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1、电机学-交流绕组和电动势第1页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势交流绕组的基本概念交流绕组的定义感应交流电的绕组叫交流绕组同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同，因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。第2页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势1 交流绕组的基本概念对交流绕组的要求1）良好的导电性能；2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势；3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相等；4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波
2、分量尽量小；5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好；6）制造工艺简单，检修方便。第3页，共97页，编辑于2022年，星期一首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定子内圆总槽数为Z，定子内圆直径为D第4页，共97页，编辑于2022年，星期一第5页，共97页，编辑于2022年，星期一第6页，共97页，编辑于2022年，星期一注意：空间电角度（弧度）和时间电角度（弧度）相等，没有区别。电机圆周的几何角度恒为360，这称为机械角度。从电磁观点来看，若电动机的极对数为p，则每经过一对磁极，磁场就变化一周，相当于360电角度。第7页，共97页，编辑于2022年，星期一第8页，共97页，编辑于2
3、022年，星期一5）极距 沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法：1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米；2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；3）用空间电角度表示；第9页，共97页，编辑于2022年，星期一线圈的节距6）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一般用槽数表示。如图8-3所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。整距绕组：y 短距绕组：y，端接较长，较少采用。第10页，共97页，编辑于2022年，星期一7）槽间角 相邻两槽相隔的空间电角度称为槽间角，用表示。当总槽数为Z
4、，极对数为p时，槽间角为 导体在空间上有相位差，造成了它在时间上有相同的相位差。第11页，共97页，编辑于2022年，星期一8、相带相带为了使绕组对称，通常令每个极面下每相绕组所占的范围相等，这个范围称为相带。即：每极下每相所占有的区域称为相带每极下每相所占有的区域称为相带。有600相带 和1200相带两种，一般采用600相带 当把各槽内导体感应的电势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个辐射星形图，称为槽电势星形图。每个极下每相所占有的区域称为相带。每个极下每相所占有的区域称为相带。第12页，共97页，编辑于2022年，星期一一般将每对磁极下的导体平均分给各相，每相绕组在每个极面下所连续占有的宽
5、度(用电角度表示)称为相带。8）相带称为60度相带绕组。每一极的电枢表面分为三等分，每相占一等份，每一等份为一个相带。因为每个磁极占有的电角度是180，所以对三相绕组而言，每相占有60的电角度，称为60相带。第13页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势一对极下有六个相带，为了获得三相对称电动势，各绕组在空间相隔120 度电角度，因此六个相带可依次命名为A、Z、B、X、C、Y，(a)为一对极电机的相带排列情况。(b)为两对极电机的情况。图中A与X，B与Y，C与Z相带的导体,处于不同极性的磁极下,相隔180度电角度，故电动势方向相反。(a)(b)60度相带的划分第14页，共9
