交流电机共同问题.ppt

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1、交流电机共同问题交流电机共同问题电气工程学院 郭冀岭第一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n交流电机概述n交流电机工作原理n交流电机电枢绕组概念n交流电机电枢绕组构成n交流电机电枢绕组磁场()n交流电机电枢绕组电势()第二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n电机的基本概念和分类n异步电机简述n同步电机简述1 交流电机概述第三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。1.1 电机的基本概念和分类 电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，由电路和磁路构成的能实现机电能量转换或信号传递与转换的装置。 e = B l vf = B l i机械能机械能电电 能能电路电路磁路磁路1 交流电机概述第四页，编辑于星

2、期六：十五点 三十二分。n（1）主要作电动机使用 n（2）主要优点q结构简单 制造容易q坚固耐用 运行可靠q价格低廉q有较高的效率q相当好的工作特性 n（3）缺点q目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速q必须从电网吸收滞后的无功功率1.2 异步电机简述 第五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n（4）分类： 第六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。CRH3和谐号动车组北车唐山厂生产线车间第七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。定子绕组定子绕组 第九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。笼型转子笼型转子第十一页，编辑于星

3、期六：十五点 三十二分。绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子 第十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n（1）主要作发电机使用n（2）常见类型q三相同步发电机q自控式同步电动机q磁阻同步电动机q永磁同步电动机q步进电动机n（3）主要应用场合 电力系统：发电机、变压器、输电线1.3 同步电机简述 第十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。火力发电（电能的产生）火力发电（电能的产生） 热电厂热电厂 1 煤传送带煤传送带 2 加煤机加煤机 3 粉碎机粉碎机 4 锅炉锅炉 5 煤渣煤渣 6 空气预热器空气预热

4、器 7 静电除尘静电除尘 8 烟囱烟囱 9 汽轮机汽轮机 10 冷凝器冷凝器 11变压器变压器 12 冷却塔冷却塔 13 发电机发电机 14 输电线输电线第十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。大型汽轮机第十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n感应电机的基本原理n同步电机的基本原理2 交流电机基本原理第十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 2.1 感应电机基本原理n定子磁场以速度n0旋转n转子导体与定子磁场相对转速nn转子导体感生电动势n转子导体形成回路，产生电流n转子导体受电磁力，形成电磁转矩n推动转子以转速n顺n0方向旋转NSn0n异步电动机模型笼型转子2 交流电机基本原理第十九

5、页，编辑于星期六：十五点 三十二分。感应电机原理特点n必须有一个旋转的磁场(实现能量转换的前提)n旋转磁场与转子导体存在转速差，即n0（必要条件，异步）n转子导体形成回路（ei0，产生电流）n建立转矩的电流由感应产生（称为感应电机） n感应电机最重要的参数：转差率000nnnnns第二十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n问题问题 如何使定子磁场旋转起来？如何使定子磁场旋转起来？第二十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。2.2 同步电机基本原理n原动机拖动转子磁场以速度n0旋转（相对定子）n定子导体与转子磁场相对转速为n0n定子导体感生电动势n定子绕组带负载，有电流流过n定子电流产生旋转磁

6、场，速度为n0n转子导体受电磁力，形成电磁转矩，和拖动转矩平衡（绕线式转子）n把机械功率转换为电功率V1 V2 W2 W1 U1 U2 N S+ Uf If第二十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。同步电机原理特点n转子励磁电流是直流，磁场的旋转由原动机拖动 实现，此转速决定电机的电动势频率n转子磁场与定子绕组的转速差为n，在定子绕组中感应电动势n定子绕组带负载时形成回路，有电流流过，此电 流产生旋转磁场，转速和转子磁场转速相同（同 步，称为同步电机）n建立电磁转矩和拖动转矩平衡 第二十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n单线圈集中绕组n4极单线圈绕组n三相绕组接法n交流绕组基本量n三相

