电机学PPT课件-三相交流绕组.ppt

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1、第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组是交流电机（感应电机和同步电机）的共同问题是交流电机（感应电机和同步电机）的共同问题1.三相交流绕组的三相交流绕组的结构结构；第第6章章 2.三相交流绕组产生的三相交流绕组产生的磁势分析磁势分析；第第7章章 3.三相交流绕组产生的三相交流绕组产生的感应电势分析感应电势分析；第第8章章 第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组三相对称绕组建立的磁场三相对称绕组建立的磁场三相交流绕组的作用是产生旋转磁场和感应电势，三相交流绕组的作用是产生旋转磁场和感应电势，即当三相对称电流通过空间作对称分布的三相交流绕组，即当三相对称电流通过空间作对称分布的三相交流绕组，将产生

2、三相合成旋转磁场将产生三相合成旋转磁场,该旋转磁场与静止的三相交流绕组该旋转磁场与静止的三相交流绕组发生相对切割运动，在三相交流绕组内感应产生对称的三相发生相对切割运动，在三相交流绕组内感应产生对称的三相电势。电势。第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组对交流绕组的要求对交流绕组的要求（1）交流绕组通对称电流时后，气隙中有规定的磁场极）交流绕组通对称电流时后，气隙中有规定的磁场极数旋转磁场；数旋转磁场；（2）气隙中有旋转磁场时，绕组中感应产生对称的三相）气隙中有旋转磁场时，绕组中感应产生对称的三相电势；电势；（3）交流绕组的电势应为按正弦规律变化的时间波）交流绕组的电势应为按正弦规律变化的时间

3、波,要求要求旋转磁场空间波为正弦，即其谐波分量尽可能小；旋转磁场空间波为正弦，即其谐波分量尽可能小；（4）三相交流绕组在空间作对称分布（即其轴线互差）三相交流绕组在空间作对称分布（即其轴线互差120电角度）；电角度）；(5)多相绕组必须对称，多相绕组必须对称，不仅要求不仅要求m相绕组的匝数相绕组的匝数N、跨、跨距距y1、线径及在圆周上的分布情况相同，、线径及在圆周上的分布情况相同，而且而且m相绕相绕组的轴线在空间上互差组的轴线在空间上互差3600/m电角度。电角度。采用分布绕组和短距绕组。用铜少；下线方便；强度好。采用分布绕组和短距绕组。用铜少；下线方便；强度好。第六章 三相交流绕组基本概念

4、线圈（绕组元件）：线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈多匝线圈和单匝线圈单匝线圈。与线圈相关的概念包括：有效边有效边；端部端部；线圈节距线圈节距等节节距距Y1（跨槽数）（跨槽数）一个一个线线圈的两个圈的两个线线圈圈边边之之间间沿沿电电枢气隙枢气隙圆圆周上的跨距称周上的跨距称为节为节距，用距，用表示。表示。节距可用长度单位表示，常常用槽数表示用槽数表示。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。第六章 三相交流绕组基本概念第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组基本概念基本概念极对数极对数,2极数极数,z1槽

5、数槽数极数极数2p=2,槽数槽数z1=6极数极数2p=4,槽数槽数z1=24Da 极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围；极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围；用长度表示用长度表示/用槽数表示；用槽数表示；电角度：电角度：定转子铁心的横截面是一定转子铁心的横截面是一个圆，其机械角度为个圆，其机械角度为360度。度。从电磁角度看，一对从电磁角度看，一对N,S极极构成一个磁场周期，即构成一个磁场周期，即1对对极为极为360电角度；电角度；第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组基本概念基本概念电角度电角度=p 机械角度机械角度极数极数2p=4,一个槽所占的一个槽所占的电角度电角度数称为槽距角，数称

6、为槽距角，用用表示；表示；每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示。表示。第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组基本概念基本概念 q=1 集中绕组；集中绕组；q1 分布绕组。分布绕组。减小谐波减小谐波交流绕组交流绕组单层绕组单层绕组双层绕组双层绕组同心式绕组同心式绕组链式绕组链式绕组交叉链式绕组交叉链式绕组等元件式整距叠绕组等元件式整距叠绕组双层叠绕组双层叠绕组双层波绕组双层波绕组第六章第六章 三相交流绕组三相交流绕组交流绕组的形式交流绕组的形式第六章 三相交流绕组等元件式整距单层叠绕组同心式绕组链式绕组交叉链式绕组双层叠绕组第六章第六章

