交流绕组及其电动势和磁动势

《交流绕组及其电动势和磁动势》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流绕组及其电动势和磁动势（83页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第 四 章 交 流 绕 组 及 其 电 动 势 和 磁 动 势 本 章 研 究 三 相 交 流 绕 组 的 构 成 和 连 接 规 律 ， 交 流 绕 组 的 感 应 电动 势 和 磁 动 势 ， 即 交 流 电 机 理 论 中 的 共 同 问 题 ， 亦 是 研 究 感 应 电 机和 同 步 电 机 原 理 的 基 础 。交 流 电 机 的 基 本 工 作 原 理第 一 节 交 流 绕 组 的 构 成 原 则 和 分 类第 二 节 三 相 双 层 绕 组第 四 节 正 弦 磁 场 下 交 流 绕 组 的 感 应 电 动 势第 五 节 感 应 电 动 势 中 的 高 次 谐 波第 六 节 通

2、有 正 弦 电 流 时 单 相 绕 组 的 磁 动 势第 七 节 通 有 对 称 三 相 电 流 时 三 相 绕 组 的 磁 动 势 交 流 电 机 的 基 本 工 作 原 理一 、 同 步 电 机 的 基 本 工 作 原 理lvbe 601pnf n 1， 转 子 转 速 。p， 转 子 极 对 数 。感 应 电 动 势 频 率 ：v， 导 体 与 磁 密 的 相 对 线 速 度 ， 单 位 m/s。L， 导 体 的 轴 向 长 度 ， 单 位 m。 b， 导 体 所 在 处 磁 通 密 度 ， 单 位 T。导 体 中 感 应 电 动 势 ：pfn 601 同 步 转 速 最 简 单 的 同

3、 步 发 电 机 模 型BA CXYZ1n NS1n fINS定 子定 子 绕 组转 子 二 、 异 步 电 机 （ 感 应 电 机 ） 的 基 本 工 作 原 理1nn电 动 机 运 行 时 ： pfn 601 旋 转 磁 场 转 速 n 1i， 导 体 中 感 应 电 流 ， 单 位 A。L， 导 体 的 轴 向 长 度 ， 单 位 m。 b， 导 体 所 在 处 磁 通 密 度 ， 单 位 T。libf 导 体 受 电 磁 力 作 用 ：转 子 转 速 n ?1nn 最 简 单 的 鼠 笼 型 异 步 电 动 机 模 型BA CY XZ1n nn 1 AB NS 定 子 三 相 对 称

4、绕 组 通 三 相 对 称 正 弦 电 流 ， 在 气 隙 中 产 生 正 弦 分布 的 旋 转 磁 场 ， 旋 转 磁 场 切 割 转 子 绕 组 导 体 ， 在 闭 合 的 转 子 绕 组 导体 中 产 生 感 应 电 流 ， 处 于 磁 场 中 的 转 子 导 体 将 受 到 电 磁 力 的 作 用 。 第 一 节 交 流 绕 组 的 构 成 原 则 和 分 类主 要 介 绍 交 流 绕 组 的 构 成 原 则 和 绕 组 的 分 类 一 、 交 流 绕 组 的 分 类单 层 有 同 心 式 绕 组 、 链 式 绕 组 和 交 叉 式 绕 组双 层 有 叠 绕 组 和 波 绕 组4、 绕

5、 法 分 ：3、 每 极 下 每 相 槽 数 分 ： 整 数 槽 绕 组 和 分 数 槽 绕 组2、 层 数 分 ： 单 层 、 双 层 和 单 双 层 混 合1、 相 数 分 ： 单 相 和 多 相 4、 绝 缘 要 可 靠 ， 机 械 强 度 、 散 热 条 件 要 好 ， 制 造 要 方 便 。3、 绕 组 的 铜 耗 要 小 ， 用 铜 量 要 省 。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 。1、 合 成 电 动 势 和 合 成 磁 动 势 的 波 形 要 接 近 于 正 弦 波 ， 数 量 上 以求 获 得

6、较 大 的 基 波 电 动 势 和 基 波 磁 动 势 。二 、 交 流 绕 组 的 构 成 原 则 交 流 绕 组 的 线 圈 节 距 ： pQy 21QS QS 21双 层 绕 组 线 圈 数 等 于 槽 数 ， 即 ， 单 层 绕 组 。,pQy 21 ,pQy 21 短 距 绕 组 。 长 距 绕 组 。 ， ， 整 距 绕 组 。021 ,pQy 1y 双 层 绕 组 ， 线 圈 的 一 条 边 放 在 某 一槽 的 上 层 ， 另 一 条 边 放 在 相 隔 一 个 线 圈节 距 的 另 一 槽 的 下 层 。 3、 端 部 形 状 排 列 整 齐 ， 有 利 于 散 热 和 增

7、强 机 械 强 度 。2、 所 有 线 圈 具 有 同 样 的 尺 寸 ， 便 于 制 造 。1、 可 以 选 择 最 有 利 的 节 距 ， 同 时 采 用 分 布 绕 组 ， 改 善 电 动 势 和 磁动 势 波 形 。双 层 绕 组 的 优 点 ： 机 座 定 子 绕 组 定 子 铁 心 一 、 槽 电 动 势 星 形 图 和 相 带 划 分 由 于 一 个 上 层 导 体 和 一 个 下 层 导 体 对 应一 个 槽 ， 所 以 用 槽 号 表 示 槽 内 导 体 ， 相 应 的槽 内 导 体 电 动 势 相 量 称 为 槽 相 量 ， 一 个 线 圈上 下 层 两 个 边 相 距 一

