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1、10-1 交流电机的工作原理，对绕组的基本要求 10-2 三相单层分布绕组 10-3 三相双层绕组 10-4 交流绕组的感应电动势,第十章 交流电机的绕组和电动势,第十章 交流电机的绕组和电动势,基本要求： 1.了解交流绕组的基本概念 2.掌握利用电动势星形相量图分析三相绕组的方法 3.掌握三相单层分布绕组和三相双层叠绕组的连接规律 4.理解基波绕组因数的物理意义，掌握交流绕组基波电动势的计算,1.交流电机的基本工作原理,交流电机,1）同步电机的基本工作原理 结构 定子：定子铁心和三相对称交流绕组 转子：转子铁心和励磁绕组,10-1 交流电机的工作原理，对绕组的基本要求,同步发电机的工作原理：
2、给励磁绕组通以直流电流，电机中产生磁场；原动机拖动转子以恒速旋转，磁场与定子导体之间存在相对运动，定子绕组中感应产生交流电动势。,频率：,波形：取决于气隙磁密的波形,同步电机的转速,n1称为同步转速。,三相电动势波形,导体感应电动势,大小：,方向：用右手定则确定,2）异步电机的基本工作原理,结构 定子：定子铁心和三相对称交流绕组 转子：转子铁心和闭合的交流绕组,鼠笼型异步电动机,三相异步电动机的基本工作原理：,异步电机：nn1,定子三相绕组接三相对称交流电源，产生旋转磁场，产生转速为n1的气隙旋转磁场; 旋转磁场切割转子导体，产生感应电动势； 转子绕组中有电流流过； 转子载流导体和旋转磁场作用
3、产生电磁转矩，驱动转子以转速n转动。,2.对交流绕组的基本要求,（1）在导体数一定的条件下，能得到较大的基波电动势和基波磁动势。 （2）电动势和磁动势波形应尽量接近正弦波，即谐波分量较小。 （3）在三相电机中，三相绕组的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要彼此相等。 （4）用铜量少。 （5）具有足够的绝缘强度和机械强度， （6）运行中有较好的散热性能。 （7）制造工艺简单，维修方便。,3.交流绕组的分类,按相数：单相绕组、两相绕组、三相绕组、多相绕组 按槽内层数：单层绕组（等元件式、链式、同心式和交叉式）、双层绕组（叠绕组、波绕组） 按每极每相槽数：整数槽、分数槽,4.交流绕组的基本概念,1）线
4、圈 线圈是构成交流绕组的基本单元，它由一匝或多匝串联而成。,2）电角度,计量电磁关系的角度称为电角度。从电磁观点看，一对磁极占有的空间电角度为360。 空间电角度=极对数p空间机械角度,3）极距 一个磁极在定子铁心内圆表面所占的距离，通常用槽数或长度表示。,式中， Q为定子总槽数，D为定子内圆的直径。,或,4）线圈节距 y1 一个线圈的两个有效边在定子内圆所跨的距离，用所占槽数表示。,y1 长距绕组,5）槽距角 相邻两槽之间相距的空间电角度。,Q=36，2p=4,7）每极每相槽数q 每个极面下每相占有的槽数。 已知电机的总槽数Q、极对数p和相数m，则,6）相带 每相绕组在每个极面下连续占有的空
5、间地带。,60相带：将一个极面分成 3等份，每份占有60电角度。 120相带：将一对极面分成 3等份，每份占有120电角度。,10-2 三相单层分布绕组,单层绕组：每个槽内只放置一个线圈边，线圈数等于槽数的一半。 例10-1 一台三相交流电机，定子绕组为三相单层分布绕组，已知电机的极对数p=2，槽数Q=24，每相并联支路数a=1，试绘出其绕组展开图。,1.计算参数,槽距角,极距,2.绘制电动势星形相量图,每极每相槽数,13,16,14,17,15,槽导体电动势星形图（p=2，m=3，Q=24）,3.按60相带法分相,分相的原则：每相电动势最大，且三相电动势对称。,A相带： 1、2；13、14
6、X相带： 7、8；19、20,A,X,B,Y,C,Z,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24,4.绘制绕组展开图,单层绕组：每对极下属于一相的q个线圈按电动势相加的原则串联成一个线圈组。每相共有p个线圈组。,A相带： 1、2；13、14 X相带： 7、8；19、20,1）单层等元件式绕组,每相并联支路数a=1，属于A相的p个线圈组按电动势相加的原则串联，即按“尾接头”的方法相连。,每相并联支路数a=p，属于A相的p个线圈组按“头接头、尾接尾”的方法并联。,最大并联支路数amax= p,每相并联支路数a=2,1
7、）单层等元件式绕组,2）单层链式绕组,单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距都相同的线圈连接而成，适用于q=2、极数较多的小型异步电动机。,5.单层分布绕组的特点,每个槽内只有一个线圈边，线圈数等于Q/2。 每相有p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成。,每相串联匝数为 。,6.单层分布绕组的优缺点,槽内只有一个线圈边，嵌线方便。 无层间绝缘，槽的利用率高。 不能利用短矩来削弱电动势和磁动势中的高次谐波。,10-3 三相双层绕组,双层绕组：每槽中有两个线圈边，分为上下两层放置。线圈数等于槽数。 双层绕组的优点： （1）可采用短距，改善电动势、磁动势的波形； （2）线圈尺寸相同，便于制造； （3）
8、端部排列整齐，有利于散热和增加机械强度。 双层绕组的分类：叠绕组、波绕组 双层绕组的应用场合：10kW以上交流电机的定子绕组,例10-2 一台三相交流电机，定子绕组为双层叠绕组，定子槽数Q=36，极对数p=2，节距y1=7，并联支路数a=1，试绘制电动势星形图和绕组展开图。,1.计算参数,极距,槽距角,每极每相槽数,2.绘制电动势星形图,对于双层绕组，基波电动势星形相量图中的每一个相量代表各短距线圈的基波电动势相量。,Q=36，p=2，q=3，=20,3.按60相带法分相,A相带：线圈1,2,3； 线圈19,20,21 X相带：线圈10,11,12； 线圈28,29,30,19,20,A,X,
