电机学课件 第4章1

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)相带槽号极对AZBXCY第一对极下（1槽~18槽）1,2，34，5，67,8，910，11，1213，14，1516，17，18第二对极下（19槽~36槽)19，20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,361.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.tift3.tif3.波绕组图4-5波绕线圈的节距3.波绕组3.波绕组t1.tif3.波绕组图4-6三相双层波绕组中A相绕组的展开图(Q＝36，2p＝4)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.同心式绕组表格相带AZBXCY槽号23,24,1,23,4,5,67,8,9,1011,12,13,1415,16,17,1819,20,21,22图4-7单层同心式绕组中A相的展开图(2p=2,Q=24)2.链式绕组表格相带槽号磁极AZBXCY,36，12，34，56，78，910，11,12，1314,1516,1718,1920,2122,23,24,2526,2728,2930,3132,3334,35图4-8单层链式绕组中A相的展开图(Q=36,2p=6)3.交叉式绕组表格相带槽号磁极AZBXCY,35,36，12，3,45,6,78,9,1011,12,1314，15,16,17，18,1920,21,2223,24,2526,27,2829,30,3132,33,34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ν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qν23456∞10．9660．9600．9580．9570．9570．95530．7070．6670．6540．6460．6440．63650．2590．2170．2050．2000．1970．1917-0．259-0．1770．158-0．149-0．145-0．1369-0．707-0．333-0．270-0．247-0．236-0．21211-0．966-0．177-0．126-0．110-0．102-0．08713-0．9660．2170．1260．1020．0920．07515-0．7070．6670．2700．2000．1720．12717-0．2590．9600．1580．1020．0840．056190．2590．960-0．205-0．110-0．084-0．050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图4-20用斜槽来消除ν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(=τ=π4)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θs(以电角度计)的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线θs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θs(以电角度计)的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线θs处，各相的基波磁动势分别为图4-27t=0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)ωt=0时b)ωt=60°时c)ωt=120°时d)ωt=180°时e)ωt=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ν=3k(k=1,3,5,…),也即ν=3,9,15,…(2)当ν=6k+1(k=1,2,3,…),也即ν=7,13,19，…时(3)当ν=6k-1(k=1,2,3,…),也即ν=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)ωt=0时b)ωt=30°时c)ωt=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02.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μFe=∞。(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4-36a)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Φ、定子基波磁动势的幅值F1以及转矩角δ1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δ1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Φ=，而sinδ1=cosψ1，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