6、7页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势2 三相单层绕组（1）单层绕组的特点单层绕组的每个槽内只有一个线圈边，因此，每一线圈需占用两个槽，整个绕组的线圈数等于总槽效的一半。由于每槽内仅放置一个线圈边，不需要层间绝缘，这就提高了槽的利用率，同时也没有层闻绝缘击穿的问题，增加了电机工作的可靠性，此外单层绕组嵌线也比较方便，但不能利用它来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在lOkW以下的电机中。第15页，共97页，编辑于2022年，星期一2、三相单层绕组（2）三相单层集中整距绕组三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相
7、绕组的匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差120 度空间电角度。例如一台p=1，m=3,q=1的电机，则每极每相槽数 q=Z/2pm=1(集中绕组)，电枢槽数Z=6，取节距y=Z/2p=3(整距),电动势规定正方向1）做槽电动势星形图第16页，共97页，编辑于2022年，星期一槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相对称电动势呢？可以作三相绕组电动势相量的方法来说明。因槽间角 电角度，若规定导体电动势穿出纸面为正，所示瞬间1槽导体电动势为正的最大，当转子转过 角后，2槽导体电动势才最大，因此2槽导体电动势落后于l槽导体电动势 60度电角度，这样依次作出相差 电角度的所有槽导体基波电动势相量，
8、所得的相量图称为槽电动势星形图。电动势规定正方向第17页，共97页，编辑于2022年，星期一槽电势星形图：1槽导体与4槽导体串联组成的整距线圈构成A相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽导体电动势的相量差，如图所示，由图可知三相绕组的基波电动势为三相对称电动势。第18页，共97页，编辑于2022年，星期一为了表示各线圈的位置和连接，通常采用所谓绕组展开图，它是把定子沿轴向剖开，然后把它展开，每一槽用一直线表示，槽上编以号码，按照节距连
9、成线圈，这就是 最简单的三相单层集中整距绕组展开图。2）三相单层集中整距绕组绕组展开图按照需要，三相绕组可以连成星形或三角形，星形联结；若接成三角形，则按AZ、BX、CY或AY、BZ、CX连接然后由A、B、C引出。第19页，共97页，编辑于2022年，星期一若连成单层绕组，其绕组排列如图所示。123456AXBYCZ第20页，共97页，编辑于2022年，星期一集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的电动势波形不好，而且由于绕组集中，运行时发热集中，散热不良，再加上电枢表面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。第21页，共97页，编辑于2022年，星期一2 三相单层绕组（3）三相单层整距分布绕组以例说
10、明绕组槽电动势星形图及展开图的作法：一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,m=3,绘制三相单层分布绕组的电动势星形图及绕组展开图。第22页，共97页，编辑于2022年，星期一1）作槽电势星形图第23页，共97页，编辑于2022年，星期一2 三相单层绕组1.作槽电势星形图规定电动势穿出纸面为正，则在图所示位置，1槽导体电动势为正的最大，依次作出其它槽导体的电动势相量，如图所示,由于是两对极，电动势星形重复两圈,一般地说,p对极电机，电动势星形重复p圈。第24页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势2 三相单层绕组2）分相所谓分相，就是按每极每相槽数q，把各槽电动势相量所属
11、的槽号具体分配到各个相，分相的原则是应使每相电动势最大，且三相电动势对称。第25页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势2 三相单层绕组2）分相以A相为例，由于q=2，故每个极下A相有2槽，整个电机A相共有8槽，若在第一个N极下取1、2槽作为A相带，为使合成电动势最大，应将第一个S极下的7、8槽也划归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则为X相带。第26页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势三相单层分布绕组1）画出槽展开图。即以24根等距直线表示24槽，并在旁边标以槽