8、 个 节 距 且 反 串 联 ， 则 上层 槽 相 量 也 用 于 表 示 线 圈 相 量 。 一 台 三 相 四 极 36槽 的 电 机 定 子 来说 明 槽 内 导 体 的 感 应 电 动 势 和 属 于 各相 的 导 体 是 如 何 分 布 的 ：1、 槽 电 动 势 星 形 图 凸 极 式 同 步 电 机NNS S n 1918 19 27 36A B C oooQp 20363602360 一 对 极 相 当 于 3600电 角 度 ，4极 电 机 一 周 7200， 沿 定 子 表 面有 Q 个 槽 相 邻 两 槽 间 电 角 度（ 槽 距 角 ） ： 334362 pmQq每 极

9、 每 相 槽 数 q： 每 个 磁 极 下 每 一 相 绕 组 所 占 有 的 槽 12 193456789101112 13 14 15 16 1718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 AB CX YZ 把 每 个 极 下 每 相 槽 所 占 的 区 域 称 为 相 带 。 1） 60O相 带 绕 组2、 相 带 划 分 60O相 带 绕 组 以 A相 为 例 ， 在 每 个 极 下 A相 应 有q个 槽 ， 整 个 定 子 中 A相 应 有 2pq个 槽 。为 使 合 成 电 动 势 最 大 ， 在 第 一 个 N极下

10、选 取 相 邻 的 q个 槽 作 为 A相 带 ， q个槽 中 上 层 边 所 在 的 相 邻 线 圈 串 联 ， 构成 每 极 每 相 线 圈 组 （ 简 称 极 相 组 ） ，合 成 电 动 势 最 大 。 相 隔 1800在 第 一 S个极 下 选 取 相 邻 的 q个 槽 作 为 X相 带 ， q个 相 邻 线 圈 串 联 构 成 极 相 组 。 两 极 相组 电 动 势 相 反 ， 反 串 联 后 串 联 感 应 电动 最 大 。 相 应 的 在 相 隔 360 0和 5400的 第二 对 极 下 得 到 两 个 极 相 组 ， 最 后 把 四个 极 相 组 按 照 一 定 的 规

11、律 连 接 起 来 ，即 可 得 到 A相 绕 组 。12 193456789101112 13 14 15 16 1718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 AB CX YZ N1（ N2）S1（ S2） 把 每 个 极 下 每 相 槽 所 占 的 区 域 称 为 相 带 。 1） 60O相 带 绕 组2、 相 带 划 分 60O相 带 绕 组 同 样 的 规 律 ， 在 与 A相 相 距 1200和2400处 开 始 选 取 B相 和 C相 极 相 组 。 每 个 绕 组 的 每 个 相 带 各 占 600电 角 度 ，称

12、 为 600相 带 绕 组 。 通 常 的 三 相 绕 组 都 是600相 带 绕 组 .12 193456789101112 13 14 15 16 1718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 AB CX YZ N1（ N2）S1（ S2） 3212060 : EE60O相 带 绕 组 与 120O相 带 绕 组 合 成 电 动 势 比 ： 2） 120O相 带 绕 组 120O相 带 绕 组 12 193456789101112 13 14 15 16 1718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

13、30 31 32 33 34 35 36AB C在 一 对 极 下 连 续 取 2q个 相 邻 槽 作 为 相 带 ， 构 成 的 绕 组 称 为 1200相 带 绕 组 。 二 、 叠 绕 组三 相 四 极 36槽 的 双 层 绕 组 ， 为 例 。81 y3,9 q 画 展 开 图 时 ， 上 层 线 圈 边 用 实 线 表 示 ， 下 层 线 圈 边 用 虚 线 表示 ， 线 圈 端 接 线 上 方 的 号 为 线 圈号 ， 线 圈 号 和 线 圈 上 层 边 所 在 的槽 同 号 。 与 上 层 边 相 连 的 出 线 端称 为 首 端 ， 与 下 层 边 相 连 的 出 线 端 称

14、为 尾 端 。叠 绕 组 ： 相 邻 的 两 个 线 圈 中 ， 后 一 个 线 圈 紧 叠 在 前 一 个 线 圈 上 。83610291 ,., N S N S1A 1X 2A 2XA Xn 1a叠 绕 组 每 极 每 相 线 圈 串 联 时 ， 应 把 极 相 组 A和 极 相 组 X反 向 串 联 。连 接 规 律 ：A X 121110 1X 212019 2A 302928 2X 321 1Ae e e e一 条 串 联 支 路 时 的 联 结 用 途 ： 一 般 为 多 匝 ， 用 于 一 般 电 压 、 额 定 电 流 不 太 大 的 中 小 型 同 步 电 机 和 感 应 电

15、 机 的 定 子 绕 组 中每 台 电 机 的 最 后 几 个 线 圈 的 嵌 线 较 困 难 ， 极 间 连 线 较 长 ，在 极 数 较 多 时 相 当 费 铜 。缺 点 ： 短 距 时 端 部 可 以 节 约 部 分 用 铜 。优 点 ： 321 1A 121110 1X 212019 2A 302928 2XA X2a 321 1A 121110 1X 212019 2A 302928 2XAX4a 每 相 的 极 相 组 数 等 于 极 数 ， 所 以 双 层 叠 绕 组 最 多 并 联 支 路 数等 于 2p， 2p是 实 际 支 路 数 a的 整 数 倍 。两 条 串 联 支 路

16、 时 的 联 结 四 条 串 联 支 路 时 的 联 结 三 、 波 绕 组 2a 两 组 绕 组 并 联 ： 1a两 组 绕 组 串 联整 数 槽 绕 组 : 22 mqpQy 波 绕 组 ： 1y叠 绕 组 ：合 成 节 距 y： 相 串 联 的 两 个 线 圈 其 对 应 线 圈 边 之 间 的 距 离连 接 规 律 ： 把 所 有 同 一 极 性 下 属 于 同 一 相 的 线 圈 按 波 浪 形 依 次 串 联 起来 ， 组 成 一 组 ； 再 把 所 有 另 一 极 性 下 属 于 同 一 相 的 线 圈 按 波 浪 形 依 次串 联 起 来 ， 组 成 另 一 组 ； 最 后 把