7、绕组的排列和联结方法n三相绕组的形式n交流绕组中的特别处理3 交流电机绕组概念第二十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n绕组空间三相对称：任意相旋转120度整倍数与另一相完全重合n三相2极单线圈绕组U、V、WU UUVV VW WW111222U1VWWU2V1122绕组空间位置转子绕组展开图(星形联接)3 交流电机电枢绕组概念(1)(1)单线圈集中绕组单线圈集中绕组第二十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。(2) 4极单线圈绕组极单线圈绕组n由3个线圈增加到6个，依次滞后60度机械角度对称分布 U UUVV VW WW11111121221UVW绕组空间位置U U12V V12W W1

8、2U U22V V22W21W22P=2绕组展开图(Y联接)UVW111111U12V12W12UU2122V21V22W21W22第二十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。(3) 三相绕组的接法三相绕组的接法UVWuvw转子定子星形联接三角联接转子绕组转子绕组第二十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。(4)交流绕组的基本量交流绕组的基本量n线圈n节距：整距、短距、长距n极距第二十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。线圈：在电机制造过程中，构成交流绕组的基本单元一般不是导体而是线圈。线圈是串联好的两根导体或多根导体，相应地称为单匝线圈或多匝线圈 。(a)单匝线圈 (b) 多匝线圈 (c)

9、 多匝线圈简易画法 节距：一个线圈的两个有效边在铁心圆周表面上所跨的距离称为节距，用符号y1表示，一般以槽数计。y1 第二十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。y1 极距：一个磁极在铁心圆周表面上所占的范围称为极距，用符号表示，通常以用槽数或长度计。()2()2ZpDp槽米1()( )( )y整距短距长距n各个线圈的感应电动势有效值相等n相邻线圈的感应电动势相位差为槽距电角1 n单层绕组的线圈节距均为整距第三十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第三十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第三十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 (5)三相绕组的形式三相绕组的形式n单层绕组q同心式q链式

10、q交叉链式q叠式n双层绕组q叠式q波式第三十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n同心绕组：第三十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n链式绕组：第三十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n单层叠绕组第三十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n双层叠绕组第三十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n双层波绕组第三十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 (6)绕组构成中的特别处理绕组构成中的特别处理n为消除电动势和磁动势中的谐波，在绕组 构成中应采用短距方法和分布方法。n分布方法：一个槽中的集中绕组，分别按 一定的规律放于多个槽中；n短（长）距方法：要消除的谐波为 次 时，绕组的节距值

11、为： )11(1y第三十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。分布绕组U1U2V1W1W2V2集中整距绕组234567890123456781U1U2整距分布绕组第四十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。短距绕组y11上122极距fy0232e2e2fy0iNy单相双层短距线圈产生的磁通势1下1下第四十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。4 交流绕组构成n交流绕组的基本要求n基本物理量和概念n三相单层绕组n三相双层绕组n小结第四十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。同步发电机原理结构示意图4.1 交流绕组的基本要求第四十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n交流绕组的基本要求 绕组产生的

12、电动势(磁动势)接近正弦波。 三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称。 在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)第四十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。4.2 基本物理量和概念(1)电角度电角度 磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当于360。如果磁极极对数是p，整个圆周有p个完整正弦波，相当于p 360。从几何的观点来看，整个圆周只有360。 圆周的空间几何角度称为机械角度，而圆周上对应于磁场分布的角度称为电工角度，简称为电角度。电角度电角度p机械角度机械角度第四十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。Z360pZp3601 槽距电角槽距电角1：相邻两槽中：相邻

13、两槽中导体感应电动势的相位差导体感应电动势的相位差 。 槽距角槽距角：相邻两槽之间的：相邻两槽之间的机械角度。机械角度。(2) 槽距角和槽距电角槽距角和槽距电角第四十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。3603601036Z例图中：例图中：Z=363603601036Z13602 3602036pZ第四十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势相位差相同。将各槽导体电动势相量画在一起，组成一个星形，称为槽电动势星形图。(3)槽电动势星形图槽电动势星形图第四十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。(4) 相带相带120相带 60相带n120相带n60

