电机学课件 第4章1.pptx

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4-27t=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4-33q=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,。