12、号。2）根据槽电动势星形图，把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带，每个相带有q(2)个槽。3）把槽中导体连成线圈。单层绕组只能将不同极性下同一相的槽导体组成线圈，如A相只能把A相带与X相带的槽内导体连成线圈，在连接时，导体间连接的先后次序对合成电动势并无影响，因此连接方法有好几种。3）绘制绕组展开图第27页，共97页，编辑于2022年，星期一3.绘制绕组展开图(三相单层分布叠绕组)第28页，共97页，编辑于2022年，星期一2 三相单层绕组单层叠绕组：图中，A相带中的l槽和2槽导体分别与X相带的7槽和8槽导体组成两个整距线圈，它们串联后形成一个线圈组(也称极相组)。一般说，这种连接
13、，一个线圈组由 q个线圈组成，一对极每相有一个线圈组，p对极电机一相有p个线圈组，由于一个线圈组的q个线圈端部相叠，故称单层叠绕组。这种连接的端接长，费铜线。第29页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势（4）三相单层绕组的不同端接形式链式绕组：图 88中线圈的节距y5，即节距为l一6，端接较短，可节省铜线，常用于4极、6极及部分8极的小型电机，由于各线圈的捧列形如长链，故称链式绕组。同心绕组：两个线圈的节距不相等，它的特点是同一相线圈端部不交叠，布置和嵌线方便，常用于小型两极异步电机，由于是一个线圈套着一个线圈，同一组的几个线圈是“同心”的，故称同心式绕组。第30页，共9
14、7页，编辑于2022年，星期一链式绕组绕组的不同 端接方式三相单层链式绕组展开图（A相）第31页，共97页，编辑于2022年，星期一同心绕组绕组的不同 端接方式不同的端接形式会改变绕组的节距，但不会改变其感应电动势第32页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势2 三相单层绕组讨论：链式、同心式绕组，虽然线圈节距不等于整距，但由于各种连接形式只改变了同一相中各线圈边电动势相加的先后次序，所以它不影响相电动势的大小，仍算整距绕组。第33页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势2 三相单层绕组连接的原则是应使串联的线圈组电动势相加，而且各条支路的电动势应相等。
15、一相的各线圈组可以串联，也可以并联，或一半线圈组串联后再并联。若为串联，支路数a=1，为使线圈组的电动势相加，为顺向串联，即按“尾接头”连线，而反向串联，即按“尾接尾”或“头接头”接线。同一绕组，如用串联，则每相感应电动势可较大，允许通过的相电流小；如用并联，每相感应电动势减小，允许通过的相电流则增大。根据电压和电流的要求把一相的各个线圈组连成一相绕组 第34页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组双层绕组双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈边，线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边则放在相隔y槽的下层，如图8ll所示，对于双层绕组，整个电机的线圈数正好等于槽
16、数。双层绕组第35页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组1）可以选择有利的节距，并可同时采用分布的办法来改善电动势和磁动势波形。2）可以组成较多的并联支路。3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。所以现代10kW以上的三相交流电机，其定子绕组均采用双层绕组。双层绕组双层绕组的优点双层绕组的分类三相双层绕组有叠绕组和波绕组两种。第36页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组双层叠绕组首先进行计算：某交流电机定子绕组的Z24，p=2，m=3，采用短距，且y=5，（节距为16），试作出线圈电动势的星形图及绕组展开图。（
