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1、电机学第篇共同理论2023/2/18河海大学电气学院1第1页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院2第二篇交流电机的共同理论第六章 交流电机绕组及其感应电动势第七章 交流绕组的磁动势第八章 电机的发热和冷却第2页，本讲稿共66页第六章 交流电机的绕组及其电势第一节 交流电机的基本作用原理第二节 交流绕组第三节 绕组的感应电动势第四节 谐波电动势及其削弱方法序第3页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院4序交流电机：*异步电机*同步电机同步与异步*旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流，形成旋转磁场（后面将详细讨论）。*电机实际转速n同步转速n0：同步电机*电机实际转速n
2、同步转速n0：异步电机第4页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院5第一节工作原理、分类、结构*先讲结构*后讲原理第5页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院6一、基本结构定子与转子两大部分1定子固定不动的部分铁芯、绕组、机坐(1)定子铁芯*希望较强的磁场*导磁好、损耗小*硅钢片*内表面开槽：放绕组第6页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院7(2)定子绕组线圈按一定规律放单层绕组、双层绕组(3)机坐第7页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院82.转子同步机与异步机转子不一样铁芯*外表面开槽绕组第8页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电
3、气学院9二、同步电机定子绕组：对称三相绕组转子：励磁绕组原理：励磁绕组通入直流电外力使转子旋转转子旋转磁场穿过气隙切割定子绕组三相感应电势当接负载电流电能输出第9页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院10异步电机原理在第九章讨论直流电机原理在第十六章讨论第10页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院11三、异步电机工作原理（放在第九章讨论较合适）1.静止起动三相电流=三相绕组=旋转磁场B1=B1切割转子导条（因为转子静止）=感应电势E2=感应电流I2（因为转子闭合）=B1与I2作用=电磁转矩T=当TT0TL时，转子从静止开始起动其中：T0空载转矩TL负载转矩第11页，
4、本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院122.平衡转动：n增加=转差减小：“切割”速度下降=E2 =I2 =T =当TT0TL时，转子匀速转动3.干扰：若TL=T0TLT时，失去平衡=转速n =转差=“切割”速度=E2 =I2 =T =直到TT0TL，自动重新平衡第12页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院13第二节交流绕组作用：*通入电流磁场（电动机）*磁场与定子绕组切割电势电流（发电机）分类（类型）*相数：单相、三相*层数：单层：同心式、交叉式、链式双层：叠绕组、波绕组*宽度：整距、短距*分布性：分布绕组、集中绕组第13页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电
5、气学院14交流绕组的基本述语电角度与机械角度*机械角度:电机圆周在几何上分成360*电角度:电势变化一个周期(360电角度)*关系:相带：每极面下每相绕组所占范围（60度）每极每相槽数：槽距角：相邻两槽之间的角度极距：相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离,定子内表面弧长（槽数）：节距（跨距）：线圈宽度 y*=称为整距，称为长距第14页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院15相带与电势星形图 第15页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院16交流绕组基本要求:1 三相基波电动势和磁动势要对称.2 力求获得较大的基波电动势和磁动势,尽量减小或消除谐波分量.3 提高导线的利用
6、率,提高制造的工艺性.第16页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院17绕组展开图表示定子绕组的联结关系主要两种：单层、双层画法：*计算极距*每极每相槽数*计算相带数、分相带相带数=总槽数/q 或=极数*3 即：6p*构成线圈*构成线圈组（极相组）*构成相绕组：反相串联（不同极面下线圈组的电流方向相反）第17页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院21三相双层绕组每绕组两有效边每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈）整距、短距绕组例：Q1=24，2p=4 =24/4=6q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=212个相带A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y第
7、21页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院2212 34 567 89 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1A1A3X2X4A4A2X1X3三相双层绕组（短距）（复制到画笔中讲，特别是极相组的连接）第22页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院23并联支路数条件:不改变和极相组内的电流方向第23页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院24关于绕组一些概念复习一根导体（一匝线圈的一个有效边）一匝线圈一个线圈一个极相组（一个线圈组）相绕组（一相绕组）电机绕组（三相绕组）并联支路数每相串联匝数极数极相组数（