14、相带第四十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。三相双层绕组120相带三相单层绕组无120相带连接法第五十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。三相双层绕组60相带三相单层绕组60相带第五十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n由于60度相带产生的合成电动势要比120度相带产生的合成电动势大，故一般采用60度相带。60度相带120度相带第五十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。mpZq2m为交流绕组相数，为交流绕组相数，三相绕组，三相绕组，m3。(5) 每极每相槽数每极每相槽数q第五十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 在电机制造过程中，构成交流绕组的基本单元一般不是导体而是线圈。线圈是

15、串联好的两根导体或多根导体，相应地称为单匝线圈或多匝线圈.(a)单匝线圈 (b) 多匝线圈 (c) 多匝线圈简易画法 y1 (6)线圈线圈：第五十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。单层叠绕组单层叠绕组A相展开图，并联支路数相展开图，并联支路数a=1。线圈组线圈组线圈组线圈组每相绕组中，相邻的线圈串联在一起，称为一个线圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q。(7)线圈组线圈组：第五十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 每相的各个线圈组的感应电动势有效值相等，相位同相或反相。采用串并联方式形成a条并联支路。a = 1a = 2单层绕组每相最大并联支路数 amax = p (极对数)

16、(10) 并联支路数并联支路数第五十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。(1)三相单层集中整距绕组三相单层集中整距绕组n三相绕组感应三相对称基波电动势U UUVV VW WW111222U1VWWU2V1122绕组空间位置转子绕组展开图(星形联接)4.3 三相单层绕组第五十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。nA B C三绕组等效整距线圈nEA EB EC 互差120时间电角度A B C三绕组互差120空间电角度n每相只有一个整距线圈，两根引出线 A X B Y C Z 星接或三角接 第五十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n由于每相只有一个集中整距线圈，定子上每个槽里只放一个圈边，因

17、此叫做三相集中单层整距绕组n感应电动势波形不理想，电枢表面空间没有充分利用第五十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。【例例】一台交流电机定子槽数一台交流电机定子槽数Z=36，极数，极数2p=4，并联，并联支路数支路数a=1，试绘制三相单层绕组展开图。，试绘制三相单层绕组展开图。步骤： 画槽电动势星形图； 分相； 构成线圈； 构成线圈组； 画绕组展开图。(2) 三相单层分布绕组三相单层分布绕组第六十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。首先计算定子相邻两槽之间的槽距电角113602 3602036pZ画基波电动势星形相量图 先假设定子槽里只放一根导体，并规定导体感应基波电动势的正方向出纸面为正。

18、36924Zp第六十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。按60相带法分相n根据基波电动势星形相量图，把相关槽里的导体分配到3个相里，从而连接成三相对称绕组n图中每 60相带中有3个槽导体，每相每极下的槽数36322 3 2Zqmp 第六十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。画绕组的连接图n将图沿轴剖开，展成一个平面n1， 2， 3槽和19，20，21槽属于A相带n10，11，12槽和28，29，30槽属于X相带nA与X相带之间相距180空间电角度n1和10 2和11 3和12连接成整距线圈n由于都属于A相（X也属于A相），可以互相串连，引出线A1X1 同理，得到A2X2第六十三页，编辑于星

19、期六：十五点 三十二分。分磁极第六十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。标注电动势方向第六十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。嵌线圈第六十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。构成线圈组第六十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。连接头和尾头尾头尾A1A2X1X2第六十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。单层叠绕组三相展开图，并联支路数单层叠绕组三相展开图，并联支路数a=1。第六十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。单层同心式绕组A相展开图，并联支路数a=1。n同心式绕组主要用于二极小型感应电机中n优点：下线方便，端部重叠层数较少，便于布置，散热亦好n缺点：线圈大小不等，绕制不便，端

