1、電機學交流繞組的電動勢和磁動勢第1頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第五章 交流繞組和電動勢5.1交流電機的基本工作原理及對繞組的要求5.2三相單層集中整距繞組及其電動勢5.3三相單層分布繞組及其電動勢5.4三相雙層分布短矩繞組及其電動勢第六章 交流繞組的磁動勢6.1單層集中整距繞組的磁動勢6.2三相雙層分布短距繞組的磁動勢 6.3橢園形磁動勢 第2頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五5.1交流電機的基本工作原理，對交流繞組的要求1交流電機的基本工作原理 交流電機分為同步電機與異步電機同步發電機：交流電能幾乎都來自于同步發電機同步電動機：大型不需要調速

2、的生產機械，優點調節勵磁電流來改善電網的功率因數。異步電動機：電力系統的主要負載。異步發電機：電壓和頻率隨負載變化不易控制。電力電子技術的引進使得同步電動機與異步發電機得到了越來越多的應用。第3頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五同步電機的基本工作原理同步發電機的基本工作原理大小：頻率： 勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉子以轉速 旋轉時，其磁場切割定子繞組而感應交流電動勢 . 相序：由轉子的轉向決定。波形：由 可知，波形取決于 的空間分布。第4頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五U2U1W2V1W1V2發電機的物理過程可用圖示表示第5頁，

3、共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五異步電動機的基本工作原理U2U1W2V1W1V2n轉動原理1、電生磁：三相對稱繞組通往三相對稱電流產生圓形旋轉磁場。2、磁生電：旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流。3、電磁力：轉子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，將電能轉化為機械能。第6頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五異步電機的工作原理定子繞組通入三相交流電流旋轉磁場切割轉子繞組轉子繞組產生感應電勢轉子中產生感應電流轉子電流與磁場作用產生電磁轉矩運轉問題:旋轉磁場又是如何產生的呢?第7頁，共55頁，2022年，5月20日，

4、5點31分，星期五2.對交流繞組的要求（1）導體數一定的情況下，能得到較大的基波電動勢和基波磁動勢。（2）電動勢和磁動勢的波形要接近正弦形，諧波分量要小。（3）三相繞組對稱（節距、匝數、線徑相同、空間互差電角度）（即保證各相電動勢磁動勢對稱，電阻電抗相同）（4）銅耗減小，用銅量減少。（5）絕緣可靠、機械強度高、散熱條件好、制造簡單，維修方便。第8頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五5.2 三相單層集中整距繞組及其電動勢1導體的感應電動勢2整距線匝的感應電動勢3整距線圈的感應電動勢4三相單層集中整距繞組第9頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五1導體的感應電

5、動勢氣隙磁通密度分布圖基波電動勢電動勢頻率:電動勢大小:諧波電動勢第10頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第11頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五2整距線匝的感應電動勢3整距線圈的感應電動勢 基波電動勢的有效值：諧波電動勢的有效值：第12頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五4 三相單層集中整距繞組 三相單層集中整距繞組由三個線圈組成，一個線圈構成一相繞組。 無論三相對稱繞組是Y接還是D接，線電壓里不存在3次諧波或3的整數倍次諧波電壓。 在D接的三相對稱繞組由于有循環電流，會引起附加損耗，降低電機的效率。第13頁，共55頁，2022

6、年，5月20日，5點31分，星期五補充：交流繞組的分類按相數分為：單相、三相、多相按槽內層數分為：單層（同心式、鏈式、交叉式）、雙層（疊繞組、波繞組）、單雙層每極每相槽數q：整數槽、分數槽基本概念1.極距：2.線圈節距y： 整距y=； 短距y。3.槽距角（電角度）： 第14頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第15頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第16頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第17頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第18頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五4.每極每相槽數q:

7、5. 電角度=p360=p機械角度計量電磁關系的角度稱為電角度（電氣角度）。電機圓周在幾何上占有角度為360，稱為機械角度。而從電磁方面看，一對磁極占有空間電角度為360。一般而言，對于p對極電機，電角度=p機械角度。6.并聯支路數a第19頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五7.相帶：60度相帶將一個磁極分成m份，每份所占電角度 120度相帶將一對磁極分成m份，每份所占電角度8.極相組將一個磁極下屬于同一相（即一個相帶）的q個線圈，按照一定方式串聯成一組，稱為極相組（又稱為線圈組）。9.線圈組數 = 線圈個數/ q第20頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期

8、五5.3三相單層分布繞組及電動勢電動勢星形相量圖一對極下的各槽導體組成360度星形相量圖Z=24,p=2單層繞組利用星形相量圖安排單層分布繞組略槽距角、每極每相槽數、相帶。下圖為Z=36第21頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五繞組線電動勢計算、分布因數基波電動勢第22頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第23頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五線圈組電動勢及分布系數 q個線圈組成，集中繞組： 分布繞組：分布系數： 繞組系數： 第24頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五相電動勢和線電動勢 設一相繞組的串聯匝數為N（

9、即一條支路的串聯匝數）則一相的感應電動勢 對于單層繞組，因為每相有p個線圈組所以每相串聯匝數 對于雙層繞組，因為每相有2p個線圈組所以每相串聯匝數 式中:a為并聯支路數第25頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五5.4三相雙層分布短距繞組及其電動勢短距線圈的電動勢稱為短距系數：線圈短距時電動勢比整距時打的一個折扣第26頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五短距繞組、分布繞組對電動勢波形的影響對V次諧波：第27頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五感應電動勢中的高次諧波因為磁場波形相對于磁極中心線左右對稱，所以諧波磁場中無偶次諧波（見P114