17、 两 大 组 线 圈 根 据 需 要 串 联 或 并 联 ， 构成 一 相 绕 组 。绕 组 特 点 ： 线 圈 为 单 匝 线 圈 ， 两 个 相 连 接 的 线 圈 成 波 浪 形 前 进 。1S1N2S 2Ny1y 1y 对 于 3相 4极 36槽 ， y1=8的 波 绕 组 ， 。18 pQy波 绕 组 用 途 ： 多 极 、 支 路 导 线 截 面 较 大 的 交 流 电 机 （ 水 轮 发 电 机 ） ， 整 数 槽 波 绕 组 在 绕 线 电 机 转 子 中 应 用 较 多 三 相 双 层 绕 组 A相 绕 组 的 展 开 图S2 N1 S1 N22A 1A1X 2X 21 19

18、1202213 AA 21 102811291230 XX极 下21 NN , 极 下21 SS ,A X 一 、 导 体 的 感 应 电 动 势lvBE 11 21 导 体 感 应 电 动 势 有 效 值 。 tElvtBblve sinsin 111 2时 间 t时 ， =t， 感 应 电 动 势 ：设 t=0时 导 体 在 极 间 ， 转 子 角 频 率 为 。sin1Bb转 子 表 面 距 原 点 处 的 气 隙 磁 密 ：设 主 磁 场 在 气 隙 内 为 正 弦 分 布 ， 坐 标 取 在 转 子 上 ， 原 点 位 于 极 间 ， 为 距 离 原 点 的 电 角 度 。1、 感

19、应 电 动 势 波 形 气 隙 磁 场 正 弦 分 布 时 导体 内 的 感 应 电 动 势 t0360018001e1eb 1B v 定 子Nn NS1e 2、 正 弦 电 动 势 的 频 率211 lvBE pD2 fpDpnDnv 2260260 而 为 极 距 。3、 导 体 电 动 势 的 有 效 值中 国 ： ； 美 国 、 日 本 ：HzfN 50 HzfN 60电 机 为 一 对 极 ： ； 电 机 为 p对 极 ：60nf 60pnf 1111 22 lBlBlBav每 极 磁 通 ： 10 1 21 BtdtBBav sin一 极 下 平 均 磁 密 ： lfBflBE 1

20、11 222 从 而 有 ： 111 22222 ffE . 从 而 有 ： 1eb 1B v 定 子Nb 二 、 整 距 线 圈 的 电 动 势若 线 圈 有 NC匝 ： 111 4442 CCC fNENE . 有 效 值 ： 1111 2EEEEC 单 匝 线 圈 电 动 势 ： 1y整 距 线 圈 ： N 1E 1E S1y 1CEsn 1 11E 1E 1E O180 1CE 整 距 匝 电 动 势NSn 11 1整 距 短 距 端 部 匝 电 动 势N 1E 1E S1y 1y 1CEsn合 适 的 短 距 能 有效 地 抑 制 线 圈 谐波 电 动 势 。 op yk 9011

21、sin线 圈 节 距 因 数 ： 111 444 pCC kfNE .若 线 圈 有 NC匝 ： 111111 44490221802 po oC fkyEEE .sincos 一 匝 线 圈 电 动 势 有 效 值 ： 101111 0 EEEEEC 一 匝 线 圈 电 动 势 ：短 距 ： 对 应 节 距 ： pQy 21 ooy 1801801 三 、 短 距 线 圈 的 电 动 势 ， 节 距 因 数 NSn 11 1整 距 短 距 端 部1CE1E 1E1E 单 匝 线 圈 短 距 时 感 应 电 动 势 相 量 求 和21800 四 、 分 布 绕 组 的 电 动 势 、 分 布

22、因 数 和 绕 组 因 数 一 个 极 相 组 由 q个 嵌 放 在 相 邻 槽 内 的 线 圈 串 联 组 成 ， 它 们 在 切割 磁 力 线 时 相 位 依 次 相 差 角 ， 。 每 极 每 相 绕 组 的 合 成 电动 势 应 为 q个 线 圈 的 电 动 势 相 量 的 相 量 和 。qo601qE 60O相 带 双 层 定 子 绕 组 60O相 带 绕 组 12 193456789101112 13 14 15 16 1718 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 AB CX YZ 2221 qRAQADEq sin

23、 22222 11 sinsin CC ERRAQE q个 线 圈 的 电 动 势 相 量 组 成 的 正 多 边 形 外 接 圆 ：111 22 Cqd qEEq qk sinsin绕 组 的 基 波 分 布 因 数 ： 11111 2222 dCCCq kqEq qqEqEE sinsinsinsin 极 相 组 的 合 成 电 动 势Q 0 R q QA B CD 1qE1cE 2cE 3cE 111 dpw kkk 基 波 绕 组 因 数 11 111111 444 444 wC dpCdCq kqNf kkfNqkqEE . .极 相 组 电 动 势 ： 111 dCq kqEE 1

24、11 444 pCC kfNE .若 线 圈 有 NC匝 ： CqN 极 相 组 的 线 圈 匝 数 五 、 相 电 动 势 和 线 电 动 势1、 相 电 动 势 每 相 线 圈 数 ： 若 每 线 圈 为 NC， 每 相 绕 组 共 有 匝 。并 联 支 路 数 为 a， 串 联 支 路 极 相 组 数 为每 相 绕 组 的 每 条 支 路 总 串 联 匝 数 为 ： CqNapN pqmSpqmQ ,2 pq CpqN ap单 层 绕 组 11111 444444 wwc fNkkqNfapE . 五 、 相 电 动 势 和 线 电 动 势1、 相 电 动 势 每 相 线 圈 数 ： 若