17、节距为16），第37页，共97页，编辑于2022年，星期一第38页，共97页，编辑于2022年，星期一 绘制线圈电动势相量图并分相第39页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组3.画绕组展开图1）把电枢展开，每槽以一实线表示线圈的上层边，一虚线表示线圈的下层边，并在实线旁标以槽号，然后把槽按极数等分成4份，如图所示。2）按电动势星形图把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带。注意这些相带只表示该相线圈上层边所在的槽。第40页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组3）绘制线圈电动势相量图 对于双层绕组，其线圈数等于槽
18、数，由于每个线圈两个边放在相距节距y的两个槽内，所以线圈电动势就是槽电动势星形图中相距y槽的两个相量的合成，所得线圈电动势相量图仍为相差 电角度的星形图，仅仅是相量长短不同以及因选择的节距不同相量图移动了一个不同的角度，由于本例有相同的槽数和极数，所以的槽电动势星形图也可看作线圈电动势星形图，只是每一相量的编号是该线圈上层边所在槽的号码。例如相量1是其上层边嵌于槽1的线圈的电动势相量。第41页，共97页，编辑于2022年，星期一做绕组展开图并分相（双层叠绕一相）第42页，共97页，编辑于2022年，星期一根据线圈的节距y5(节距为16)，把上、下层连成线圈。例如A相带第1槽的上层边和第6槽的下
19、层边构成一个线圈，第2槽上层边与第7槽下 层边构成一个线圈，这两个线圈串联形成一个线圈组。同样可作出以相其它相带的线圈组，一相共有2p个线圈组，本例 中一相有4个线圈组。同理可作出B、C相的线圈组(图中未画出)。第43页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组4）根据电压和电流的要求，把一相的线圈组串联或并联组成一相绕组。为了使线圈组的电动势相加，一相两相邻线圈组之间应反向串联，即采用“尾接尾，头接头的连接规律。图(a)为串联连接支路数a=l。图(b)为一半线圈组串联后再并联的连接示意图，其支路a=2。对于双层叠绕组，最大并联支路数等于线圈组数，而一相的线圈组
20、数等于极数，所以最大可能的并联支路数等于极数。第44页，共97页，编辑于2022年，星期一小结：第45页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组双层叠绕组图 三相双层绕组展开图（a=1）第46页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组双层叠绕组图 三相双层绕组展开图（a=1）第47页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势3 三相双层绕组双层叠绕组图8-12 三相双层绕组展开图（a=2）第48页，共97页，编辑于2022年，星期一例：例：一台三相四极36槽电机，试绘出槽电势星形图及划 分相带。第49页，共97
21、页，编辑于2022年，星期一1 1、绘槽电势、绘槽电势 星形图星形图第50页，共97页，编辑于2022年，星期一2 2、划分相带、划分相带 以A相为例，A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A相共有12个槽，为使合成电势最大，在第一个N极下取1 1、2 2、3 3三个槽作为A相带，在第一个S极下取1010、1111、1212三个槽作为X相带，1、2、3三个槽相量间夹角最小，合成电势最大，而10、11、12三个槽分别于1、2、3三个槽相差一个极距，即相差1800电角度，这两个线圈组（极相组）反接以后合成电势代数相加，其合成电势最大。同理将1919、2020、2121和2828、2929、3030也
22、划为A相，然后把这些槽里的线圈按一定规律连接起来，即得A相绕组。第51页，共97页，编辑于2022年，星期一在第一个N极下取1、2、3三个槽作为A相带，在第一个S极下取10、11、12三个槽作为X相带,第二对极下19、20、21作为A相带，28、29、30作为X相带。第52页，共97页，编辑于2022年，星期一 也可采用1200相带绕组。因1200相带合成电势较600相带合成电势小，所以一般采用600相带绕组。第53页，共97页，编辑于2022年，星期一绘制绕组展开图的步骤是：a、绘槽电势星形图 b、划分相带 c、把各相绕组按一定规律连接成对称三相绕组。四、绘四、绘制绕组展开图制绕组展开图 根