8、每相）第24页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院25例：某交流电机定子绕组，Q1=24,2p=4,y=5/6，a=2,Ny=10，m=3求：一匝线圈有几个有效边一相线圈有几匝；一个极相组有几个线圈，几匝线圈一相有几个极相组，几个线圈，几匝线圈并联支路数每相串联匝数一个电机有几相、几个极相组、几个相绕组第25页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院26第三节、三相定子绕组的电动势（以三相同步电机为例）第26页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院271、整距绕组的电动势旋转磁场每极磁通切割定子绕组（以发电机为例）形成感应电动势（电势）(Ec 或 Ey)*N
9、y 线圈匝数有效值：比较：与变压器相同形式区别：磁通大小变化与相对运动“切割”第27页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院282、短距绕组的电动势短距短距线圈两边切割B产生的E不是正好差180度合成时，乘一系数或：短距线圈中交链的磁通减少电势减少。短距系数*短距系数相当于：短距短距线圈时的感应电动势与整距整距时的感应电动势相比需打的折扣。第28页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院293、线圈组的电动势分布绕组分布绕组各个线圈的感应电动势的大小、波形均相同，只是在时间上依次相差 电角度：相位不同。线圈组的总电动势为q个线圈电动势的和（相量和）则：分布系数：第29页，
10、本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院304.相电势(1)并联支路数与每相串联匝数*2p个极(双层绕组)每相有*2p个线圈组，每个线圈组有 q个线圈*2pq个线圈，每个线圈有Ny匝线圈*2pqNy匝线圈2p个线圈组可串联、并联（视需要）并联支路数：a每相串联匝数：单层绕组：第30页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院31(2)相电势双层绕组P100例第31页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院32电机的磁场并不完全为正弦分布（空间）付氏分解：基波与各次谐波 相电动势中 次谐波电动势有效值：对应的谐波绕组系数为：谐波电动势第32页，本讲稿共66页2023/2
11、/18河海大学电气学院335、线电势由三角形、星形接法决定（基波）注意注意：线电势中不含3k次谐波电势（因同相位）第33页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院34第四节 谐波电势的减小1.波形畸变率：2.谐波电势的减小*气隙磁场接近正弦波*短距绕组*分布绕组*Y连接（线电势中不含有3K次谐波）第34页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院35采用短距、分布绕组的目的交流绕组采用短距和分布的结构，可削弱每相电动势中的谐波分量，使电动势波得到改善。*虽短距系数、分布系数均不大于1，使基波电势减小*因为对谐波来说：对应的更小，所以具有明显的抑制作用。第35页，本讲稿共66页
12、2023/2/18河海大学电气学院36例：E1100,E3=30,E5=20,E7=10则谐波系数为若各谐波电动势的绕组系数分别为：kw10.96,kw3=0.3,kw5=0.2,kw7=0.1则对应的电动势分别为：E196,E3=9,E5=4,E7=1则谐波系数为第36页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院37思考题：64，65，66习题：62，63，67第37页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院38第七章 磁动势、磁场 第38页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院39一、单相绕组的磁势-脉振磁势1、整距绕组磁势*不计铁芯磁阻、气隙均匀*磁势为方波
13、，当线圈中电流为正弦交流电*则：第39页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院40一、单相绕组的磁势-脉振磁势傅立叶分解：第40页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院41一、单相绕组的磁势-脉振磁势傅立叶分解：得式（3-11）其中基波分量幅值第41页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院422、线圈组的磁势集中绕组与分布绕组q个线圈，相位不同：其中：分布系数第42页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院433、短距绕组双层绕组常采用短距绕组等效成两个单层整距绕组，但相距一个角：短距角两磁势相位不同，则其中：短距系数 短距角第43页，本讲稿共66
14、页2023/2/18河海大学电气学院444、相绕组磁势最后得：相绕组磁势：对一相绕组，线圈组的磁势就是相磁势，不同空间位置的F不能相互迭加。其中：*每相串连匝数：*绕组系数第44页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院45谐波磁势（了解）类似得谐波磁势其中第45页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院46空间位置固定、幅值随时间变化且以绕组中电流变化的频率脉振。所以称脉振磁场幅值的位置与绕组的轴线相重合基波磁通势的幅值：次谐波磁通势的幅值：谐波次数越高，幅值越小。单相绕组的磁通势的性质第46页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院47脉振磁势可分解为两个旋转