7、三相交流绕组三相交流绕组单层叠绕组的构成单层叠绕组的构成1.分极分相：分极分相：将总槽数按给定的极数均匀分开（将总槽数按给定的极数均匀分开（N、S极相邻分布）并标极相邻分布）并标记记假设假设的感应电势方向（各极下的感应电势方向（各极下假设假设的电势方向相同）的电势方向相同）。实例：实例：Z24（槽）、（槽）、m3（相）、（相）、2p4（极）的单层叠绕（极）的单层叠绕组组基本步骤：基本步骤：每极每相槽数每极每相槽数2.连线圈和线圈组：连线圈和线圈组：将一对极域内属于同一相的某两个线圈边连成一个线将一对极域内属于同一相的某两个线圈边连成一个线圈，共有圈，共有q个线圈。个线圈。将一对极内属于同一相的

8、将一对极内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组；个线圈连成一个线圈组；以以上连接应符合电势相加原则。上连接应符合电势相加原则。连线圈和线圈组连线圈和线圈组线圈组连接 将属于同一相的将属于同一相的p个线个线圈组连成一相绕组，并圈组连成一相绕组，并标记首尾端。标记首尾端。串联与并联：电势相串联与并联：电势相加原则。加原则。最大并联支路数最大并联支路数ap。连相绕组连相绕组将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。电角度。将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组；接法或接法或Y接法；接法；连三相绕

9、组连三相绕组三相Y连接三相连接连三相绕组连三相绕组第七章 交流绕组建立的磁动势分析一对极的磁动势分析一对极的磁动势对于每相电势、电流，根据并联支路数对于每相电势、电流，根据并联支路数a，进行串并，进行串并联计算。联计算。转矩直接迭加转矩直接迭加7-1 7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势 一个整距线圈在异步电机中产生的磁势一个整距线圈在异步电机中产生的磁势(每极每相中的其中一个整距线圈）每极每相中的其中一个整距线圈）设该线圈的匝数为设该线圈的匝数为。线圈中通过的交变电流为。线圈中通过的交变电流为 式中，式中，线圈中电流的有效值；线圈中电流的有效值；电流的角频率，电流的角频率，。

10、磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计势降可以忽略不计，线圈在一个气隙上施加的磁势为：，线圈在一个气隙上施加的磁势为：如果通过线圈的电流为正弦波，如果通过线圈的电流为正弦波，则则矩形波的矩形波的高度高度也将也将按正弦规律变化。按正弦规律变化。一个位置固定，幅值一个位置固定，幅值随时间按正弦变化，随时间按正弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势。7-1 7-1 单个整距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势矩形脉振磁势矩形脉振磁势7-1 7-1 单个整

11、距集中绕组的磁势单个整距集中绕组的磁势 矩形波脉振磁势的分解矩形波脉振磁势的分解矩形脉振磁势可以表示为矩形脉振磁势可以表示为为幅值为幅值 按照富立叶级数分解的方法可以把按照富立叶级数分解的方法可以把空间矩形波空间矩形波分解为基分解为基波和一系列谐波波和一系列谐波 空间基波空间基波幅值为：幅值为：空间基波幅值的空间基波幅值的最大最大值值为为:基波在空间位置按正弦分布；在时间上，任何一个时刻的基波在空间位置按正弦分布；在时间上，任何一个时刻的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振正弦脉振磁势磁势。其表达式为：。其表达式为：7-1 单个整距集中绕

12、组的磁势单个整距集中绕组的磁势 高次谐波的幅值为7-1 单个整距集中绕组的磁势7-2（1）整距分布绕组的磁势）整距分布绕组的磁势 由由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽距角距角，称为分布绕组。，称为分布绕组。取单个线圈的基波进行分析（为正弦分布脉振磁势），取单个线圈的基波进行分析（为正弦分布脉振磁势），q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；线圈组的磁势为：线圈组的磁势为：矢量式7-2（1）整距分布绕组的磁势7-2（1）整距分布绕组的磁势线圈组的谐波磁动势7-2（2）双层短距绕组的磁势）双

13、层短距绕组的磁势分析思路分析思路1）双层整距绕组可以等）双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组效为两个整距单层绕组2）两个等效单层绕组在空）两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角；这个角度等于短距角；3）双层短距绕组的磁势）双层短距绕组的磁势等于错开一个短距角的两等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁势在空间个单层绕组的磁势在空间叠加。叠加。双层短距绕组的磁势为：双层短距绕组的磁势为：短距系数为：短距系数为：单层和整距时单层和整距时,7-2（2）双层短距绕组的磁势）双层短距绕组的磁势 为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流为了统一表示相绕组的磁势，