23、据线圈的形状和连接规律，双层绕组可分为叠绕组和波绕组两种叠绕组线圈波绕组线圈第54页，共97页，编辑于2022年，星期一1 1、叠绕组、叠绕组 两个相邻的线圈后一个叠在前一个上面称为叠绕组。例：绘制四极三相36槽的双层叠绕组展开图。绘制槽电势星形图和相带划分同上，按y1=8绘制相带A Z B X C Y第一对极1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18第二对极19，20，2122，23，2425，26，2728，29，3031，32，3334，35，36各个相带槽号分布 第55页，共97页，编辑于2022年，星期一叠绕组展开图第56页，共97页，编辑于202
24、2年，星期一 按相邻极下电流必须相反的原则，将各极相组连接起来，构成相绕组，图中实线为上层边，虚线为下层边。由由于于N N极极下下的的极极相相组组A A与与S S极极下下的的极极相相组组X的的电电动动势势方方向向相相反反，电电流流方方向向也也相相反，应将极相组反，应将极相组A A和极相组和极相组X X反相串联。反相串联。由于每相的极相组数等于极数，所以双层叠绕组的最多并联支路数等于2P如上例中有4极4个极相组，所以最多并联支路数 a=4实际支路数通常小于2P，且2P必须是a的整数倍。第57页，共97页，编辑于2022年，星期一第58页，共97页，编辑于2022年，星期一叠绕组的优点是叠绕组的优
25、点是:短距时能节省端部用铜及得到较多的并联支路，缺点是线圈组间连接线较长，在线圈组较多时浪费铜材，主要用于10千瓦以上的交流电机定子绕组。第59页，共97页，编辑于2022年，星期一 波绕组的连接规律是把所有N极下属于同一相的线圈依次串联起来组成一组，再把S极下属于同一相的线圈依次串联起来，组成另一组，根据需要将这两组串联或并联，就构成一相绕组。2 2、波绕组、波绕组 为合成节距 波绕组节距连续的链接P个线圈和，恰好在定子内圆绕行一周，为避免绕组闭合，人为地后退一个槽。第60页，共97页，编辑于2022年，星期一例：将前述三相四极36槽Y1=8的绕组绕成波绕组。绘制波绕组展开图的步骤与叠绕组完
26、全相同，该例题槽电势星形图和相带划分与前例完全相同，如右图所示第61页，共97页，编辑于2022年，星期一波绕组展开图第62页，共97页，编辑于2022年，星期一波绕组的优点是波绕组的优点是:减少线圈组间连接线，在整数槽波绕组中，无论多少极数，每相每条支路只需一根组间连线。并联支路最多只有2条。绑扎固定比较简单，故多用于多极水轮发电机定子绕组和绕线转子感应电机转子中。两条并联支路 第63页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势4 交流绕组的感应电动势 一、空间坐标的建立和气隙磁密的分布二、导体电动势三、线圈电动势四、线圈组的电动势五、相绕组的电动势和线电动势第64页，共97
27、页，编辑于2022年，星期一交流绕组的感应电动势由三个基本要素所决定:（1）电动势的频率（2）电动势的波形（3）电动势的大小。第65页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势4 交流绕组的感应电动势1.感应电动势的频率 图是一台两极凸极同步发电机模型。假设拖动磁极以恒定转速n相对于定子旋转，则定子导体切割主磁通而感应电动势，因N极磁通和S极磁通在导体中感应的电动势方向相反，因此每当转子转过一对磁极时，定子导体感应电动势交变一次.图8-16（a）同步发电机模型 若电机为p对极，则转子旋转一周，导体感应电动势即交变p次，转子每分钟旋转n转，所以导体电动势每分钟交变pn次，每秒钟交
28、变pn/60次，这就是频率，即第66页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势4 交流绕组的感应电动势2.感应电动势的波形和谐波分析根据电磁感应定律，定子导体a中感应电势的瞬时值为：式中：Bx为导体所在处气隙空间的径向磁通密度；l为导体在磁场中的有效长度；v为导体相对于磁场的线速度。第67页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势4 交流绕组的感应电动势2.感应电动势的波形和谐波分析在已经制成的电机中，导体有效长度l及线速度v 为定值，所以导体的感应电动势正比于气隙磁密，因而气隙磁密在空间的分布波形便决定了导体感应电动势随时间变化的波形。第68页，共97页，