25、 每 线 圈 为 NC， 每 相 绕 组 共 有 匝 。并 联 支 路 数 为 a， 串 联 支 路 极 相 组 数 为每 相 绕 组 的 每 条 支 路 总 串 联 匝 数 为 ： CqNapN 2pqmSQ 2 pq2 CpqN2 ap2双 层 绕 组 11111 4444442 wwc fNkkqNfapE . 11 EEL 三 角 形 联 结 ： 11 3 EEL 三 相 对 称 绕 组 星 形 联 结 ：2、 基 波 线 电 动 势 111 444 wfNkE .从 而 一 相 的 电 动 势 ： 242482 pQ 832482 pmQq oooq 5786060 .9660902

26、4209011 .sinsin oop yk 95602578 2578221 .sin .sinsinsin ood q qk 例 ： 习 题 4-15 三 相 两 极 50H z同 步 发 电 机 ， 定 子 槽 数 Q =48， 每 槽 内 有 两 根 导 体 ，支 路 数 a=1， 节 距 y1=20， 双 层 绕 组 ， 星 形 联 结 ， 。 求 ： 定 子 基 波 绕 组 因 数 和 空 载 相 电 动 势 、 线 电 动 势 。解 ： Wb1111 . 绕 组 因 数 ：每 相 串 联 匝 数 ：相 电 动 势 ：线 电 动 势 ： 923095609660111 . dpw

27、kkk VfNkE w 363911192301650444444 111 . 1618122 CqNapN VEEL 6303363933 11 dtdeBlve 或 第 五 节 感 应 电 动 势 中 的 高 次 谐 波 隐 极 式 同 步 电 机 凸 极 式 同 步电 机 NNS S 同 步 电 机 的 主 机 磁 场 在 气 隙 中 不 一 定 是 正 弦 分 布 ， 因 此 绕 组 中 有谐 波 存 在 ， 本 节 主 要 介 绍 各 种 谐 波 的 特 点 ， 以 及 为 消 除 或 减 小 谐 波 所采 用 的 几 种 典 型 的 方 法 。 dvpvwv kkk V次 谐 波

28、绕 组 因 数 ： vwvvv NkfE 444.谐 波 电 动 势 有 效 值 ： lB vvv 2V次 谐 波 磁 通 量 ： vfpnvnpf svvv 6060谐 波 电 动 势 频 率 ： svvv nnvvpp , 谐 波 磁 场 随 主 极 以 同 步 转 速 在 空 间 旋 转 ，主 极 磁 场 的 分 布 与 磁 极 中 心 线 对 称 ， 谐 波 次 数 为 奇 次 ， ,., 7531v1、 主 极 谐 波 电 动 势一 、 高 次 谐 波 电 动 势 1NN3 3N5N 3S 5S5S 3N5N 5N opv vyk 901sinV次 谐 波 节 距 因 数 ： 电 角

29、 度 表 示 基 波 节 距 y1， V次 谐 波 节 距 。1vy 2222 vq qvvq qvkdv sinsinsinsin V次 谐 波 分 布 因 数 ：V次 谐 波 磁 场 ， 转 子 一 周 为 ， 相 邻 线 圈 相 距 。2vp v开 槽 后 的 气 隙 磁 场 分 布定 子 开 槽 后 单 位 面 积 下 的 气 隙 磁 导主极 气 隙磁 导2、 齿 谐 波 电 动 势 在 每 极 每 相 槽 数 q为 整 数 的 电 机 中 ，存 在 的 谐 波 。121 mkqpQkv 由 于 定 子 内 表 面 开 槽 ， 气 隙 磁 导 有谐 波 ， 气 隙 存 在 磁 导 齿

30、谐 波 dvpvwv kkk 12222 212 212212 21222 ddv kq qmqkq mkq mqmkqq mmkqmkqq qmkqvq qvk sinsinsinsin sinsinsinsinsinsin 11111 1111 9022 2222 1290 poopv kyyyky ymkqyymkqvyk sinsinsin sinsinsinK 2时 ， 叫 高 阶 齿 谐 波 。k=2时 ， ， 叫 二 阶 齿 谐 波 。1412 mqpQvk=1时 ， ， 叫 一 阶 齿 谐 波 。121 mqpQv 凸 极 同 步 电 机 齿 谐 波 特 点 ：4） 转 子 有

31、 效 极 弧 的 宽 度 不 是 定 子 齿 距 的整 数 倍 ， 则 主 极 移 动 时 ， 定 子 绕 组 中 的 齿 谐 波 电 动 势 进 一 步 增 大 。3） 转 子 有 效 极 弧 的 宽 度 等 于 定 子 齿 距 的整 数 倍 ， 主 极 磁 场 在 定 子 开 槽 前 已 含 有 次 谐 波 时 ， 定 子 开 槽后 ， 定 子 绕 组 中 齿 谐 波 电 动 势 比 不 开 槽时 增 大 很 多 倍 。 121 mkqpQkv2） 转 子 有 效 极 弧 的 宽 度 等 于 定 子 齿 距 的 整 数 倍 ， 且 主 极 磁 场 在定 子 开 槽 前 为 正 弦 分 布

