交流电机共同理论ppt课件.ppt
2022/11/21,1,交流电机的共同理论,2022/11/21,2,交流电机的共同理论,交流电机绕组及其感应电动势,交流绕组的磁动势,交流电机的绕组及其感应电动势,一、 交流电机的基本原理,二、 交流绕组,三、 绕组的感应电动势,四、 谐波电动势及其削弱方法,序,2022/11/21,4,序,交流电机：异步电机同步电机同步与异步旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流，形成旋转磁场（后面将详细讨论）。电机实际转速n同步转速n0：同步电机电机实际转速n同步转速n0：异步电机,2022/11/21,5,一、工作原理、分类、结构,先讲结构后讲原理,2022/11/21,6,1.基本结构,定子与转子两大部分1定子固定不动的部分铁芯、绕组、机坐(1) 定子铁芯电机磁路的一部分希望较强的磁场导磁好、损耗小硅钢片内表面开槽：放绕组,2022/11/21,7,(2) 定子绕组：电机电路部分线圈按一定规律放放在定子槽中单层绕组、双层绕组(3) 机座 ：用作固定与支撑定子铁芯,2022/11/21,8,2.转子同步机与异步机转子不一样铁芯外表面开槽绕组,2022/11/21,9,2.同步电机,定子绕组：对称三相绕组转子：励磁绕组原理：励磁绕组通往直流电外力合转子旋转转子旋转磁场穿过气隙切割定子绕组三相感应电势当接负载电流电能输出,2022/11/21,10,二、交流绕组,作用：通入电流磁场（电动机）磁场与定子绕组切割电势电流（发电机）分类（类型）相数：单相、三相按槽内层数分：单层：同心式、交叉式、链式双层：叠绕组、波绕组宽度：整距、短距分布性：分布绕组、集中绕组,2022/11/21,11,基本概念：线圈是组成交流绕组的单元，由一匝或多匝串联而成。极距是指每一磁极所占定子内圆周的距离，即有 节距y是指线圈两有效边之间的距离。单层绕组是整距绕组，即有y= =称为整距， 称为长距槽距角：相邻两槽之间的角度每极每相槽数q是指一个磁极下一相绕组所占有的槽数，即有： 相带：是指一相绕组在一个磁极下连续所占的范围（60度电角度）。电角度与机械角度机械角度:电机圆周在几何上分成360电角度:电势变化一个周期(360电角度)。对于一对磁极由NSN变化一周相当于360电角度或为2电弧度。当电机有p对磁极时，电角度=p机械角,2022/11/21,12,交流绕组基本要求:,1 三相基波电动势和磁动势要对称。即结构相同，阻抗相等，空间位置互差120度电角度。2 在一定的导体数下，获得较大的基波电动势和磁动势，尽量减小或消除谐波分量。3 用材省、绝缘性能好、机械强度高、散热条件好。4 提高导线的利用率,提高制造的工艺性。,2022/11/21,13,绕组展开图,表示定子绕组的连接关系主要两种：单层、双层画法：计算极距每极每相槽数计算相带数、分相带相带数=总槽数/q 或 =极数*3 即：6p构成线圈构成线圈组（极相组）构成相绕组：反相串联（不同极面下线圈组的电流方向相反）,2022/11/21,14,三相单层绕组（了解）,每槽只有一个线圈边，所以线圈数等于槽数之半。结构和嵌线较简单，适用于10kv以下的小型交流电机。分为同心式、交叉式、链式绕组例：已知z124，2p4，试绘制一个并联支路数a1的三相链式单层绕组展开图。步骤：1.极距 6 2.槽距角 30度3.每极每相槽数 24.绘制电动势星形图5.按60度相带法分相6.绘制绕组展开图,2022/11/21,15,相带与电势星形图,2022/11/21,16,例：Z1=24，2p=4,2022/11/21,17,20,三相单层等元件绕组的原理（p=2）线圈连接顺序,2022/11/21,18,三相双层绕组,每绕组两有效边每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈），所以当一个线圈的上层边放在某槽上层时，下层边则放在相隔节距y1的槽的下层，即线圈数等于槽数。