕组共有 匝。匝。并联支路数为并联支路数为a a，串联支路极相组数为串联支路极相组数为每相绕组的每条支路总串联匝数为：每相绕组的每条支路总串联匝数为：CqNapN2pqmSQ2pq2CpqN2ap2双层绕组双层绕组111114444442 wwcfNkkqNfapE.11EEL 三角形联结：三角形联结：113EEL三相对称绕组三相对称

25、绕组 星形联结：星形联结：2 2、基波基波线电动势线电动势111444 wfNkE.从而一相的电动势：从而一相的电动势：242482pQ832482pmQqoooq5786060.96609024209011.sinsinoopyk956025782578221.sin.sinsinsinoodqqk例：习题例：习题4-15 三相两极三相两极50Hz同步发电机，定子槽数同步发电机，定子槽数Q=48，每槽内有两根导体，每槽内有两根导体，支路数支路数a=1，节距节距 y1=20，双层绕组，星形联结，双层绕组，星形联结， 。 求：定子基波绕组因数和空载相电动势、线电动势。求：定子基波绕组因数和空载相

26、电动势、线电动势。解：解：Wb1111.绕组因数：绕组因数：每相串联匝数：每相串联匝数：相电动势：相电动势：线电动势：线电动势：923095609660111.dpwkkkVfNkEw363911192301650444444111.1618122CqNapNVEEL630336393311dtdeBlve或第五节第五节 感应电动势中的高次谐波感应电动势中的高次谐波隐极式同步电机凸极式同步电机NNSS 同步电机的主机磁场在气隙中不一定是正弦分布，因此绕组中有同步电机的主机磁场在气隙中不一定是正弦分布，因此绕组中有谐波存在，本节主要介绍各种谐波的特点，以及为消除或减小谐波所谐波存在，本节主要介绍

27、各种谐波的特点，以及为消除或减小谐波所采用的几种典型的方法。采用的几种典型的方法。dvpvwvkkkV次谐波绕组因数：次谐波绕组因数：vwvvvNkfE444.谐波电动势有效值：谐波电动势有效值：lBvvv2V次谐波磁通量：次谐波磁通量：vfpnvnpfsvvv6060谐波电动势频率：谐波电动势频率：svvvnnvvpp,谐波磁场随主极以同步转速在空间旋转，谐波磁场随主极以同步转速在空间旋转，主极磁场的分布与磁极中心线对称，谐波次数为奇次，主极磁场的分布与磁极中心线对称，谐波次数为奇次，,.,7531v1、主极谐波电动势、主极谐波电动势一、高次谐波电动势一、高次谐波电动势1NN33N5N3S5

28、S5S3N5N5Nopvvyk901sinV次谐波节距因数：次谐波节距因数： 电角度表示基波节距电角度表示基波节距y1，V次谐波节距次谐波节距 。1vy2222vqqvvqqvkdvsinsinsinsinV次谐波分布因数：次谐波分布因数：V次谐波磁场，转子一周为次谐波磁场，转子一周为 ，相邻线圈相距，相邻线圈相距 。2vpv开槽后的气隙磁场分布定子开槽后单位面积下的气隙磁导定子开槽后单位面积下的气隙磁导主极气隙磁导2、齿谐波电动势、齿谐波电动势 在每极每相槽数在每极每相槽数q为整数的电机中，为整数的电机中，存在存在 的谐波。的谐波。121mkqpQkv 由于定子内表面开槽，气隙磁导有由于定子

29、内表面开槽，气隙磁导有谐波，气隙存在磁导齿谐波谐波，气隙存在磁导齿谐波dvpvwvkkk1222221221221221222ddvkqqmqkqmkqmqmkqqmmkqmkqqqmkqvqqvksinsinsinsinsinsinsinsinsinsin111111111902222221290poopvkyyykyymkqyymkqvyksinsinsinsinsinsinK2时，叫高阶齿谐波。时，叫高阶齿谐波。k=2时，时， ，叫二阶齿谐波。，叫二阶齿谐波。1412mqpQvk=1时，时， ，叫一阶齿谐波。，叫一阶齿谐波。121mqpQv凸极同步电机凸极同步电机齿谐波特点齿谐波特点：4

