《Electric Machinery 电机学 英汉双语 教学课件 ppt 作者 刘慧娟 中文课件第3章 交流电机的共同理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Electric Machinery 电机学 英汉双语 教学课件 ppt 作者 刘慧娟 中文课件第3章 交流电机的共同理论（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 交流电机的共同理论,交流电机包括感应电机和同步电机。,这两类电机的转子结构、工作原理、励磁方式 和性能虽有所不同，但是它们的定子结构、电磁过 程以及机电能量转换的机理和条件却是相同的。,本章主要研究：,2. 在正弦分布的磁场下交流绕组的感应电动势；,交流绕组的连接规律;,3. 通有正弦电流时单相绕组的磁动势；,4. 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势。,转子励磁绕组中通以直流 电流If，产生沿电机内圆按 正弦规律分布的磁场。,3. 1 三相同步发电机的工作原理,原动机拖动转子以恒定转速 n旋转，定子各导体将感应 出正弦交流电势。,磁场(磁密)正弦分布,导体电动势,导体电动势相量,线圈电
2、动势,三相电动势,3. 2 交流绕组,(1)在一定的材料消耗下，力求得到较大的基波电动势和基波 磁动势。,(2)要求电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波，其中的谐波 成分尽量小。,(3)三相绕组的感应电动势必须对称，各相阻抗要平衡。,(4)绕组的绝缘和机械强度可靠，制造工艺简单，散热条件好， 维修方便。,2. 对交流绕组的具体要求是：,3. 2. 1 交流绕组的分类和构成原则,1. 交流绕组的分类,交流绕组: 按照相数分为单相和多相绕组；,按照槽内层数分为单层和双层绕组；,按照每极每相槽数分为整数槽和分数槽绕组。,3. 2. 2 关于交流绕组的基本概念,1. 电角度与机械角度 将空间一对磁极范围
3、所对应的空间角度定义为360电角度。,是构成交流绕组的单位，可为单匝或多匝。单层绕组的线 圈数等于槽数的一半；双层绕组的线圈数等于槽数。,2. 线圈,电角度=p机械角度,3. 极距,相邻两磁极轴线之间沿定子内 圆周的距离称为极距。,既可用长度表示，也可用槽数 表示，用槽数表示时，,一个极距对应于180空间电角度。,4. 节距, 长距 y1 = 整距 短距,5. 槽距角,相邻两槽之间的距离用电角度表示，称为槽距电角，简称槽距角。,同一线圈的两个线圈边之间的距离称为线圈的节距y1，通常用槽数来表示。,6. 每极每相槽数,绘出极数2p=4，槽数Q=36，相数m=3，并联支路数a =1 的等元件绕组展
4、开图。,3.2.3 三相单层绕组,单层绕组的每个槽内放置一个线圈边，线圈数等于定子 槽数的一半。,槽电动势星形图,分相,每极每相槽数,三相绕组展开图,3. 2. 4 三相双层绕组,为了改善电动势和磁动势波形，功率较大的交流电机 通常采用双层绕组。,虽然双层绕组分为叠绕组和波绕组两大类，但是本书 只介绍叠绕组的连接方法。,双层绕组通常为短距绕组，节距y1按5/6取整数。,绘出极数2p=4，槽数Q=36，相数m=3，节距y1=8的单叠 绕组展开图。,线圈电动势星形图,分相,绕组展开图,双层绕组展开图,3. 3 交流绕组的感应电动势,以下主要讨论气隙磁场为正弦分布时，交流绕组内的感应电动势有效值的计
5、算方法。,具体过程按照导体、线圈、线圈组和相绕组顺序进行。,3. 3. 1 导体电动势 考虑电动势的波形、频率和有效值。,波形为正弦波，频率为,有效值,3. 3. 2 线圈电动势和节距因数,电动势的有效值,1. 单匝整距线圈,2.单匝短距线圈,电动势的有效值,3. 若线圈为Nc 匝，则线圈电动势的有效值为：,3. 3. 3 线圈组电动势和分布因数,3. 3. 4 相电动势,1. 单层绕组的相电动势,每相有p个线圈组，而各线圈组电动势大小相等， 相位相同，若接成a 条并联支路，则相电势为：,2. 双层叠绕组的相电动势,相电动势统一公式：,每相有2p个线圈组，而各线圈组电动势大小相等， 相位相同或