32、时 ， 定 子 开 槽 后 ， 定 子 绕 组 感 应 电 动 势 中不 会 有 齿 谐 波 。 定 子 开 槽 后 单 位 面 积 下 的 气 隙 磁 导主极 气 隙磁 导转 子 有 消 极 弧1） 齿 谐 波 具 有 和 基 波 同 样 的 绕 组 因 数 3、 计 及 谐 波 时 相 电 动 势 和 线 电 动 势三 倍 次 谐 波 消 耗 于 绕 组 压 降 上 ， 线 端 不 会 出 现 三 倍 次 谐 波 电 动 势 。333333 33 ZIEZEI 或, 三 及 三 倍 次 谐 波 电 动 势 之 和 在 闭 合 的 三 角 形 回 路 中 形 成 环 流 ，3I2） 三 相

33、绕 组 接 成 三 角 形 . 2725213 EEEEL1） 三 相 绕 组 接 成 星 形 . 27252321 EEEEE相 电 动 势 有 效 值 ： 三 角 形 联 结 时 回 路 三 次 谐 波 环 流31 BB ee 31 AA ee 31 CC ee 3i.272521 EEEEL 3） 线 路 中 谐 波 对 邻 近 通 讯 线 产 生 干 扰 。2） 发 电 机 自 身 杂 散 损 耗 增 大 ， 效 率 下 降 ， 温 升 升 高 。1） 发 电 机 的 电 动 势 波 形 变 坏 ， 降 低 供 电 质 量 ， 影 响 用 电 设备 运 行 性 能 。4、 谐 波 的

34、危 害 二 、 消 弱 谐 波 电 动 势 的 方 法 vwvvv NkfE 444.1、 采 用 短 距 绕 组 ；2、 采 用 分 布 绕 组 ；3、 改 善 主 极 磁 场 分 布 。对 于 主 极 谐 波 电 动 势对 于 齿 谐 波 电 动 势4、 采 用 斜 槽 ；5、 采 用 分 数 槽 绕 组 ；6、 其 他 措 施 ： 改 善 齿 槽 形 状 尺 寸 。 为 消 除 第 V次 谐 波 ， 只 要 选 用 比 整 距 短 的 短 距 线 圈 即 可 。v1一 般 取 则 ：12 vk vy 111opv yvk 901sin谐 波 节 距 因 数 ： ,., 321218090

35、 11 kvkykyv oo 则 有 ：0pvk令适 当 的 选 择 线 圈 的 节 距 ， 使 得 某 一 次 谐 波 的 节 距 因 数 等 于 或 接 近 于 0。1、 采 用 短 距 绕 组 vwvvv NkfE 444. 用 短 距 的 办 法 消 除 5次 谐 波1y 541 y 55N 5N5N5S 5S 5S V次 谐 波 的 节 距 因 数pvk 0.1 5.0 5.0 0.1 0 0.1 9.0 8.0 7.0 1y1v 5v 7v76 5465 在 v次 谐 波 磁 场 中 ， 比 整 距 缩 短 的 线圈 的 两 条 圈 边 总 是 处 在 同 一 极 性 的 相 同

36、磁场 位 置 下 ， 因 此 就 整 个 线 圈 来 说 ， 两 条 线圈 边 的 v次 谐 波 电 动 势 相 抵 消 ， 这 是 短 距消 除 谐 波 的 实 质 。 1 2、 采 用 分 布 绕 组交 流 电 机 一 般 都 选 用 。26 q ， q越 大 ， 抑 制 谐 波 电 动 势 效 果 越 好 。22vq qvk dv sinsin V次 谐 波 分 布 因 数0.15.05.0 0.1 0 5 10 15 qdvk 1v 3v 5v 7v但 ： q高 时 ， 总 槽 数 增 加 ， 槽 变 小 ，加 工 槽 、 下 线 均 困 难 ， 会 增 加 成本 。 q6时 ， 下

37、降 已 不 明 显 。dvk 2） 隐 极 同 步 发 电 机 ： 改 善 励 磁 绕 组 的 分 布 ， 使 主 极 磁 场 在 气 隙 中 接 近于 正 弦 分 布 。 一 般 励 磁 绕 组 下 线 部 分 与 极 距 之 比 选 在 0.7 0.8的 范 围 。1） 凸 极 电 机 ： 改 变 主 极 极 靴 外 形 ， 改 善 气 隙 磁 场 分 布 ， 削 弱 。 主 极 极 靴 宽 度 和 极 距 的 比 值 为 0.7 0.75， 。v51.minmax 3、 改 善 主 极 磁 场 分 布 4、 采 用 斜 槽 c 221 c cksk sin用 导 体 斜 过 的 距 离

38、C表 示 ： 222201 sinsinsinlim, q qk qsk基 波 斜 槽 因 数 ： 将 定 子 表 面 槽 斜 过 一 个 电 角 度 。 槽 内 导 体 可 看 作 q个 短小 导 体 的 串 联 ,由 于 槽 在 空 间 是 斜 的 ,q 个 短 直 导 体 串 联 后 构 成局 部 分 布 绕 组 。 把 谐 槽 导 体 看 作 为 无 限 多 根 短 直 导 体 的 串 联c 斜 槽 主 要 用 于 中 小 型 电 机 。ztmqc 22一 般 取 ： 12 2 mqc 消 除 齿 谐 波 需 ： 12 mqv对 于 一 阶 齿 谐 波 ， 2222 cv cvv vk

39、skv sinsin V次 谐 波 斜 槽 因 数 ： （ V次 谐 波 ， 变 为 v） C=2V时 导 体 内 V次 谐波 电 动 势 互 相 抵 消vN vSv2ve V次 谐 波 斜 槽 因 数0.15.00 1 21v 3v 5v7v9vskvk vvccv 222 即要 消 除 V次 谐 波 ， 只 需 ，0skvk 5、 采 用 分 数 槽 绕 组分 数 槽 绕 组 一 般 用 于 多 极 低 速 同 步 电 机 。12 mqv q=分 数 ， 一 般 都 是 分 式 或偶 数 ， 而 主 极 磁 场 中 仅 含 有 奇 次 谐 波 ，不 存 在 空 间 附 加 磁 导 的 “