30、）转子有效极弧的宽度不是定子齿距的）转子有效极弧的宽度不是定子齿距的整数倍，则主极移动时，定子绕组中的齿整数倍，则主极移动时，定子绕组中的齿谐波电动势进一步增大。谐波电动势进一步增大。3）转子有效极弧的宽度等于定子齿距的）转子有效极弧的宽度等于定子齿距的整数倍，主极磁场在定子开槽前已含有整数倍，主极磁场在定子开槽前已含有 次谐波时，定子开槽次谐波时，定子开槽后，定子绕组中齿谐波电动势比不开槽后，定子绕组中齿谐波电动势比不开槽时增大很多倍。时增大很多倍。121mkqpQkv2）转子有效极弧的宽度等于定子齿距的整数倍，且主极磁场在）转子有效极弧的宽度等于定子齿距的整数倍，且主极磁场在定子开槽前为正

31、弦分布时，定子开槽后，定子绕组感应电动势中定子开槽前为正弦分布时，定子开槽后，定子绕组感应电动势中不会有齿谐波。不会有齿谐波。定子开槽后单位面积下的气隙磁导定子开槽后单位面积下的气隙磁导主极气隙磁导转子有消极弧1）齿谐波具有和基波同样的绕组因数）齿谐波具有和基波同样的绕组因数3、计及谐波时相电动势和线电动势、计及谐波时相电动势和线电动势三倍次谐波消耗于绕组压降上，线端不会出现三倍次谐波电动势。三倍次谐波消耗于绕组压降上，线端不会出现三倍次谐波电动势。33333333ZIEZEI 或, 三及三倍次谐波电动势之和在闭合的三角形回路中形成环流三及三倍次谐波电动势之和在闭合的三角形回路中形成环流 ，

32、3I2）三相绕组接成三角形）三相绕组接成三角形.2725213EEEEL1）三相绕组接成星形）三相绕组接成星形.27252321EEEEE相电动势有效值：相电动势有效值：三角形联结时回路三次谐波环流三角形联结时回路三次谐波环流31BBee31AAee31CCee3i.272521EEEEL3）线路中谐波对邻近通讯线产生干扰。）线路中谐波对邻近通讯线产生干扰。2）发电机自身杂散损耗增大，效率下降，温升升高。）发电机自身杂散损耗增大，效率下降，温升升高。1）发电机的电动势波形变坏，降低供电质量，影响用电设）发电机的电动势波形变坏，降低供电质量，影响用电设备运行性能。备运行性能。4、谐波的危害、谐波

33、的危害二、消弱谐波电动势的方法二、消弱谐波电动势的方法vwvvvNkfE444.1、采用短距绕组；、采用短距绕组；2、采用分布绕组；、采用分布绕组；3、改善主极磁场分布。、改善主极磁场分布。对于主极谐波电动势对于主极谐波电动势对于齿谐波电动势对于齿谐波电动势4、采用斜槽；、采用斜槽；5、采用分数槽绕组；、采用分数槽绕组；6、其他措施：改善齿槽形状尺寸。、其他措施：改善齿槽形状尺寸。为消除第为消除第V次谐波，只要选用比整距短次谐波，只要选用比整距短 的短距线圈即可的短距线圈即可。v1一般取一般取 则：则：12 vkvy111opvyvk901sin谐波节距因数：谐波节距因数：,.,3212180

34、9011kvkykyvoo则有：则有：0pvk令令适当的选择线圈的节距，使得某一次谐波的节距因数等于或接近于适当的选择线圈的节距，使得某一次谐波的节距因数等于或接近于0。1、采用短距绕组、采用短距绕组vwvvvNkfE444.用短距的办法消除用短距的办法消除5次谐波次谐波1y541y55N5N5N5S5S5SV次谐波的节距因数次谐波的节距因数pvk0 .15 .05 .0 0 .1 00 .19 .08 .07 .01y1v5v7v765465 在在v次谐波磁场中，比整距缩短次谐波磁场中，比整距缩短 的线的线圈的两条圈边总是处在同一极性的相同磁圈的两条圈边总是处在同一极性的相同磁场位置下，因此