6、相反，若接成a 条并联支路，则相电势为：,3. 3. 5 相绕组的谐波电动势,磁密波中，除基波分量外，还含有一系列高次谐波 分量，称为谐波磁场，其在绕组中产生的感应电动势称 为谐波电动势。,3. 4 感应电动机的工作原理,（一）旋转磁场 定子绕组通入三相对称电流。,三相感应电动机是利用电磁 感应原理进行工作的。,其定子上为三相对称绕组，接三相对称电源，转子为鼠笼绕组，由导条和端环组成。,当 ns n 0时，转子导条切割旋转磁场，感应转子电动势，产生转子电流，转子电流与旋转磁场作用产生电磁力，形成电磁转矩，使转子逆时 针方向旋转。,旋转磁场的转速称为同步转速。,（二）电磁转矩,3. 5 交流绕组
7、的磁动势,为了简化分析，假设： 电流随时间按正弦规律变化， (2) 槽内电流集中于槽中心处； (3) 气隙均匀，忽略齿槽的影响； (4) 不计铁心中的磁位降，磁路不饱和。,本节首先分析单相绕组中通过交流电流时产生的磁动势，再分析三相对称绕组中通过三相对称电流时产生的磁动势。,要分析交流绕组通过交流电流时产生的磁场的变化规 律，首先要分析交流绕组通过交流电流时产生的磁动势。,3. 5. 1 单相交流绕组的磁动势 脉振磁动势,1. 整距线圈的磁动势,设一个匝数为Nc的整距线圈，当其中通过正弦电流 ic = 2 Ic cos t 时，产生下图所示的磁场，其磁动势分布如右图所示。,整距线圈在气隙中形成
8、一个一正一负、矩形分布的磁动势波，矩形的幅值等于Ncic/2，若电流集中在槽中心内，则磁动势波经过载流线圈边时，将发生大小为Ncic的跃变。,整距线圈的磁动势沿着气隙的分布为周期性矩形波，将其 分解为基波和一系列奇次空间谐波。,其中，基波磁动势为,称为每极基波磁动势的振幅(即最大幅值) ， 位于线圈的轴线上。,为每极次谐波磁动势的振幅，其中的一个振幅位于线圈的轴线上。,2. 整距线圈组的磁动势,空间矢量：对于沿空间按正弦规律分布的物理量，可以用空间矢量来表示，空间矢量的长度代表该物理量的正波幅的大小，空间矢量的方向或位置代表该物理量正波幅所在的位置。,其幅值位于线圈组的轴线上。,线圈组磁动势呈
9、阶梯波分布，,其每极基波磁动势幅值为：,同理可得线圈组每极谐波磁动势的幅值,与电动势的情况相同，采用分布绕组可以削弱线圈组磁动势中的谐波磁动势。,线圈组磁动势为阶梯波，其表达式为,3. 相绕组磁动势,1) 单层绕组的磁动势,单层绕组的相绕组每极磁动势等于一个线圈组的每极磁动势。,相绕组基波磁动势的振幅和谐波磁动势的振幅分别为,2) 双层短距绕组的磁动势,相绕组基波磁动势的振幅和谐波磁动势的振幅分别为,(1)单相绕组的磁动势是脉振磁动势，脉振的频率与电流的频率相同，该磁动势波沿气隙圆周按阶梯形分布；在空间上可分解为基波磁动势和一系列奇次谐波磁动势。基波磁动势和谐波磁动势均为脉振磁动势，脉振的频率
10、与电流的频率相同，沿气隙圆周按正弦规律分布。,(2)基波磁动势振幅的位置在相绕线轴线上，各次谐波磁动势的振幅中的一个亦在相绕组的轴线上。,3. 5. 2 三相交流绕组的合成磁动势旋转磁动势,1. 三相交流绕组合成磁动势的基波,在三相对称绕组中通入三相对称电流：,1) 解析法,利用三角公式展开：,三相合成基波磁动势为,1） 波形随时间的变化,：当 t =0 时，iA=Im，f1(s，t)=F1coss， 此时正波幅位于 s= 0 处，与A相绕组轴线重合。,：当 t =120 时， iB=Im， f1(s，t)=F1cos(120 -s)， 此时正波幅位于 s= 120处，与B相绕组轴线重合。,：
11、当 t =240 时， iC=Im， f1(s，t)=F1cos(240 -s)， 此时正波幅位于 s= 240 处，与C相绕组轴线重合。,2) 转速：,3) 转向：基波合成磁动势的正波幅从电流相位超前的绕组轴 线转向电流相位滞后的绕组轴线，改变电流的相序 可改变其旋转方向。,对三相绕组合成磁动势的基波随时间和空间的变化规律归纳如下，当在三相对称绕组中通入三相对称电流时：,(1) 三相绕组合成磁动势的基波是一个旋转磁动势波，转速为同步转速。,(2) 当某相电流达到最大值时，合成磁动势的基波的正波幅与该相绕组的轴线重合，因此磁动势的转向是从电流超前的相绕组轴线转向电流滞后的相绕组轴线。改变电流的相序即可改变磁动势的旋转方向。,(3) 合成磁动势的基波幅值的大小不随时间变化 。,
