电机学 第4版 教学课件 ppt 作者 汤蕴璆 第4章

34138-04A,主编,BJ10.TIF,第4章,4.1 交流绕组的构成原则和分类 4.2 三相双层绕组 4.3 三相单层绕组 4.4 气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势 4.5 感应电动势中的高次谐波 4.6 通有正弦电流时单相绕组的磁动势 4.7 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势 4.8 三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗 4.9 交流电机的电磁转矩,4.1 交流绕组的构成原则和分类,(1)合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦形，幅值要大。 (2)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。 (3)绕组的铜耗要小，用铜量要省。 (4)绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。,4.2 三相双层绕组,有效部分和端部双层绕组的主要优点为： (1) 可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，来改善电动势和磁动势的波形。 (2) 所有线圈具有同样的尺寸，便于制造。 (3) 端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度。 1.槽电动势星形图和相带划分 2.叠绕组 3.波绕组,4.2 三相双层绕组,图4-1 双层绕组 a)双层绕组在槽内的布置 b)有效部分和端部,图4-2 三相双层绕组的槽电动势 星形图(Q=36,2p=4),表4-1 各个相带的槽号分配(60°相带),1.槽电动势星形图和相带划分,图4-3 叠绕和波绕线圈示意图 a)叠绕线圈 b)波绕线圈,2.叠绕组,图4-4 三相双层叠绕组中A相绕组的展开图(Q=36,2p=4),2.叠绕组,t2.tif,t3.tif,3.波绕组,图4-5 波绕线圈的节距,3.波绕组,3.波绕组,t1.tif,3.波绕组,图4-6 三相双层波绕组中A相绕组的展开图(Q36，2p4),4.3 三相单层绕组,1.同心式绕组 2.链式绕组 3.交叉式绕组,1.同心式绕组,表格,图4-7 单层同心式绕组中A相的展开图(2p=2,Q=24),2.链式绕组,表格,图4-8 单层链式绕组中A相的展开图(Q=36,2p=6),3.交叉式绕组,表格,图4-9 单层交叉式绕组的A相展开图(Q=36,2p=4),4.4 气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势,1.导体的感应电动势 2.整距线圈的电动势 3.短距线圈的电动势，节距因数 4.分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数 5.相电动势和线电动势,1.导体的感应电动势,图4-10 气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势 a)两极交流发电机 b)主极磁场在空间的分布 c)导体中感应电动势的波形,2.整距线圈的电动势,图4-11 匝电动势 a)整距和短距线圈 b)展开图 c)整距和短距线圈的电动势相量图,3.短距线圈的电动势，节距因数,4.分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数,图4-12 三相四极36槽交流定子绕组的电动势(黑色导体为A相) a)36个槽的相带划分 b)A相合成电动势的相量图,图4-13 极相组的合成电动势 (q=3时),4.分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数,5.相电动势和线电动势,4.5 感应电动势中的高次谐波,1.高次谐波电动势 2.削弱谐波电动势的方法,1.高次谐波电动势,图4-14 凸极同步电机的主极 磁场(实线为实际分布，虚线 为基波和3次、5次谐波),1.高次谐波电动势,图4-15 定子开槽后单位面积下 的气隙磁导,图4-16 三角形联结时 回路中的三次谐波环流,图4-17 用短距的办法 消除次谐波,2.削弱谐波电动势的方法,表4-2 三相60°相带整数槽绕组的分布因数,图4-18 把斜槽中的导体看作 无限多根短直导体的串联,图4-19 斜槽因数,图4-20 用斜槽来 消除次谐波电动势,4.6 通有正弦电流时单相绕组的磁动势,1.整距线圈的磁动势 2.分布绕组的磁动势 3.单相绕组的磁动势,1.整距线圈的磁动势,图4-21 一个整距线圈的磁动势(2p=2) a)整距线圈所产生的磁场 b)整距线圈的磁动势沿气隙的分布图,图4-22 两组整距载流线圈形成的四极磁场(=4) a)磁场分布 b)磁动势沿气隙的分布图,2.