35、就整个线圈来说，两条线场位置下，因此就整个线圈来说，两条线圈边的圈边的v次谐波电动势相抵消，这是短距次谐波电动势相抵消，这是短距消除谐波的实质。消除谐波的实质。12、采用分布绕组、采用分布绕组交流电机一般都选用交流电机一般都选用 。26 q ， q越大，抑制谐波电动势效果越好。越大，抑制谐波电动势效果越好。22vqqvkdvsinsinV次谐波分布因数次谐波分布因数0 . 15 . 05 . 0 0 . 1 051015qdvk1v3v5v7v但：但：q高时，总槽数增加，槽变小，高时，总槽数增加，槽变小，加工槽、下线均困难，会增加成加工槽、下线均困难，会增加成本。本。 q6时，时， 下降已不明

36、显。下降已不明显。dvk2）隐极同步发电机：改善励磁绕组的分布，使主极磁场在气隙中接近）隐极同步发电机：改善励磁绕组的分布，使主极磁场在气隙中接近于正弦分布。一般于正弦分布。一般励磁绕组下线部分与极距之比选在励磁绕组下线部分与极距之比选在0.70.8的范围。的范围。1）凸极电机：改变主极极靴外形，改善气隙磁场分布，削弱）凸极电机：改变主极极靴外形，改善气隙磁场分布，削弱 。 主极极靴宽度和极距的比值为主极极靴宽度和极距的比值为0.70.75， 。v51.minmax3、改善主极磁场分布、改善主极磁场分布4、采用斜槽、采用斜槽c221ccksksin用导体斜过的距离用导体斜过的距离C表示：表示：

37、222201sinsinsinlim,qqkqsk基波斜槽因数：基波斜槽因数： 将定子表面槽斜过一个电角度将定子表面槽斜过一个电角度。槽内导体可看作槽内导体可看作q个短个短小导体的串联小导体的串联,由于槽在空间是斜的由于槽在空间是斜的,q 个短直导体串联后构成个短直导体串联后构成局部分布绕组。局部分布绕组。把谐槽导体看作为无限多根短直导体的串联把谐槽导体看作为无限多根短直导体的串联c 斜槽主要用于中小型电机。斜槽主要用于中小型电机。ztmqc22一般取：一般取：122mqc消除齿谐波需：消除齿谐波需：12 mqv对于一阶齿谐波，对于一阶齿谐波，2222cvcvvvkskvsinsinV次谐波斜

38、槽因数：次谐波斜槽因数： （V次谐波，次谐波，变为变为v）C=2V时导体内时导体内V次谐次谐波电动势互相抵消波电动势互相抵消vNvSv2veV次谐波斜槽因数次谐波斜槽因数0 . 15 . 00121v3v5v7v9vskvkvvccv222即即要消除要消除V次谐波，只需次谐波，只需 ，0skvk5、采用分数槽绕组、采用分数槽绕组分数槽绕组一般用于多极低速同步电机。分数槽绕组一般用于多极低速同步电机。12 mqv q=分数，分数， 一般都是分式或一般都是分式或偶数，而主极磁场中仅含有奇次谐波，偶数，而主极磁场中仅含有奇次谐波，不存在空间附加磁导的不存在空间附加磁导的“调制、放大调制、放大”作用，

39、从而避免了电动势波形中出现齿作用，从而避免了电动势波形中出现齿谐波电动势。谐波电动势。 每极每相槽数每极每相槽数 为分数时的绕组称为分数槽绕组。为分数时的绕组称为分数槽绕组。pmQq2.ABCXYZ123456789分数槽绕组基波电动势星型相量图分数槽绕组基波电动势星型相量图dcbmpQq2分数槽绕组：分数槽绕组：00040183602360Qp211232182mpQq例如：一台三相电机定子：例如：一台三相电机定子：Q=18，p=2，y1=3，a=1，双层短距绕组。双层短距绕组。分数槽绕组的一对极下一相绕组展开图分数槽绕组的一对极下一相绕组展开图AX221sinsinqqkd22sinsin