29、编辑于2022年，星期一一、空间坐标的建立和气隙磁密的分布纵坐标：设在转子磁极的轴线上，气隙磁密由定子到转子为正横坐标：设在转子磁极表面上，顺时针为正，设转子逆时针旋转，以空间电角度表示为了作出气隙磁密分布曲线，可把电机沿轴向剖开，并展开成一直线,把纵坐标取在磁极中心线上，表示气隙磁密；横坐标放在转子表面，表示极面各点距坐标原点的距离，以电角度量度，整个坐标系统随转子旋转。第69页，共97页，编辑于2022年，星期一气隙磁密的空间分布及其展开式因为所以其中第70页，共97页，编辑于2022年，星期一基波磁密与谐波磁密间的关系：(1)励磁磁场的基波及各次谐波磁密在空间上按正弦规律分布（2）励磁电
30、流不变时，基波及各次谐波磁密幅值不变，且与转子一起旋转（3）若已知转子的转速，基波磁密的极对数，极距和槽间角，则：第71页，共97页，编辑于2022年，星期一二、导体电动势（1）瞬时值变量 为经过时间t时导体相对应于气隙磁密的位置第72页，共97页，编辑于2022年，星期一空间电角度等于时间电角度导体中的感应电动势为一时间函数（1）瞬时值第73页，共97页，编辑于2022年，星期一（2）有效值基波电势有效值：为基波每极磁通量，单位为Wb。同理，次谐波电动势的有效值为第74页，共97页，编辑于2022年，星期一三、基波匝电动势有效值绕组的基波节距因数：讨论：采用短距后，线匝电动势减小到整距时的
31、倍。第75页，共97页，编辑于2022年，星期一四、线圈基波电动势有效值线圈谐波电动势有效值对次谐波而言，短距线匝两导体间相隔的电角度为次谐波的节距因数：Nc匝的短距线圈基波电动势为：第76页，共97页，编辑于2022年，星期一讨论：节距因数的含义：节距因数=某次谐波非整距匝电势/该次谐波整距匝电势适当改变线圈节距可以有效改善感应电动势的波形例如：消除五次谐波电势，可令解得：但为了使基波电势削弱不多并节约材料，应取接近于整距的短距为宜。第77页，共97页，编辑于2022年，星期一讨论：1）短距后基波电动势减小得不多，而谐波电动势则有较大得削弱，故适当采用短距可以改善绕组电动势的波形。2）只要使
32、节距因数 ，可以消除某一次谐波电动势。3）如果要消除次谐波电动势，只要使线圈节距缩短次谐波磁场的一个 极距 ，即4）为了消除五次和七次谐波电动势，通常选用第78页，共97页，编辑于2022年，星期一24，0.9511，0.5878，25，0.9659，0.2588，0.258819.3185，60第79页，共97页，编辑于2022年，星期一五、线圈组的电动势及分布因数线圈组基波电动势有效值：假设p=2,m=3,Z=36,求得：q=Z/2pm=3即线圈组是由3个匝数为Nc的线圈串联而成画出线圈电动势相量所组成的正多边形的外接圆，确定圆心o，每个线圈的电动势相量所对的圆心角为第80页，共97页，编
33、辑于2022年，星期一而所以第81页，共97页，编辑于2022年，星期一五、线圈组电动势与分布因数称为绕组的基波分布因数。它表示q个分布线圈合成电动势与q个线圈集中在一个槽中时合成电动势的比值。其值恒小于等于1。综上所述：线圈组的基波电动势为基波绕组因数。它表示短距、分布绕组的基波电动势与该绕组为整距、集中绕组时的基波电动势的比值。第82页，共97页，编辑于2022年，星期一同理：对次谐波，相邻两槽在空间相差 电角度，故线圈组各线圈的谐波电动势相位依次相差 电角度。线圈组的次谐波电动势有效值为绕组的次谐波分布因数 绕组的v次谐波绕组因数。次谐波的节距因数：第83页，共97页，编辑于2022年，
34、星期一线圈组电动势与分布因数第84页，共97页，编辑于2022年，星期一线圈组电动势与分布因数第85页，共97页，编辑于2022年，星期一线圈组电动势与分布因数讨论：采用分布绕组也能削弱电动势中的高次谐波以改善绕组电动势波形。其原因主要是由于线圈分布后其电动势的合成为相量相加，合成电 动势要减小，基波和谐波各电动势相差的相位角不同，因之对合成电动势削弱的程度也不同，基波电动势削弱得少，而谐波电动势削弱得多。第86页，共97页，编辑于2022年，星期一1、导体谐波电动势有效值：2、线圈谐波电动势有效值：3、线圈组谐波电动势有效值：其中当v=1即为相应的基波电动势有效值第87页，共97页，编辑于2