40、调 制 、 放 大 ”作 用 ， 从 而 避 免 了 电 动 势 波 形 中 出 现 齿谐 波 电 动 势 。 每 极 每 相 槽 数 为 分 数 时 的 绕 组 称 为 分 数 槽 绕 组 。pmQq 2 . AB CX YZ 123456 7 8 9 分 数 槽 绕 组 基 波 电 动 势 星 型 相 量 图dcbmpQq 2分 数 槽 绕 组 ： 000 40183602360 Qp 211232 182 mpQq例 如 ： 一 台 三 相 电 机 定 子 ： Q =18， p=2， y1=3， a=1， 双 层 短 距 绕 组 。分 数 槽 绕 组 的 一 对 极 下 一 相 绕 组

41、展 开 图A X 221 sinsin q qkd 22 sinsin vq vqkdv 分 数 槽 绕 组 分 布 因 数 的 计 算 （ 把 两 极 下 的 线 圈 集 中 到 一 极 下 ） ： 分 数 槽 绕 组 相 电 动 势 有 效 值 的 计 算 方 法 与 整 数 槽 绕 组 一样 ， 只 是 绕 组 因 数 的 计 算 方 法 有 所 不 同 。cbddqq 令 ： 每 极 每 相 槽 数 q060相 邻 向 量 夹 角 AB CX YZ 123456 7 8 9分 数 槽 绕 组 一 对 极 下 基 波 电 动 势 星 型 相 量 图 6、 其 他 措 施2） 采 用 整

42、数 槽 绕 组 、 直 槽 的 中 、 大 型 同 步 发 电 机 中 ， 选 择 转 子上 阻 尼 绕 组 节 距 t2的 办 法 来 削 弱 齿 谐 波 ， 使 12 80750 yt . 1） 小 型 电 机 中 采 用 半 闭 口 槽 ， 中 型 电 机 中 采 用 磁 性 槽 楔 ， 减 小开 槽 引 起 的 气 隙 磁 导 变 化 和 齿 谐 波 。sb2h 1h 0h 3h sbsh 第 六 节 通 有 正 弦 电 流 时 单 相 绕 组 的 磁 动 势3） 槽 内 电 流 集 中 于 槽 中 心 处 ， 槽 开 口 影 响 忽 略 不 计 。2） 定 转 子 间 气 隙 为 均

43、 匀 。为 简 化 分 析 ， 假 设 ：1） 定 转 子 铁 心 的 磁 导 率 ， 铁 心 磁 位 降 忽 略 不 计 。Fe 根 据 安 培 环 路 定 律 ， 交 流 绕 组 中 通 过 电 流 时 ， 将 产 生 磁 动 势和 磁 场 。 交 流 绕 组 连 接 时 ， 应 使 绕 组 电 流 形 成 的 定 、 转 子 磁 场 磁极 数 相 等 ， 以 使 平 均 转 矩 不 为 零 。 本 节 研 究 线 圈 内 通 有 正 弦 电 流 时 单 相 绕 组 的 磁 动 势 ， 先 分 析整 距 线 圈 磁 动 势 ， 然 后 分 析 分 布 绕 组 磁 动 势 ， 最 后 分 析

44、 单 相 绕 组磁 动 势 。 232 s 2 cCc iNf ， 定 子 为 N极 ，22 s 2 cCc iNf ， 定 子 为 S极 ， 以 线 圈 轴 线 处 为 原 点 ， 沿 定 子 内 表 面 ：一 个 NC匝 的 整 距 线 圈 :线 圈 电 流 : 线 圈 产 生 一 个 两 极 磁 场 ， 气 隙 各 处 磁 动 势为 。 tIi Cc cos2 1y2cCiN一 、 整 距 线 圈 的 磁 动 势为 气 隙 表 面 距 原 点 的 电 角度s A Xs 0NS24 cciN scf 0 2 cciNAX S一 个 整 距 线 圈 的 磁 动 势 X scCc iNf co

45、s241 把 周 期 性 脉 振 矩 形 波 用 傅 氏 级 数分 解 为 基 波 和 一 系 列 齐 次 空 间 谐波 ， 定 子 线 圈 轴 线 处 作 为 坐 标 原点 ， 基 波 磁 动 势 的 方 程 式 ： 24 cciN scf 0 2 cciNAX S一 个 整 距 线 圈 的 磁 动 势 X1A 2X 2A1XSN NS 两 组 整 距 线 圈 形 成 的 四 极 磁 场 scf 2 cciN s1A0 1X 2A2 2X3定 子2X 二 、 分 布 绕 组 的 磁 动 势 sdcCdcq kiqNkqff cos1111 42 双 层 整 距 分 布 绕 组 ： sdcCd

46、cq kiqNkqff cos1111 24单 层 整 距 分 布 绕 组 ：用 空 间 矢 量 求 合 成 磁 动 势 ， 引 入 分 布因 数 kd11、 整 距 分 布 绕 组 极 相 组 磁 动 势极 相 组 q个 线 圈 空 间 分 布 ， q个 空 间 分布 线 圈 基 波 合 成 磁 动 势 为 q个 线 圈 磁 动势 矢 量 和 。 1qF 1cF 整 距 分 布 绕 组 磁 动 势12 3 2 3 1 2 3 1 2 3 1CF1qF 1 2 3cf qf sdsdq kipNkaipaNf coscos 111 2424 aiic 电 流 用 相 电 流 表 示 ， 则 s