40、vqvqkdv分数槽绕组分布因数的计算（把两极下的线圈集中到一极下）：分数槽绕组分布因数的计算（把两极下的线圈集中到一极下）： 分数槽绕组相电动势有效值的计算方法与整数槽绕组一分数槽绕组相电动势有效值的计算方法与整数槽绕组一样，只是绕组因数的计算方法有所不同。样，只是绕组因数的计算方法有所不同。cbddqq令：每极每相槽数令：每极每相槽数q060相邻向量夹角相邻向量夹角ABCXYZ123456789分数槽绕组一对极下基波电动势星型相量图分数槽绕组一对极下基波电动势星型相量图6、其他措施、其他措施2）采用整数槽绕组、直槽的中、大型同步发电机中，选择转子）采用整数槽绕组、直槽的中、大型同步发电机中

41、，选择转子上阻尼绕组节距上阻尼绕组节距t2的办法来削弱齿谐波，使的办法来削弱齿谐波，使1280750yt.1）小型电机中采用半闭口槽，中型电机中采用磁性槽楔，减小）小型电机中采用半闭口槽，中型电机中采用磁性槽楔，减小开槽引起的气隙磁导变化和齿谐波。开槽引起的气隙磁导变化和齿谐波。sb2h1h0h3hsbsh第六节第六节 通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有正弦电流时单相绕组的磁动势3）槽内电流集中于槽中心处，槽开口影响忽略不计。）槽内电流集中于槽中心处，槽开口影响忽略不计。2）定转子间气隙为均匀。）定转子间气隙为均匀。为简化分析，假设：为简化分析，假设：1）定转子铁心的磁导率）定转子铁心的磁导率

42、 ，铁心磁位降忽略不计。，铁心磁位降忽略不计。 Fe 根据安培环路定律，交流绕组中通过电流时，将产生磁动势根据安培环路定律，交流绕组中通过电流时，将产生磁动势和磁场。交流绕组连接时，应使绕组电流形成的定、转子磁场磁和磁场。交流绕组连接时，应使绕组电流形成的定、转子磁场磁极数相等，以使平均转矩不为零。极数相等，以使平均转矩不为零。 本节研究线圈内通有正弦电流时单相绕组的磁动势，先分析本节研究线圈内通有正弦电流时单相绕组的磁动势，先分析整距线圈磁动势，然后分析分布绕组磁动势，最后分析单相绕组整距线圈磁动势，然后分析分布绕组磁动势，最后分析单相绕组磁动势。磁动势。232 s2cCciNf ，定子为，

43、定子为N极，极，22s2cCciNf ，定子为，定子为S极，极， 以线圈轴线处为原点，沿定子内表面：以线圈轴线处为原点，沿定子内表面：一个一个NC匝的整距线圈匝的整距线圈:线圈电流线圈电流: 线圈产生一个两极磁场，气隙各处磁动势线圈产生一个两极磁场，气隙各处磁动势为为 。tIiCccos21y2cCiN一、整距线圈的磁动势一、整距线圈的磁动势为气隙表面距原点的电角为气隙表面距原点的电角度度sAXs0NS24cciNscf02cciNAXS一个整距线圈的磁动势一个整距线圈的磁动势XscCciNfcos241把周期性脉振矩形波用傅氏级数把周期性脉振矩形波用傅氏级数分解为基波和一系列齐次空间谐分解为

44、基波和一系列齐次空间谐波，定子线圈轴线处作为坐标原波，定子线圈轴线处作为坐标原点，基波磁动势的方程式：点，基波磁动势的方程式：24cciNscf02cciNAXS一个整距线圈的磁动势一个整距线圈的磁动势X1A2X2A1XSNNS两组整距线圈形成的四极磁场两组整距线圈形成的四极磁场scf2cciNs1A01X2A22X3定子2X二、分布绕组的磁动势二、分布绕组的磁动势sdcCdcqkiqNkqffcos111142双层整距分布绕组：双层整距分布绕组：sdcCdcqkiqNkqffcos111124单层整距分布绕组：单层整距分布绕组：用空间矢量求合成磁动势，引入分布用空间矢量求合成磁动势，引入分布