20、部长第七十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n三相单层绕组的线圈数等于总槽数的一半；双层绕组是指定子上每个槽里能放两个圈边，每个圈边为一层，因此电机线圈的总数等于定子总槽数。n优点是线圈能够任意短距，对改善电动势的波形有好处4.4 三相双层绕组第七十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。【例例】一台交流电机定子槽数一台交流电机定子槽数Z=36，极数，极数2p=4，并联支路，并联支路数数a =2， y1=7，试绘制三相双层叠绕组展开图。，试绘制三相双层叠绕组展开图。步骤： 画槽电动势星形图； 分相； 构成线圈； 构成线圈组； 画绕组展开图。第七十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。计算槽距电

21、角3602 3602036pZ画基波电动势星形相量图 注意：双层绕组的基波电动势星形相量图，每个相量代表一个短距线圈的电动势，而不是导体电动势第七十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。按60相带法分相n将前图中的相量分成6等分，逆相量旋转方向上分别标注A,Z,B,X,C,Yn每相每极下的槽数36322 3 2Zqmp 第七十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。画绕组连接图n36根等长，等距的实线和相应的虚线n实线代表槽内上层的圈边n虚线代表槽内下层的圈边第七十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n根据给定线圈的节距，把属于同一线圈的上下层圈边连成线圈n如第1槽上层圈边与第8槽下层圈边相连

22、（中间相隔7个槽），成为第1线圈。n同样，把上层在第2槽的线圈叫做第2线圈，依此类推。n根据图中划分的相带，把属于同一相的线圈串连起来就构成一相的绕组。第七十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第七十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。双层叠绕组展开图(y1=7, a=2)。AXNSNS第七十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。双层叠绕组双层叠绕组A相展开图相展开图(y1=7, a=2)。双层叠绕组每相有2p（极数）个线圈组，可串可并每相最大并联支路数 amax = 2p首首首首尾尾尾尾第七十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。三相双层波绕组？1-(8)-19-(26)-2-(9)-2

23、0-(27)-3-(10)-21-(28)N1N1N1N2N2N210-(17)-28-(36)-11-(18)-29-(1)-12-(20)-30-(2)S1S1S1S2S2S2串或并第八十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。4.5 交流绕组小结（1 1）交流绕组与直流绕组的区别）交流绕组与直流绕组的区别n直流绕组：无头无尾闭合绕组，对外通过换向器和电刷连接，各支路在磁场中的位置不变，构成各支路的元件数目不变，但是元件号不断变化n交流绕组：对外连接点是固定的第八十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。（2 2）单层绕组和双层绕组的比较）单层绕组和双层绕组的比较单层绕组：q线圈数是槽数的一半，

24、绕线和嵌线工作少q每个槽只有一个线圈，无需层间绝缘q一般都是整距绕组，不易短距谐波削弱q电噪音和铁损耗较大q一般用于10kW小型电动机双层绕组：q线圈数等于槽数q各线圈尺寸一样，嵌线方便，可以灵活选择线圈节距，改善电磁性能和减少电噪音q一般用于大中型电机第八十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n单相绕组磁动势q单层集中相绕组的磁动势q单层分布相绕组的磁动势q双层短距分布相绕组的磁动势 n三相绕组合成磁动势基波n三相绕组合成磁动势谐波n圆形和椭圆形旋转磁动势n交流电机主磁通、漏磁通和漏电抗5 交流绕组磁场第八十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。（1 1） 单层集中相绕组的磁动势单层集中相

25、绕组的磁动势 u A相通交流电流i后，将产生一个2极磁场。 u 每根磁力线所构成的磁通闭合回路的磁动势均为iNc。 u 略去定、转子铁心中的磁阻，该磁动势消耗在两个气隙中，每个气隙中消耗的磁动势为iNc /2。u Z=6，p=1，三相单层绕组。q=1，相当于集中绕组，每相只有1个整距线圈。5.1 单相绕组磁动势第八十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 磁动势波形为矩形波。当线圈电流i随时间按正弦规律交变时，矩形波的高度为 u u 矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于电流的频率。 tINiNFysin222cccu 将气隙圆周展开，得到磁动势沿圆周的空间分布波形。 气隙圆周某点的