9、B,Y,C,Z,4.绘制绕组展开图,A相带：线圈1, 2, 3； 19, 20, 21 X相带：线圈10, 11, 12；28, 29, 30,y1=7,双层绕组：每相在每个极下属于同一相带的q个线圈串联起来组成一个线圈组。每相共有2p个线圈组。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36,4.绘制绕组展开图,最大并联支路数amax= 2p,每相并联支路数a=1，属于A相的2p个线圈组按电动势相加的原则串联，即按“头接头、尾接尾”的方法相连。
10、,5.双层叠绕组的特点,每个槽内放置上下两个线圈边，线圈数等于槽数Q； 每相有2p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成； 最大并联支路数amax=2p；,每相串联匝数 。,10-4 交流绕组的感应电动势,1.导体的基波电动势 2.整距线圈的基波电动势 3.短距线圈的基波电动势和基波节距因数 4.线圈组的基波电动势和基波分布因数 5.相电动势和线电动势 6.感应电动势中的高次谐波,1.导体的基波电动势,1）电动势的波形,取原点在转子上b=0处，则基波气隙磁密,假设t=0时，导体A位于=0处，则当时间为t时，导体A位于=t处，,2）电动势的频率,3）电动势的有效值,2.整距线圈的基波电动势,整距
11、线匝的基波电动势相量为,整距线匝基波电动势的有效值为,线圈有NK匝，则整距线圈基波电动势的有效值为,3.短距线圈的基波电动势及基波节距因数,短距线圈的节距用电角度 表示时，为,短距线匝的基波电动势为,短距线匝基波电动势的有效值为,线圈有 NK 匝，则线圈的基波电动势为,kp1的物理意义：线圈采用短距时，基波电动势比整距时应打的折扣。,式中， 称为基波节距因数。,4.线圈组的基波电动势及基波分布因数,每个线圈组都由q个在空间互差一个槽距角的线圈串联组成，线圈组的基波电动势为,式中，r为外接圆的半径。,线圈的基波电动势为,式中， 称为基波分布因数。,kd1的物理意义：绕组采用分布线圈时，基波电动势
12、比采用集中线圈时应打的折扣。,线圈组的基波电动势为,式中，qNK q个线圈的总匝数；,基波绕组因数。,kdp1的物理意义：考虑绕组的短距和分布影响时，绕组的基波电动势与整距集中绕组比较应打的总折扣。,5.相电动势和线电动势,1）单层绕组,每相有p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成，若并联支路数为a，则一相绕组基波电动势的有效值为,式中， 为单层绕组的每相串联匝数。,2）双层绕组,每相有2p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成，若并联支路数为a，则一相绕组基波电动势的有效值为,式中， 为双层绕组的每相串联匝数。,一相绕组基波电动势的有效值为,星形连接：,三角形连接：,3）线电动势,式中，N
13、1 为绕组的每相串联匝数。,6.感应电动势中的高次谐波,1）高次谐波电动势 谐波磁场的性质,极距,极对数,转速,谐波电动势的频率,槽距角,谐波电动势的有效值,式中， 为v次谐波绕组因数； v为v次谐波每极磁通量。,2）考虑谐波电动势时相电动势的有效值,计算表明：,3）谐波电动势的危害 电动势中如存在高次谐波，将使电动势波形变坏，产生很多不良影响： 电机的附加损耗增大，效率下降，温升增加。 高次谐波产生的电磁场对邻近的通讯线路产生干扰。 产生有害附加转距，造成电机运行性能变坏。,4）谐波电动势的削弱方法,通过减小kdpv或v可降低E v。,4）谐波电动势的削弱方法,采用短距绕组,取2K=v1，则
14、,采用节距 可消除v次谐波。,采用分布绕组 一般取2q 6。,当q=6时，kq1=0.9561，kq3=0.6440，kq5=0.1927。,改善主磁场的分布,利用三相绕组的联结来消除线电动势中的3次及其倍数次谐波,改善主磁场的分布,利用三相绕组的联结来消除线电动势中的3次及其奇次倍谐波 三相绕组采用Y接，可以消除线电动势中的3次及其奇次倍谐波。 三相绕组采用接，可以消除线电动势中的3次及其奇次倍谐波。但在闭合的三角形内部会产生3次及其奇次倍谐波环流，引起附加损耗，导致温升增加和效率降低。,小 结,1.对交流绕组的基本要求是在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)，电动势（磁动势）接近正
15、弦波，三相绕组的电动势（磁动势）对称。 2. 电动势星形相量图是分析交流绕组最基本的一种方法，先利用它分相，然后按电动势相加的原则连接绕组。 绕组的基本参数：,3.交流绕组的形式很多，通常小功率交流电机多采用单层绕组，功率较大的交流电机多采用双层短距绕组，以削弱高次谐波，改善电动势和磁动势的波形。,双层分布绕组的特点：每个槽内有两个线圈边，线圈数等于槽数；每相有2p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成；最大并联支路数amax=2p；每相串联匝数 。,单层分布绕组的特点：每个槽内只有一个线圈边，线圈数等于槽数的一半；每相有p个线圈组，每个线圈组由q个线圈串联而成；最大并联支路数amax=p；每相串联匝数 。,4.在正弦分布磁场下交流绕组的相电动势为,式中，N1为绕组的每相串联匝数。,基波绕组因数,