47、dcCq kiqNf cos11 4双 层 绕 组 ： sdcCq kiqNf cos11 24单 层 绕 组 ： paNqNqNapN CC 22 双 层 绕 组 ： paNqNqNapN CC 22 单 层 绕 组 ：匝 数 用 每 相 支 路 总 串 联 匝 数 N表 示 ， 则 ： 2、 短 距 分 布 绕 组 极 相 组 的 磁 动 势 011 1801180 yy o双 层 绕 组 ， 相 邻 磁 极 下 每 相 线 圈 ， 上 层 线 圈 边 之 间 相 距 一 个 极 距 ， 下层 线 圈 边 之 间 也 相 距 一 个 极 距把 相 邻 极 相 组 的 上 层 线 圈 看 作

48、 一 组 单 层 整 距 分 布 绕 组 ， 把 下 层 线 圈 看作 另 一 组 单 层 整 距 分 布 绕 组 ， 两 个 单 层 整 距 分 布 绕 组 间 相 差 空 间 电 角度 。 111 pdw kkk 基 波 磁 动 势 的 绕 组 因 数111 909012 poo kyy sincoscos而 222 11 cosFcosFF q1qq 整 距 双 层单 用 空 间 矢 量 求 和 ， 则 双 层 短 距 分 布 绕 组 的 基 波 磁 动 势 ： swpsdq ipNkkkipNf coscos 2424 1111 从 而 双 层 短 距 分 布 绕 组 的 磁 动 势

49、1qF 下1qF 上1qF 下1qF 上1qF 1qF 三 、 单 相 绕 组 的 磁 动 势 ， 脉 振 磁 动 势 swq ipNkff cos24 111 1、 单 相 绕 组 的 基 波 磁 动 势每 相 有 几 个 极 相 组 ， 就 有 几 个 空 间 分 布 磁 极 ， 所 以 单 相 绕 组 的 基波 磁 动 势 就 是 极 相 组 磁 动 势 。1A 2X 2A1XSN NS 两 组 整 距 线 圈 形 成 的 四 极 磁 场 scf 2 cciN s1A0 1X 2A2 2X3定 子2X IpNkIpNkF ww 111 90224 . 磁 动 势 从 空 间 上 看 轴

50、线 固 定 不 动 ，从 时 间 上 看 大 小 不 断 地 随 电 流 的 交 变而 在 正 、 负 幅 值 之 间 脉 振 ， 称 为 脉 振磁 动 势 。 从 物 理 上 看 ， 脉 振 磁 动 势 是驻 波 。 tFtIpNkf sswts coscoscoscos, 111 224 则 tIi cos2若 swq ipNkff cos24 111 不 同 瞬 间 时 单 相 绕 组 的 基 波 磁 动势 tsf ,1 1F 23 s001 t 02 60t 03 90t 04 150t 05 180t 1t2t3t4t5t2 2 2、 单 相 绕 组 谐 波 磁 动 势 22901

51、vq qvyvkkk odvpvwv sinsinsin V次 谐 波 绕 组 因 数 ： IpNkvIvpNkF wvwvv 901224 .V次 谐 波 磁 动 势 的 幅 值 ： tvFtvIpvNkf svswvtv s coscoscoscos, 224 2p极 电 机 ， 对 于 基 波 磁 动 势 是 2p极 ， 空 间 一 周 是 ， 对 于V次 谐 波 磁 动 势 是 极 ， 空 间 一 周 是 电 角 度 ， 单 相 绕 组的 V次 谐 波 磁 动 势 为 ： p2pv 2pv 2 一 、 三 相 绕 组 基 波 合 成 磁 动 势 sw ipNkf cos24 11 tI

52、iA cos2 01202 tIiB cos 02402 tIiC cos三 相 绕 组 通 对 称 正 序 电 流 ： Y BCZA XA fIn s A相 绕 组 轴 线B相 绕 组 轴 线 C相 绕 组 轴 线sA tFf coscos11 011 120120 sOB tFf coscos三 相 绕 组 在 空 间 对 称 分 布 011 240240 sOC tFf coscos气 隙 中 一 点 距 A相 绕 组 轴 线 距 离 为 s 1111 CBAt ffff S , 001 0011 240240 120120 s sstF tFtF coscos coscoscoscos

53、 IpNkIpNkFF ww 1111 351902323 . 011 011 11 1202121 2402121 2121 SS SS SS tFtF tFtF tFtF coscos coscos coscos SS tFtF coscos 1123 SS Ss tF tF tFtf coscoscos, 11 11 23当 t=0时 ， Ss Ftf cos, 11 Ss tFtf 111 cos,当 t=t1时 ， 旋 转 磁 动 势 波sn SN1t 1t t=t 1时 磁 动 势 波 比 t=0时 磁 动 势 波向 前 移 动 了 电 角 度 ， 三 相 基 波 合成 磁 动 势

54、 是 一 个 沿 气 隙 圆 周 旋 转 的 磁动 势 ， 旋 转 磁 动 势 波 转 速 为 。sn1t t=0和 t1时 三 相 基 波 合 成 磁 动 势 的 位 置 s0 1f1F 0t一 个 沿 s方 向 传 播 的 行 波 对 称 三 相 绕 组 中 通 有 对 称 三 相 正 序 电 流 时 ， 基 波 合 成 磁 动 势是 一 个 正 弦 分 布 、 以 同 步 转 速 向 前 推 移 的 正 向 圆 形 旋 转 磁 动 势 波（ 幅 值 不 变 ） 。 合 成 磁 动 势 的 幅 值 为 单 相 磁 动 势 幅 值 的 3/2倍 。 minrpfsrpfpns 602 用 转