26、磁动势表示由该定子磁动势所产生的气 隙磁通通过该点气隙的磁压降。第八十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 将坐标原点取在线圈AX的中心线上，利用傅里叶级数将该磁动势波形展开为如下级数形式tINtINFFtfyyysin)2sin(9 . 0sin)2sin(22cos),(cccc, 5 , 3 , 1第八十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。tINFFFFFtftINtINFccyyyyyyysin.7cos715cos513cos31cos9 . 0.7cos5cos3coscoscos),(sin)2sin(9 . 0sin)2sin(227531, 5 , 3 , 1ccccu

27、 =1称为基波，=3，5，7.称为谐波。 u 在空间的任何一点，磁动势大小随时间按正弦规律变化。这种空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁动势称为脉振磁动势。第八十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 基波磁动势表达式tINFFtfyyysin9 . 0cos),(cc111幅值u 基波磁动势沿气隙圆周有p个完整的正弦波，极对数为p 例如Z=12，p=2的三相单层绕组。q=1，每相有2个整距线圈。第八十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。4极电机单层绕组（极电机单层绕组（q=1）的脉振磁动势）的脉振磁动势第八十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。（2 2）单层分布相绕组的磁

28、动势）单层分布相绕组的磁动势 u 以Z=18，p=1的三相单层绕组为例。每相有1个线圈组，q=3，每个线圈组有3个整距线圈。A1X1、A2X2、A3X3串联成一个线圈组，构成A相绕组。 u A相通交流电流i后，产生一个2极磁场。第九十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 采用磁动势迭加原理，三个线圈分别产生矩形波磁动势。磁动势波形一样，依次位移槽距电角1度。 u 各线圈磁动势的基波分量为空间分布正弦波，既是时间相量，又是空间向量u 磁动势空间矢量的长度代表幅值的大小，矢量的位置代表幅值所处的空间位置。 第九十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 将三个矩形波叠加起来，得到分布绕组磁动势波

29、形阶梯波阶梯波。 u 合成磁动势为脉振磁动势。 u 合成磁动势基波幅值位于线圈组的中心线上。 u 将坐标原点取在线圈组的中心线上，基波磁动势波表达式为cos),(11qqFtf第九十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 将各线圈的基波磁动势矢量相加得到分布相绕组磁动势基波矢量。 u 考虑到一般情况，对于q个线圈构成的线圈组，与线圈组电动势的推导相似，可推导出单层分布相绕组合成磁动势基波幅值为 2sin2sinsin9 . 02sin2sin111c1c1111qqktIkqNqqqFFqqyqu kq1为基波磁动势的分布系数第九十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。分布绕组磁势合成n线圈

30、组合成磁势n绕组分布系数1111sin2sin2qyyqqFqFqFKq1sin21sin2qqKq第九十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n线圈组合成磁势n绕组分布系数sin2sin2qvyvyvqvqvFqFqFKqv12sin2sinvqqvKqv1sin21sin2qqqKqq个分布线圈基波磁动势矢量几何和个分布线圈基波磁动势矢量代数和基波磁动势分布系数同样，对高次谐波磁动势sin2sin2qvyvqvyqvFqF KqFqv第九十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。Z=18，p=1的三相单层绕组为例。每相有1个线圈组，每个线圈组有3个整距线圈，q=3。1 360201812si

31、n2sinvqqvKqv13 20sin20.960203 sin2qK53 20sin520.217203 sin52qK73 20sin720.177203 sin72qK 第九十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。采用分布绕组特点n采用分布绕组后，线圈组基波、谐波磁势幅值均下降，下降比例等于分布系数n谐波磁势下降比例远大于基波n合成磁势较接近正弦波第九十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。（3 3）短距绕组的磁动势）短距绕组的磁动势第九十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。y11上122极距1下等效为整距绕组Fqm1下 Fqm1上Fqy1Fqm1上Fqm1下Fqy1)1 (1y短距