10、圖4-14），故=3，5，7，9，11一、高次諧波電動勢諧波電動勢諧波磁場的極對數：p =p p激波磁場的極對數諧波磁場的極距： =/ 激波磁場的極距諧波磁場的槽距角：d =d 第28頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五諧波磁場的轉速：nr = ns主磁極的轉速（同步轉速）諧波感應電動勢的頻率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1諧波感應電動勢的節距因數kpv 諧波感應電動勢的分布因數kdv諧波感應電動勢的繞組因數kwv= kpv kdv諧波電動勢（相值） Ev = 4.44 fNRwrr第29頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五2、

11、齒諧波電動勢齒諧波諧波次數v與一對極下的齒數Q1/p具有特定關系的諧波 即v = Q1/p1=2mq1的諧波齒諧波的特點 kWV（V=2mq1）= kW1 3、諧波的相電動勢和線電動勢E = ELEL中三次及3的倍數次諧波。因為3k次諧波電動勢同相位、幅值相同，所以星接時線電動勢為零角接時產生環流，環流產生的壓降恰好被抵消。第30頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五諧波的弊害使電動勢波形變壞，發電機本身能耗增加，從而影響用電設備的運行性能干擾臨近的通訊線路 消除諧波電動勢的方法因為Ev=4.44fNRwvv所以通過減小KWr或r可降低Er 1.采用短距繞組 2.采用分布繞組

12、，降低。3.改善主磁場分布4.斜曹或斜極 第31頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第32頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第33頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第34頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第六章交流繞組的磁動勢6.1單層集中整距繞組的磁動勢6.2三相雙層分布短距繞組的磁動勢6.3橢圓形磁動勢第35頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五6.1單層集中整距繞組的磁動勢單層集中整距繞組的一相磁動勢 一臺兩極氣隙均勻的交流電機,一個整距繞組通入交流電流,線圈磁動勢在某瞬間的分布如圖,

13、由全電流定律得:第36頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五 忽略鐵心磁阻,磁動勢完全降落在兩個氣隙上.每個氣隙的磁動勢為: 空間分布為矩形波,隨時間按正弦規律變化.變化頻率為電流頻率。 空間位置不變而幅值和方向隨時間變化的磁動勢稱為脈動磁動勢。第37頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第38頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五矩形波磁動勢可能分解為基波和一系列高次諧波:基波磁動勢為:基波磁動勢最大值為: 整距繞組基波磁動勢在空間按余弦分布，幅值位于繞組軸線，空間每一點的磁動勢大小按正弦規律變化仍然為脈動磁動勢。第39頁，共55頁，20

14、22年，5月20日，5點31分，星期五單相脈動磁動勢的分解即一個脈動磁動勢可以分解成兩個幅值大小相等的磁動勢。先分析取幅值點分析第40頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五可見(1)單相繞組的基波磁動勢為脈動,它可以分解為大小相等、轉速相同而轉向相反的兩個旋轉磁場。(2)反之,滿足上述性質的兩個旋轉磁動勢的合成即為脈動磁動勢。（3）由于正方向或反方向的旋轉磁動勢在旋轉過程中，大小不變，兩矢量頂點的軌跡為一圓形，所以這兩個磁動勢為圓形旋轉磁動勢。第41頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五磁動勢的矢量表示法 長度代表磁動勢幅值，位置代表磁動勢正幅值所在的位置。

15、+j第42頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五6.1.2 三相單層集中整距繞組磁動勢三相的合成磁動勢： 取A相繞組軸線位置作為空間坐標原點、以相序的方向作為x的參考方向、A相電流為零時作為時間起點，則三相基波磁動勢為：可見：三相合成磁動勢也是一個圓形旋轉磁動勢。 交流電機三相對稱繞組, 通入三相對稱電流，磁動勢是三相的合成磁動勢。第43頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五 為了分析旋轉磁動勢的旋轉方向，設三相對稱電流按余弦規律變化，U 相電流最大時為計時點，電流取首進尾出為正，電流波形和各時刻旋轉磁動勢的位置如圖所示：U2U1W2V1W1V2第44頁，共

16、55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五用圖解法分析不同時刻三相合成磁動勢 合成磁動勢的轉向是從載有超前電流的相轉到載有滯后電流的相。第45頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五 產生圓形旋轉磁動勢的條件：一是三相或多相對稱繞組；二是三相或多相對稱電流。兩個條件有一個不滿足，即產生橢圓形旋轉磁動勢。 三相對稱繞組通入三相對稱電流，產生的基波合成磁動勢是一個幅值恒定不變的圓形旋轉磁動勢，它有以下主要性質(1)幅值是單相脈動磁動勢最大幅值的3/2倍。(2)轉向由電流相序決定,從載有超前電流相轉到載有滯后電流相.(3)轉速決定于電流的頻率和電機的磁極對數(4)當某相電流達

17、最大值時,旋轉磁動勢的波幅位置剛好轉到該相繞組的軸線位置上第46頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五空間矢量圖取A相電流為最大值時+j+A+B+C第47頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五三相繞組的合成r次諧波磁動勢由諧波磁動勢在氣隙中建立各自的諧波磁場為：對稱三相系統中不存在3的奇數次倍諧波磁動。第48頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第49頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五第50頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五6-2三相雙層分布短距繞組的磁動勢1、整距分布線圈組的磁動勢 r次諧波脈振磁動勢的最大振幅為： 每個繞組由q 個線圈串聯構成，依次在定子圓周空間錯開槽距角,繞組的基波磁動勢為q個線圈基波磁動勢的空間矢量和：第51頁，共55頁，2022年，5月20日，5點31分，星期五2.雙層短距分布繞組的磁動勢 雙層短距分布繞組的基波磁動勢為兩個等效繞組基波磁動勢的相量和，用短距系數計及繞組短距的影響：第52頁，共55頁，2022年，5月