15、磁势因为：所以：脉振磁势可分解为两个旋转磁势每个的幅值为均为原来的12转速相同、转向相反第47页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院48二、三相绕组的磁势单相绕组通入单相电流脉振磁场三相绕组中流过三相电流三个脉振磁场三相共六个旋转磁势：第48页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院49六个旋转磁势合成*三个正向磁势相加为原来的三倍；*三个反向磁势彼此相差120度，相加（合成）为零。*基波：*幅值：（积化和差增加一个系数：1/2）第49页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院50旋转磁势的性质由知：*是旋转磁势*既是空间函数、又是时间函数*转速：*幅值大小不
16、变*某相电流达最大，旋转磁势幅值将转到该相绕组轴线处。*改变电流序，转向相反。第50页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院51如B、C相对调：即：所以：关于：改变电流相序，转向相反第51页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院52幅值：*但2k次谐波磁势幅值为零（空间互差120度）转速：转向：关于谐波磁势（一般了解）第52页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院53第四节 不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势第53页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院54不对称电流分析：、0正序电流正向旋转磁势:f+序序电流反向旋转磁势:f星形绕组：相电
17、流中无 I0，所以无f0f+与f+：*大小不一定相等；*转速相同；*转速相等椭圆形旋转磁势第54页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院55当FF_时，脉振磁势当F、F_之一为零时，园形旋转一般情况：FF_，但均不为零，椭圆形旋转磁势第55页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院56习题教程中的重点习题CH1：2,3,4,6,7,9,10,12CH2：1,2,4,5,6,11,15,16,19,25,26,27,29,31,32,33,36,40,42,47CH3:2,3,5,9,10,11,15,16,24,34,35CH4:1,2,3,16,18,24,28(看懂)
18、CH5:1,2,6,7,8,11,12,17(看懂)CH6:911选一，19,20,23/25,33,35,38CH7:1,2,3,5,7,8,10,14/16/17,18(看懂),19第56页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院57本篇要点：1.磁动势及磁场一个整距线圈的磁势分解：基波磁动势、谐波磁动势（了解）短距、分布的影响：空间矢量相加乘相短距系数、分布系数短距、分布的作用：削弱谐波*基波分量虽略有减少，但谐波磁通势可大大削弱。脉振磁通势：单相绕组磁通势为脉振磁通势旋转磁通势：三相绕组磁通势为旋转磁通势第57页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院582.旋转磁
19、通势三相绕组磁通势为旋转磁通势脉振磁势可以分解为两个大小相等、旋转方向相反的旋转磁通势。对称的三相绕组中三相电流三个脉振磁动势=合成反向磁通势互相抵消；正向磁通势同步转速的旋转磁通势（幅值、转速）建立的磁场就是旋转磁场 第58页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院593.感应电动势转转磁场对定，转于绕组之间存在相对运动以同步转速n0切割定子绕组以(n-n0)的转差切割定子绕组同时在定，转于绕组中感应电动势*（对这两种电动势分析的方法是一样的，我们主要分析了定子绕组电势）短距、分布绕组可以改善电动势的波形。相绕组电动势 第59页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院60
20、思考题：*7-1，7-3，7-5,7-9习题：*72，7-3(1)(3)，7-7第60页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院61第八章 电机的发热和冷却（了解，自习）第一节 电机的额定容量第二节 电机的发热第三节 电机的散热第61页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院62第一节 电机的额定容量输出输入损耗发热温度升高绝缘材料破坏寿命下降温升产生热量=发散热量，平衡额定容量：运行的各参量均在规定的数值是输出量：发电机：输出电功率 电动机：输出机械功率第62页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院63第二节 电机的发热一、电机损耗*基本铜耗*基本铁耗*机械损耗*附加损耗（杂散损耗）二、电机的发热理论 发电机的起始温升 发电机的最终温升第63页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院64温度计法电阻法埋置检温计法叠加法（双桥带电测温法）测定电机各部分温度的方法第64页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院65第三节 电机的散热电机冷却冷却方式*自冷却*自扇冷却*它扇冷却第65页，本讲稿共66页2023/2/18河海大学电气学院66第三篇 完 第66页，本讲稿共66页