32、绕组磁势合成将短距绕组形成的磁动势看成是整距绕组磁动势的合成。第九十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。第一百页，编辑于星期六：十五点 三十二分。两个整距线圈磁动势幅值均为Fq1，相互间的位移为角。两矢量相加，得到短距绕组的磁动势11112cos22qqyFFF k11111(1)coscossin()2222qyyqyFykF基波磁动势短距系数代表采用短距线圈后磁动势比整距时打的折扣1cossin()22yvyk同样，对于高次谐波磁动势基波磁动势短距系数2qyFF k第一百零一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。短距系数特点n极距：一个磁极覆盖的范围n第一节距y1：一个线圈两个元件边的跨距

33、n短距角n短距系数n基波和谐波均被消弱，基波损失小于谐波n问题q若消除5次谐波y1应为多少？ q普通三相电机y1应取多少合适？)1 (1y)2sin(1ykyv11111(1)coscossin()2222qyyqyFykF1145y第一百零二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。基波磁动势绕组系数若绕组既是分布绕组又是短距绕组，则需打两个折扣wvqykk k谐波磁动势绕组系数111wqykk k（4 4）双层短距分布相绕组的磁动势）双层短距分布相绕组的磁动势 第一百零三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 以Z=18，p=1，y1=7的三相双层绕组为例。每相有2个线圈组，q=3，每个线圈组有

34、3个短距线圈。线圈A1X1、A2X2、A3X3成一个线圈组，线圈A4X4、A5X5、A6X6构成一另个线圈组。u A相通交流电流i后，产生一个2极磁场。第一百零四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 采用磁动势迭加原理， A1A6中电流单独作用，将A1A4、A2A5、A3A6分别看成是一个线圈，形成了一个单层整距分布绕组； X1X6中电流单独作用，将X1X4、X2X5、X3X6分别看成是一个线圈，形成另一个单层整距分布绕组。第一百零五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 两个单层分布绕组产生的磁动势如前面分析，均为阶梯波。第一百零六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 两个阶梯波合成即得

35、相绕组磁动势仍为阶梯波。第一百零七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 相绕组磁动势为脉振磁动势。第一百零八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 将两个单层整距分布绕组的基波磁动势矢量相加得到相绕组磁动势基波矢量。1111112cos22sin()22qqqyFFyFF k即第一百零九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 相绕组磁动势基波幅值u Fm1称为相绕组脉振磁动势的振幅，它表示相绕组脉振磁动势幅值的最大值11m 12 20.9wwNk INk IFppkw1=ky1kq1为基波磁动势绕组系数 I=aIc为相电流有效值 N= 为双层绕组每相串联总匝数 c2pqNacc11m 122

36、 2sin2 2sinsinwwpqNaIaktpNk ItFtp111111112222 22sinqyqywccFF kqFk kqFkqN It1wktIpNktFFwmsin9 . 0sin111第一百一十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。双层叠绕组双层叠绕组A相展开图相展开图(y1=7, a=2)。双层叠绕组每相有2p（极数）个线圈组，可串可并每相最大并联支路数 amax = 2p首首首首尾尾尾尾第一百一十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 将坐标原点取在相绕组轴线（即线圈组中心线）上，从而得到相绕组磁动势基波的表达式为 11m 1( , )cossincosftFFt第一百

37、一十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 对于相绕组磁动势中的次谐波，采用同样的方法可以推导出，当坐标原点取在相绕组轴线上，其磁动势的表达式 mm( , )sincos2 20.9wwftFtNk INk IFpp131,3,5,571( , )cos0.9coscos3311cos5cos7.sin57mwwwwwNIf tFkkkpkkt单相绕组磁动势的性质是脉振磁动势，它既是时间的函数又是空间角度函数； 基波、谐波的波幅必在相绕组的轴线上； 次谐波磁动势幅值与kw成正比，与成反比，因此可以采用短距和分布绕组来削弱高次谐波。 u 单相绕组磁动势特点 第一百一十三页，编辑于星期六：十五点

