第 6 章交流电机电枢绕组

第6章交流电机电枢绕组

一、交流绕组的基本要求 • 1. 交流电机的简单工作原理导体感应电动势 • 大小 • 波形 • 频率 • 三相对称性导体交流绕组同步发电机原理结构示意图 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 2

线圈电动势 线圈组电动势支路电动势相电动势 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——电动势 3

槽电动势星形图 1. 槽距角α：相邻两槽之间的机械角度。 Z为电机槽数 2. 槽距电角α1：相邻两槽中导体感应电动势的相位差。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 4

4. 电角度 磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当于360°。如果磁极极对数是p，整个圆周有p个完整正弦波，相当于p × 360°。从几何的观点来看，整个圆周只有360°。圆周的空间几何角度称为机械角度，而圆周上对应于磁场分布的角度称为电工角度，简称为电角度。电角度＝p×机械角度 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 5

为感应电动势频率 一、基波电动势 • 1. 导体电动势 p对极电机，气隙磁场空间分布为p个正弦波的磁场称为基波磁场，基波磁场在绕组中感应的电动势为基波电动势。当p对极的正弦分布磁场以转速n1切割导体时，在导体中感应电动势为正弦波，其有效值为 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——电动势 6

2. 线圈电动势与短距系数 短距系数 • ky1≤1 • 对于整距线圈 • ky1=1 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——电动势 7

3. 线圈组电动势与分布系数 分布系数 • kq1≤1 • 对于集中绕组（q=1） • kq1=1 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——电动势 8

2. 导体感应电动势 • 大小 • 波形 • 频率 • 三相对称性 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 9

6.2 交流绕组的基本要求 • 绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波。 • 三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称。 • 在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 10

6.2.1、三相单层绕组 例：一台交流电机定子槽数Z=36，极数2p=4，并联支路数a=1，试绘制三相单层绕组展开图。步骤： ①画槽电动势星形图； ②分相； ③构成线圈； ④构成线圈组； ⑤画绕组展开图。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 11

槽电动势星形图 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势相位差相同。将各槽导体电动势相量画在一起，组成一个星形，称为槽电动势星形图。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 12

Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 13

单层叠绕组A相展开图，并联支路数a=1。 线圈组线圈组线圈线圈组：每相绕组中，相邻的线圈串联在一起，称为一个线圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 15

单层叠绕组三相展开图，并联支路数a=1。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 16

四、三相双层绕组 例：一台交流电机定子槽数Z=36，极数2p=4，并联支路数a =2， y1=7，试绘制三相双层叠绕组展开图。步骤： ①画槽电动势星形图； ②分相； ③构成线圈； ④构成线圈组； ⑤画绕组展开图。 Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 17

双层叠绕组展开图(y1=7, a=2)。 A X Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 19

双层叠绕组A相展开图(y1=7, a=2)。 • 双层叠绕组每相有2p（极数）个线圈组，每相最大并联支路数 amax = 2p Y.Q.Xiong 2006-5 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——绕组构成 20

一、单相绕组磁动势 • 1. 单层集中相绕组的磁动势 • Z=6，p=1，三相单层绕组。q=1，相当于集中绕组，每相只有1个整距线圈。 • A相通交流电流i后，将产生一个2极磁场。 • 每根磁力线所构成的磁通闭合回路的磁动势均为iNc。 • 略去定、转子铁心中的磁阻，该磁动势消耗在两个气隙中，每个气隙中消耗的磁动势为iNc /2。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 21

将气隙圆周展开，得到磁动势沿圆周的空间分布波形如图所示。气隙圆周某点的磁动势表示由该定子磁动势所产生的气隙磁通通过该点气隙的磁压降。将气隙圆周展开，得到磁动势沿圆周的空间分布波形如图所示。气隙圆周某点的磁动势表示由该定子磁动势所产生的气隙磁通通过该点气隙的磁压降。 • 磁动势波形为矩形波。当线圈电流i随时间按正弦规律交变时，矩形波的高度为 • 矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于电流的频率。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 22

将坐标原点取在线圈AX的中心线上，利用傅里叶级数将该磁动势波形展开为如下级数形式将坐标原点取在线圈AX的中心线上，利用傅里叶级数将该磁动势波形展开为如下级数形式 • ν=1称为基波，ν=3，5，7...称为谐波。 • 在空间的任何一点，磁动势的大小随时间按正弦规律变化。这种空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁动势称为脉振磁动势。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 23

基波磁动势表达式 • 基波磁动势沿气隙圆周有p个完整的正弦波，极对数为p 例如Z=12，p=2的三相单层绕组。q=1，每相有2个整距线圈。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 24

4极电机单层绕组（q=1）的脉振磁动势 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 25

二、三相绕组合成磁动势基波 • A、B、C三相对称绕组流过三相电流对称电流，设三相电流瞬时值表达式如下 • A、B、C每相绕组产生的磁动势均为脉振磁动势，其基波的幅值位于各相绕组轴线上。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 26

ωt=90° • 三相绕组轴线在空间相差120°电角度，各相绕组磁动势基波空间相位差为120°电角度。将空间坐标原点取在A相绕组的轴线上，于是三相绕组脉振磁动势基波的表达式分别为 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 27

三相合成磁动势基波表达式为 • F1为三相合成磁动势基波的幅值 • 这是一种行波，即三相合成磁动势基波在空间旋转，波幅不变。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 28

三相合成磁动势基波旋转的电角速度和转速 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 29

三相绕组合成磁动势基波的特点总结如下： • 三相对称绕组通入三相对称电流产生的三相合成磁动势基波是一个波幅恒定不变的旋转磁动势，其幅值等于每相脉振磁势振幅的3／2倍； • 合成磁动势基波的转速与三相电流的频率和绕组的极对数有关； • 当某相电流达到最大值时，合成磁动势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上； • 电流在时间上经过多少角度，合成磁动势在空间上转过相同的电角度； • 旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组轴线。改变电流的相序，则旋转磁动势改变转向。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 30

A、B、C相绕组磁动势及其基波 三相合成磁动势及其基波三、三相绕组合成磁动势谐波 Z=18，p=1，y1=7三相双层绕组 • 三相合成磁动势是阶梯波； • 除基波外，有奇数次谐波。 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 31

1) 3次谐波各相的3次谐波磁动势表达式为 • 在三相对称绕组中，合成磁动势不存在3次及3的倍数次谐波，即不存在3，9，15，…次谐波 Y.Q.Xiong 2006-6 《电机学》第4章交流绕组的基本理论——磁动势 32

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