55、 速 表 示 01 SS tt cos取 波 幅 点 ： dtd s srad / 1t 1tt=0和 t1时 三 相 基 波 合 成 磁 动 势 的 位 置 s01f1F 0t tIiA cos2 OB tIi 1202 cos OC tIi 2402 cos三 相 绕 组 通 对 称 正 序 电 流 ： SSs tFtFtf coscos, 111 23定 子 绕 组 合 成 磁 动 势 ： 当 时 ， A相 电 流 达 到 最 大值 ， ， 合 成 磁 动 势 的幅 值 位 于 处 ， 即 在 A相 绕 组 轴 线处 。 00t SFf cos11 00s相 电 流 与 磁 动 势 幅

56、值 的 关 系 Y BCZA XA fIn s A相 绕 组 轴 线 B相 绕 组 轴 线 C相 绕 组 轴 线 当 时 ， B相 电 流 达 到 最 大 值 ， 合 成 磁 动 势 的 幅 值 位 于 处 ， 即 在 B相 绕 组 轴 线 处 。0120t SFf 011 120cos0120s 当 时 ， C相 电 流 达 到 最 大 值 ， ，合 成 磁 动 势 的 幅 值 位 于 处 ， 即 在 C相 绕 组 轴 线 处 。0240t SFf 011 240cos0240s 即 当 某 相 电 流 达 到 交 流 最 大值 时 ， 基 波 合 成 旋 转 磁 动 势 波 的幅 值 与

57、该 相 绕 组 的 轴 线 重 合 。 Y BCZA XA fIn s A相 绕 组 轴 线 B相 绕 组 轴 线 C相 绕 组 轴 线 二 、 三 相 合 成 磁 动 势 中 的 高 次 谐 波0vf1） 当 V=3k （ k=1， 2， 3,.）三 相 V次 谐 波 合 成 磁 动 势 ： OOsv OOsvsv tvF tvFtvF 240240 120120 coscos coscoscoscos tftftftf sCvsBvsAvsv , SvSv svtAv ktFktF ktFf s 16cos2116cos21 16coscos, OsOvtBv ktFf s 12016co

58、s120cos, 2） 当 V=6k+1 （ k=1， 2， 3， ） 时 OOSv OSv kktF kktF 240120616cos21 120616cos21 OSOv OSOv ktF ktF 12016120cos21 12016120cos21 OSvSv ktFktF 24016211621 coscos OSvSv ktFktF 12016211621 coscos SvSvsv vtFktFtf coscos, 231623 IpNkvIvpNkF wvwvv 901224 . OsOvtCv ktFf s 24016cos240cos, 6k+1次 谐 波 转 速 ： 0

59、1 SS vtvt cosvdtd s srvnmrvpfsrvpfp vn svs 602 为 抑 制 谐 波 磁 动 势 ， 线 圈 的 节 距 选 择 在 （ 0.8 0.83） 范 围 内 。 在 感 应 电 机 中 ， 谐 波 磁 场 还 会 产 生 一 定 的 寄 生 转 矩 ， 影 响 电机 的 起 动 性 能 ， 有 时 使 电 机 根 本 不 能 起 动 或 达 不 到 正 常 转 速 。 在 同 步 电 机 中 ， 谐 波 磁 动 势 所 产 生 的 磁 场 在 转 子 表 面 产生 涡 流 损 耗 ， 引 起 电 机 发 热 ， 并 使 电 机 的 效 率 降 低 。 S

60、vSvsv vtFktFtf coscos, 231623 3） 当 V=6k-1， k=1， 2， 3， .时6k-1次 谐 波 转 速 ： 01 SS vtvt cosvdtd s mrvnmrvpfsrvpfp vn svs 602 NUIP cos3 AU PI N 613748010363 10120003 3 3 .cos 83248224248248 pmQqpQQ , oooCC QpqNapNN 5748360136016181221 ., 解 ： 习 题 4-24 已 知 三 相 、 两 极 、 50H z的 同 步 发 电 机 ， 定 子 槽 数 Q 48， 每 槽 内

61、有 两根导 体 ， 支 路 数 a=1， y1=20， 绕 组 为 双 层 、 星 形 联 结 ， 基 波 磁 通 量 1 l.11Wb， 发电 机 的 容 量 为 12000kW， ， 额 定 电 压 （ 线 电 压 ） 为 6.3kV， 星 形 联 结 。试 计 算 发 电 机 通 有 额 定 电 流 时 ， 一 相 和 三 相 绕 组 所 产 生 的 基 波 磁 动 势 幅 值 ， 一 相和三 相 绕 组 所 产 生 的 3次 、 5次 、 7次 空 间 谐 波 磁 动 势 幅 值 、 转 速 、 转 向 。80.cos N AFF 30450203002323 11 三 相 基 波 磁

62、 动 势 幅 值 ： AIpNkF w 203006137419230169090 11 . 一 相 基 波 磁 动 势 幅 值 ： 95602578 2578221 .sin .sinsinsin ood q qk 923095609660111 . dpw kkk 96609024209011 .sinsin oop yk 基 波 绕 组 因 数 ： 单 相 谐 波 ： IpNkvIvpNkF wvwvv 901224 . 22901 vq qvyvkkk odvpvwv sinsinsin 45306410707025738 2578390242033 .sin .sinsin ooow

63、k 2989613741 45301690319031 33 . IpNkF w三 次 谐 波 V=3， 036601410259025778 2578790242077 .sin .sinsin ooowk7次 谐 波 V=7， 050301940259025758 2578590242055 .sin .sinsin ooowk AIpNkF w 199613741050301690519051 55 . 5次 谐 波 V=5， AIpNkF w 103613741 036601690719071 77 . 基 波 同 步 转 速 ： mrpfns 30001506060 51541032323 77 . FF 42930007117 ss nvn 正 向 旋 转 。V=7时 ， 52981992323 55 . FF 60030005115 ss nvn 反 向 旋 转 。V=5时 ， 03 FV=3时 ，三 相 合 成 磁 动 势 ：