14、引入每相电流I、每相串联每相串联匝数匝数N1等概念等概念,并联支路数并联支路数a。统一公式：统一公式：单相绕组单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势脉振磁势，磁，磁势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。绕组系数绕组系数:7-3 单相绕组的磁势单相绕组的磁势单相单相脉振磁势脉振磁势 单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉振。正弦规律脉振。考虑单相绕组电流产生的考虑单相绕组电流产生的谐波磁势谐波磁势，其统一表达式为：其统一表达式为：7-3

15、单相绕组的磁势单相绕组的磁势 设设A相绕组通过电流：相绕组通过电流：其基波磁势为其基波磁势为:f最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为 t，即最高点的位置随时间以即最高点的位置随时间以角速度角速度运动。运动。f最高点的运行轨迹为最高点的运行轨迹为 t，即最高点的位置随时间，即最高点的位置随时间以角速度以角速度运动。运动。7-3 单相绕组的磁势单相绕组的磁势 单相单相脉振磁势分解为两个旋转磁场脉振磁势分解为两个旋转磁场 F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度波是一个旋转波，在气隙空间以角度速速旋转，转速为：旋转，转速为：单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相反的园形

16、旋转磁势。反的园形旋转磁势。7-3 园形旋转磁势园形旋转磁势7-4 三相基波磁势合成旋转磁势三相基波磁势合成旋转磁势 三相对称电流：三相对称电流：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：每极三相合成磁势为每极三相合成磁势为 三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生园形旋三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生园形旋转磁势。转磁势。7-4 三相基波磁势合成旋转磁势三相基波磁势合成旋转磁势 改变旋转磁场转向改变旋转磁场转向的方法：调换任意的方法：调换任意两相电源线（改变两相电源线（改变相序）相序）旋转磁势旋转磁势7-4 关于旋转磁势的进一步讨论关

17、于旋转磁势的进一步讨论 三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋三相对称交流绕组通过三相对称交流电流时，三个反向旋转磁势在空间错开转磁势在空间错开120电角度相互抵消，三个正向旋转磁势电角度相互抵消，三个正向旋转磁势在空间同相位，合成一个圆形旋转磁势。在空间同相位，合成一个圆形旋转磁势。圆形旋转磁势圆形旋转磁势幅值不变，幅值的位置随时间不断沿同幅值不变，幅值的位置随时间不断沿同一方向移动的旋转磁势（最大值轨迹为圆形）一方向移动的旋转磁势（最大值轨迹为圆形）每极合成磁动势幅值大小为每极合成磁动势幅值大小为：圆形旋转磁势的转速为圆形旋转磁势的转速为：7-4 关于旋转磁势的进一步讨论脉振磁

18、势脉振磁势空间位置不变，而波幅以频率按正空间位置不变，而波幅以频率按正弦规律交变弦规律交变 椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势幅值在一定范围内变化幅值在一定范围内变化，幅值的位置幅值的位置 随时间不断沿同一方向移动的旋转磁势随时间不断沿同一方向移动的旋转磁势 （最大值轨迹为（最大值轨迹为 椭圆形）椭圆形）旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋转磁场：(1)机械旋转磁场机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场(2)电气旋转磁场电气旋转磁场 三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。交

19、流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。第八章 交流绕组的感应电动势 感应电势随时间时间变化的波形和磁感应强度在空间空间的分布波形相一致。只考虑磁场基波时，感应电势为正弦波正弦波。感应电势的波形 第八章 交流绕组的感应电动势1根导体中的感应电势 一根导体感应电势 导体与磁场的相对速度：磁感应强度峰值和平均值之间的关系：感应电势最大值：感应电势的有效值：第八章 交流绕组的感应电动势1根导体中的感应电势整距线圈中的感应电势 线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相差180电角度。整距线圈的感应电势：考虑到线圈的匝数后：第八章 交流绕组的感应电动势线圈中的感应电势eAec如上图：（正方向）电势方向与电流方向一致，均与磁动势成右手螺旋关系，所以电势滞后于磁通90度 线圈的两个有效边在磁场中相距为y1,其感应电势相位差是180-电角度。故短距线圈感应电势有所损失；用短距系数(小于1)修正，但短距可以削弱高次谐波.q个分布线圈不能同时达到电势最大值,使合成电势有所减小,用分布系修正。第八章 交流绕组的感应电动势线圈组的感应电势第八章 交流绕组的感应电动势一相绕组的电势 若p个线圈组全部串联则相电势=p 倍 线圈组电势 实际线圈组可并可串，每相总串联匝数 相电势：1_每极基波磁通量的大小（空间波）变压器电势中m为每相铁芯中基波磁通的最大值（时间波）