分布绕组的磁动势,图4-23 整距分布绕组的磁动势(q=3) a)合成磁动势波 b)基波合成磁动势 c)用空间矢量来求基波合成磁动势,图4-24 双层短距分布绕组的磁动势 a)双层短距分布绕组在槽内的布置 b)上层和下层导体产生的基波磁动势 c)用空间矢量算出上、下层的基波合成磁动势,3.单相绕组的磁动势,图4-25 不同瞬间单相绕组的基波磁动势,4.7 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势,1.三相绕组的基波合成磁动势 2.三相合成磁动势中的高次谐波 3.三相合成磁动势的波形,图4-26 三相交流电机的定子示意图,1.三相绕组的基波合成磁动势,解析法 以定子内圆A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并以逆时针方向(即A相B相C相绕组的方向)作为空间角度s(以电角度计)的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线s处，各相的基波磁动势分别为,解析法 以定子内圆A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并以逆时针方向(即A相B相C相绕组的方向)作为空间角度s(以电角度计)的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线s处，各相的基波磁动势分别为,图4-27 t=0和时三相基波合成磁动势的位置,图4-28 旋转磁动势波,图4-29 不同瞬间时的三相基波合成磁动势(左边为电流的时间相量图， 右边为磁动势的空间矢量图，其中空间矢量用空心箭头的矢量来表示) a)t=0时 b)t=60°时 c)t=120°时 d)t=180°时 e)t=240°时,图4-30 三相绕组中通入负序电流时，形成反向推移的旋转磁动势波 a)通入正序电流时 b)通入负序电流时,图4-31 不对称电流产生的 椭圆形旋转磁动势,2.三相合成磁动势中的高次谐波,(1)当=3k(k=1,3,5,),也即=3,9,15, (2)当=6k+1(k=1,2,3,),也即=7,13,19，时 (3)当=6k-1(k=1,2,3,),也即=5,11,17，时,3.三相合成磁动势的波形,直接作图法的作图步骤如下： (1)画出一对极下三相的2mq个槽，并标明各槽的上、下层各属于哪一相带(即标明A、X、B、Y、C、Z)。 (2)确定时间为某一瞬间t1时，三相电流瞬时值iA、iB和iC的大小和正、负。 (3)算出各个槽内槽电流is(包括上、下层)的瞬的值(正、负和大小)，并标注在该槽的上方。 (4)任取一值作为磁动势曲线的起始值，从第一个槽开始，到最后一槽为止，从左到右，根据槽电流的正、负和大小，逐步画出绕组的阶梯形磁动势曲线：经过齿区时，磁动势不变，故曲线为水平；经过槽中心时，根据槽电流is的正、负和大小，使磁动势曲级上升或下降一级，“级高”取决于槽电流的大小；如槽电流为0，则曲线保持水平。 (5)根据磁动势所产生的磁场，其N极下的磁通量应当等于S极下的磁通量这一原则，画一水平线作为横坐标，调整横坐标的高、低，直到坐标以上和以下两块磁动势曲线的面积相等，该横坐标即为磁动势曲线的基准线。,图4-32 在和处定子绕组的磁动势 、与槽电流的关系,图4-33 q=2的三相单层绕组在三个不同瞬间的合成磁动势曲线 a)t=0时 b)t=30°时 c)t=60°时,4.8 三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗,1.三相交流绕组所产生的气隙磁场 2.交流绕组的气隙电抗,1.三相交流绕组所产生的气隙磁场,图4-34 转子开槽时的气隙磁场,2.交流绕组的气隙电抗,4.9 交流电机的电磁转矩,1.电磁转矩不等于零的一个准则 2.交流电机的电磁转矩公式 3.电磁转矩公式的分析，产生恒定电磁转矩的条件,1.电磁转矩不等于零的一个准则,图4-35 定、转子极数不等时， 平均电磁转矩恒等于0,2.交流电机的电磁转矩公式,(1)定子表面为光滑的圆柱形，转子既可以是隐极、也可以是凸极式；铁心的磁导率Fe=。 (2)定子的载流导体均匀地分布在定子表面。 (3)气隙合成磁场为正弦分布，定子的磁动势波也是正弦分布，两者的极数相等。 (4)每对极下定子载流导体的分布均为相同，即定子绕组为三相整数槽绕组。,图4-36 气隙基波合成磁场与定子基波线负载相作用产生电磁转矩 a)定子单位周向长度上的电磁转矩和总电磁转矩 b)和c)线负载的基波与磁动势基波的关系,3.电磁转矩公式的分析，产生恒定电磁转矩的条件,(1)对于气隙合成磁场和定子磁动势为正弦分布的三相交流电机，电磁转矩Te与气隙合成磁场的磁通量、定子基波磁动势的幅值F1以及转矩角1的正弦成正比。 (2)从电磁转矩的角度来看，发电机和电动机的差别，就在于转矩角1的正、负(或小于还是大于180·)。 (3)由于定子磁动势的基波幅值F1=I1,气隙合成磁场的磁通量=，而sin1=cos1，所以电磁转矩也可以写成下列形式：,图4-37 题4-22附图(1),图4-38 题4-22附图(2),图4-39 题4-28附图,