45、因数因数 kd11、整距分布绕组极相组磁动势、整距分布绕组极相组磁动势极相组极相组q个线圈空间分布，个线圈空间分布，q个空间分个空间分布线圈基波合成磁动势为布线圈基波合成磁动势为q个线圈磁动个线圈磁动势矢量和。势矢量和。1qF1cF整距分布绕组磁动势整距分布绕组磁动势123231 2 3 1 2 3 1CF1qF12 3cfqfsdsdqkipNkaipaNfcoscos1112424aiic电流用相电流表示，则电流用相电流表示，则sdcCqkiqNfcos114双层绕组：双层绕组：sdcCqkiqNfcos1124单层绕组：单层绕组：paNqNqNapNCC22双层绕组：双层绕组：paNqN

46、qNapNCC22单层绕组：单层绕组：匝数用每相支路总串联匝数匝数用每相支路总串联匝数N表示，则：表示，则：2、短距分布绕组极相组的磁动势、短距分布绕组极相组的磁动势0111801180yyo双层绕组，相邻磁极下每相线圈，上层线圈边之间相距一个极距，双层绕组，相邻磁极下每相线圈，上层线圈边之间相距一个极距，下下层线圈边之间也相距一个极距层线圈边之间也相距一个极距把相邻极相组的上层线圈看作一组单层整距分布绕组，把下层线圈看把相邻极相组的上层线圈看作一组单层整距分布绕组，把下层线圈看作另一组单层整距分布绕组，两个单层整距分布绕组间作另一组单层整距分布绕组，两个单层整距分布绕组间相差相差空间电角空间

47、电角度。度。111pdwkkk 基波磁动势的绕组因数基波磁动势的绕组因数111909012pookyysincoscos而而22211cosFcosFFq1qq整距双层单用空间矢量求和，则双层短距分布绕组的基波磁动势：用空间矢量求和，则双层短距分布绕组的基波磁动势：swpsdqipNkkkipNfcoscos24241111从而从而双层短距分布绕组的磁动势双层短距分布绕组的磁动势1qF下下1qF上上1qF下下1qF上上1qF1qF三、单相绕组的磁动势，脉振磁动势三、单相绕组的磁动势，脉振磁动势swqipNkffcos241111、单相绕组的基波磁动势、单相绕组的基波磁动势每相有几个极相组，就有

48、几个空间分布磁极，所以单相绕组的基每相有几个极相组，就有几个空间分布磁极，所以单相绕组的基波磁动势就是极相组磁动势。波磁动势就是极相组磁动势。1A2X2A1XSNNS两组整距线圈形成的四极磁场两组整距线圈形成的四极磁场scf2cciNs1A01X2A22X3定子2XIpNkIpNkFww11190224. 磁动势从空间上看轴线固定不动，磁动势从空间上看轴线固定不动，从时间上看大小不断地随电流的交变从时间上看大小不断地随电流的交变而在正、负幅值之间脉振，称为而在正、负幅值之间脉振，称为脉振脉振磁动势磁动势。从物理上看，脉振磁动势是。从物理上看，脉振磁动势是驻波驻波。tFtIpNkfsswtsco

49、scoscoscos,111224则则tIicos2若若swqipNkffcos24111不同瞬间时单相绕组的基波磁动不同瞬间时单相绕组的基波磁动势势tsf,11 F23s001t0260t0390t04150t05180t1t2t3t4t5t222、单相绕组谐波磁动势、单相绕组谐波磁动势22901vqqvyvkkkodvpvwvsinsinsinV次谐波绕组因数：次谐波绕组因数：IpNkvIvpNkFwvwvv901224.V次谐波磁动势的幅值：次谐波磁动势的幅值：tvFtvIpvNkfsvswvtvscoscoscoscos,224 2p极电机，对于基波磁动势是极电机，对于基波磁动势是2p

50、极，空间一周是极，空间一周是 ，对于，对于V次谐波磁动势是次谐波磁动势是 极，空间一周是极，空间一周是 电角度，单相绕组电角度，单相绕组的的V次谐波磁动势为：次谐波磁动势为：p2pv 2pv 2第七节第七节 通有对称三相电流时三相绕组的通有对称三相电流时三相绕组的磁动势磁动势一、三相绕组基波合成磁动势三相绕组基波合成磁动势swipNkfcos2411tIiAcos201202tIiBcos02402tIiCcos三相绕组通对称正序电流：三相绕组通对称正序电流：YBCZAXAfInsA相绕组轴线B相绕组轴线C相绕组轴线sAtFfcoscos11011120120sOBtFfcoscos三相绕组在