35、022年，星期一六、相电动势和线电动势相电动势有效值对单层绕组：一相有p个线圈组，若连成a条支路则每条支路的线圈组数为p/a，因此一相的基波电动势为式中：为单层绕组一相的串联匝数（即一条支路的匝数）。第88页，共97页，编辑于2022年，星期一六、相电动势和线电动势相电动势有效值对双层绕组：一相有2p个线圈组，若连成a条支路则每条支路的线圈组数为2p/a，因此一相的基波电动势为式中：为双层绕组一相的串联匝数（即一条支路的匝数）。第89页，共97页，编辑于2022年，星期一考虑高次谐波电动势后，相电动势有效值为：同理，一相绕组的谐波电动势有效值为第90页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电
36、机的绕组和电动势六、绕组的相电动势和线电动势讨论：1）高次谐波电动势对相电动势的数值影响较小，但对电动势波形影响较大。2）当连接成星形时，线电动势中的三次谐波电动势抵消了，例如 ，三的倍数的各奇次谐波电动势也不可能出现在线电动势中。其余各奇次谐波的线电动势为相应电动势的 倍，因此，线电动势的有效值为 第91页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势4 交流绕组的感应电动势六、绕组的相电动势和线电动势3）当连接成三角形时，三次谐波电动势和三的倍数的各奇次谐波电动势在闭合的三角形内形成环流。该环流在三相绕组的三次谐波及三的倍数的奇次谐波阻抗上的压降与其电动势相平衡，因而在线电压中
37、也不会出现三次和三的倍数次谐波。由于环流将引起附加损耗，导致温升增加和效率降低，所以现代交流发电机多采用星形联结而不采用三角形联结。第92页，共97页，编辑于2022年，星期一交流绕组电动势与变压器电动势的区别：变压器电动势：交流绕组相电动势：第93页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势5 齿谐波电动势及其削弱方法齿谐波电动势前面的分析是认为定子铁心表面光滑无齿，谐波电动势是由于气隙磁场的空间分布为非正弦所产生的，这种谐波电动势可以通过改善气隙磁场分布、采用分布、短距绕组以及连接成星形来削弱。实际上电机的定子上开有槽，尤其是大型电机多用开口槽，气隙磁阻实际是不均匀的，槽口
38、处气隙磁阻大，磁力线集中于齿部，转子旋转时，磁场的分布形状就不再保持不变，而有周期性的变化，变化频率决定于槽数，这部分磁场在定子绕组中要感应出相应的电动势，此外。齿槽的存在也改变每极下气隙总磁导，使每极磁通量也发生周期性变化，这也会在定子绕组中感应电动势，这些电动势的频率都与定子每极的齿槽数有关，所有由于齿槽影响而产生的电动势统称为齿谐波电动势。第94页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势5 齿谐波电动势及其削弱方法齿谐波电动势图8-22中曲线1是每极槽数Z/(2p)=6时,含有齿谐波电动势的波形,如果把齿谐波分出来，就如图中曲线2所示其频率较基波大Z/p=2mq倍，又因
39、为各个齿面下的磁密的大小不等，所以齿谐波电动势的幅值不是定值，通过分析可知，齿谐波电动势可以看成是由(2mq1)及(2mq1)两种不同谐波频率的等幅正弦电动势的合成，故一般齿谐波电动势的次数为(2mq1)。实际齿谐波本身还不是正弦形，除了上面两个基本齿谐波以外，尚有更高次的齿谐波电动势，但其幅值已不大，较为次要，一般可略去不计。第95页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势5 齿谐波电动势及其削弱方法齿谐波电动势的削弱方法对2mq1次的齿谐波，其分布和节距因数分别为：即齿谐波的分布因数和节距因数与基波的相等。如果采用分布和短距绕组来削弱齿波电动势，则基波电动势将按同样的比例
40、被削弱，这显然是不行的，为此应采用其它措施来削弱齿谐波电动势。第96页，共97页，编辑于2022年，星期一交流电机的绕组和电动势5 齿谐波电动势及其削弱方法齿谐波电动势的削弱方法目前削弱电机中齿谐波电动势的办法主要有以下几种：1）采用磁性槽楔或半闭口槽，以减小由于槽口气隙磁导变化较大引起的齿谐 波。半闭口槽一般用于小型电机，磁性槽楔一般用于中型电机中。2）采用斜槽。这种方法用在中小型异步电机及小型同步 电机中，通常斜一个定子齿距图823是异步电机 转子槽斜一个定子齿距的情况。3）增大每极每相槽数q，q值越大，定子铁心内表面越接 近于光滑，齿谐波的次数就越高，其影响就较小。在 汽轮发电机里。由于极数少(一般2p2)，q值较大，所以齿谐波电动势影响不大，而水轮发电机，极数多，q值较小，齿谐波电动势影响较大。这时常采用分数槽 绕组来消弱齿谐波电动势。第97页，共97页，编辑于2022年，星期一