38、 三十二分。( , )sin() cos()1sin()sin()211sin()sin()22mmmmftFtFttFtFtff（5 5）脉振磁势分解）脉振磁势分解11111( , )sincos11sin()sin()22mmmftFtFtFtff第一百一十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。11111( , )sin()cos()222mmftFtFtn幅值只有原脉振磁动势的幅值的一半n为行波的表达式：q给定时间，磁动势在空间按正弦规律分布q随着时间推移，磁动势位置发生偏移0t3t脉振磁场中的正向分量脉振磁场中的正向分量23t22mk 223mk 2223mk 第一百一十五页，编辑于星

39、期六：十五点 三十二分。m22tk磁势最大值出现位置满足：把上式微分，可得行波速度mddt行波在电机里即为旋转波！第一百一十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。脉振磁场中的反向分量脉振磁场中的反向分量n与正向旋转磁场分量相似n只不过行波方向相反，即在电机内旋转方向相反111( , )sin()2mftFt( , )sin()mf tFt只要形如( , )cos()mf tFt均为行波第一百一十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n一个在空间按正弦分布的磁动势波，可以用一个空间矢量F来表示，矢量长短表示该磁动势的幅值，矢量的位置就在该磁动势波正波幅所在的位置。 磁动势的空间矢量表示磁动势的空

40、间矢量表示用空间矢量表示磁动势第一百一十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。1111111( , )sincos11sin()sin()2211cos()cos()2222mmmmftFtFtFtFttffFFF脉振磁场中的分量合成脉振磁场中的分量合成为什么两个旋转的磁动势，合成以后是一个空间位置不动的脉振磁动势？问题?第一百一十九页，编辑于星期六：十五点 三十二分。11111111( , )coscos11cos()cos()2211cos()cos()22mmmmmftFtFtFtFtFtffFFF演示动画第一百二十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n所有次数的空间谐波均存在n每次谐波

41、均可分解成两个大小相等、方向相反的圆形旋转磁场问题?如何仅保留一个方向的旋转磁场？第一百二十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u A、B、C三相对称绕组流过三相电流对称电流，设三相电流瞬时值表达式如下)240sin(2)120sin(2sin2CBAtIitIitIiu A、B、C每相绕组产生的磁动势均为脉振磁动势，其基波幅值位于各相绕组轴线上（1 1）解析法）解析法5.2 三相绕组合成磁动势基波第一百二十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 三相绕组轴线在空间相差120电角度，各相绕组磁动势基波空间相位差为120电角度。将空间坐标原点取在A相绕组的轴线上，于是三相绕组脉振磁动势基波的

42、表达式分别为)240)cos(240sin()()120)cos(120sin()(cossin)(1m1C1m1B1m1AtF, tftF, tftF, tf)240cos(50)()120cos(50)(cos)(901m1C1m1B1m1AF.fF.fFftt=90第一百二十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。)240cos(50)()120cos(50)(cos)(901m1C1m1B1m1AF.fF.fFftA1m 1B1m 1C1m 1210( )0.5cos( )cos(120 )( )0.5cos(240 )tfFfFfF A1m 1B1m 1C1m 1330( )0.5co

43、s( )0.5cos(120 )( )cos(240 )tfFfFfF )240)cos(240sin()()120)cos(120sin()(cossin)(1m1C1m1B1m1AtF, tftF, tftF, tf合成磁动势的幅值随时间向后推移且合成磁动势幅值所在位置为此时达到幅值的某相幅值的位置第一百二十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 三相合成磁动势基波表达式为1A1B1C1( , )( , )( , )( , )f tftftftm 113sin()2sin()FtFtm 1m 1m 1sincossin(120 )cos(120 )sin(240 )cos(240 )Ft

44、FtFtm 11m 11m 1111sin()sin()2211sin()sin(120 )2211sin()sin(120 )22mmmFtFtFtFtFtFt第一百二十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。11m 131.352WNkIFFpu F1为三相合成磁动势基波的幅值 u 这是一种行波，即三相合成磁动势基波在空间旋转，波幅不变。 1A1B1C11( , )( , )( , )( , ) =sin()f tftftftFt第一百二十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。u 三相合成磁动势基波旋转的电角速度和转速 )/(2dd1秒电弧度ftmin)/ r (6026011pfpn行波在

45、电机定子内环形成圆周运动动画演示第一百二十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。三相绕组（空间位置）n绕组空间三相对称：任意相旋转120度整倍数与另一相完全重合n三相2极单线圈绕组U、V、WU UUVV VW WW111222U1VWWU2V1122绕组空间位置转子绕组展开图(星形联接)（2 2）图解法）图解法第一百二十八页，编辑于星期六：十五点 三十二分。三相绕组电流（时间）n时间三相对称：一相电量波形，时间平移T/3的整倍数与另一相的波形完全重合n三相对称电流iiuiviwiu0t33三相电流波形)322sin()322sin()2sin(tIitIitIimvmvmu第一百二十九页，编辑

46、于星期六：十五点 三十二分。t =0时刻旋转磁场U UUV VVW WW111222t =Iu=Im0mwmvmuIiIiIi5 . 05 . 0iiuiviwiu0t33三相电流波形第一百三十页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 t =2/3时刻旋转磁场U UUV VVW WW111222t =Iv=ImmwmvmuIiIiIi5 . 05 . 0iiuiviwiu0t33三相电流波形第一百三十一页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 t = -2/3时刻旋转磁场U UUV VVW WW111222t =Iw=ImmwmvmuIiIiIi5 . 05 . 0iiuiviwiu0t33三相电流波

47、形图解法 旋转磁动势演示动画第一百三十二页，编辑于星期六：十五点 三十二分。（3 3）磁动势矢量合成法）磁动势矢量合成法1A1B1C1m 1m 1m 1m 11m 11m 11( , )( , )( , )( , )sincossin(120 )cos(120 )sin(240 )cos(240 )11sin()sin()2211sin()sin(120 )2211sin()sin(22mmmf tftftftFtFtFtFtFtFtFtFtF120 )tm 113sin()2sin()FtFt112233FFFFFFFF第一百三十三页，编辑于星期六：十五点 三十二分。n矢量合成法动画演示可以

48、看出：123112mFFFF123FFF、 、空间上依次相差120矢量和为0叠加后，只有正向分量，且幅值为132mF第一百三十四页，编辑于星期六：十五点 三十二分。三相对称绕组通入三相对称电流产生的三相合成磁动势基波是一个波幅恒定不变的旋转磁动势，其幅值等于每相脉振磁势振幅的32倍； 合成磁动势基波的转速与三相电流的频率和绕组的极对数有关； 当某相电流达到最大值时，合成磁动势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上； 电流在时间上经过多少角度，合成磁动势在空间上转过相同的电角度； 旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组轴线。改变电流的相序，则旋转磁动势改变转向。 三相绕组合成磁

49、动势基波的特点总结如下：第一百三十五页，编辑于星期六：十五点 三十二分。 【例】 一台三相异步电动机，定子采用双层短距叠绕组，Y联接，定子槽数Z=48，极数2p=4，线圈匝数Nc=22，节距y1=10，每相并联支路数a=4，定子绕组相电流I=37A，f=50Hz，试求 (1) A相绕组所产生的磁动势基波； (2) 三相绕组所产生的合成磁动势基波及其转速。解解 极距 槽距电角 每极每相槽数 每相串联匝数 481222 2Zp槽槽13602 3601548pZ48422 3 2Zqmp c22 2 4 22884pqNNa 第一百三十六页，编辑于星期六：十五点 三十二分。短距系数 分布系数 绕组系

50、数 (1) 每相脉振磁动势基波的振幅 1110sin()sin()0.96592122yyk1114 15sinsin220.9577154sinsin22qqkq1110.9577 0.96590.925wyqkk k1m 188 0.925 370.90.91355 A2WNkIFp第一百三十七页，编辑于星期六：十五点 三十二分。将空间坐标原点取在A相绕组的轴线上，A相绕组脉振磁动势基波的表达式为 三相合成磁动势基波幅值 合成磁动势基波的表达式为 合成磁动势基波的转速 A1m 1( , )sincos1355sincosftFtt1m 13313552033 A22FF11( , )sin