整距、短距绕组例：Q1=24，2p=4 =24/4=6q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=212个相带A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y,2022/11/21,19,2022/11/21,20,并联支路数,条件:不改变同极相组内的电流方向,2022/11/21,21,关于绕组一些概念复习,一根导体（一匝线圈的一个有效边）一匝线圈一个线圈一个极相组（一个线圈组）相绕组（一相绕组）电机绕组（三相绕组）并联支路数每相串联匝数极数极相组数（每相）,2022/11/21,22,例：某交流电机定子绕组，Z1=24，2p=4，y=5/6，a=2，Ny=10，m=3求：一匝线圈有几个有效边一相线圈有几匝；一个极相组有几个线圈，几匝线圈一相有几个极相组，几个线圈，几匝线圈并联支路数每相串联匝数一个电机有几相、几个极相组、几个相绕组,2022/11/21,23,三、交流绕组的感应电势,2022/11/21,24,3.1 一根导体感应电势定子是圆筒形铁心，槽内有导体A，铁心中间有可以旋转的主磁极。,2022/11/21,25,导体A切割磁力线产生感应电势大小为：,设定子内表面槽中嵌放导体A，有效长度为l（m），转子只有一对磁极，它由原动机拖动以恒定转速n1 （r/min ）逆时针旋转，沿气隙圆周方向分布的基波磁密波形，大小为：式中B1m为基波气隙磁密幅值（最大值）。,2022/11/21,26,2022/11/21,27,在一对磁极情况下，导体A每经过一对主磁极，其中的感应电势经历一个周期。当电机转子上有p对主磁极，电机每旋转一圈，导体A中的基波感应电势变化p周，则导体A中的基波感应电势频率为： 当电机的极对数p和转速n1一定时，f1频率便为固定的数值。,2022/11/21,28,导体的基波感应电势最大值为：其中，气隙磁密的平均值： 为气隙每极基波磁通量导体基波电动势（有效值）为：,2022/11/21,29,3.2 整距线匝感应电势,2022/11/21,30,2022/11/21,31,两导体A、X就构成了整距线匝。它们中的感应电势总是大小相等，方向相反。整距线匝基波感应电势为： 用相量表示时：,2022/11/21,32,整距线匝基波感应电势瞬时表达式为： 整距线匝基波感应电势有效值为：,2022/11/21,33,3.3 整距线圈感应电势,线圈是由Ny匝线匝串联而成，即匝数Ny整距线圈的基波感应电势瞬时值为：,比较：与变压器相同形式区别：磁通大小变化与相对运动“切割”,2022/11/21,34,3.4 短距线圈感应电势,如果线圈的节距y1，则为短距线圈，令短距线圈的节距y1=y，其中0y1，短距线圈的基波感应电势有效值为：绕组基波短距系数：,2022/11/21,35,2022/11/21,36,基波短距系数含义,基波短距系数，它是一个小于1的数，其含义是：短距线圈要比整距线圈的基波感应电势小。可以这样认为：把实际的短距线圈看成是整距线圈，则它等效匝数为Nykp，而不是Ny。短距线圈时的感应电动势与整距时的感应电动势相比需打的折扣。,2022/11/21,37,3.5 整距分布线圈组感应电势,如果在定子内圆表面槽中均匀嵌放三个匝数为Ny的整距线圈头尾连接，相互串联形成线圈组，称为整距分布线圈组，相邻线圈的槽距角是。,2022/11/21,38,绕组的基波分布系数：,各个线圈的感应电动势的大小、波形均相同，只是在时间上依次相差 电角度：相位不同。线圈组的总电动势为q个线圈电动势的和（相量和）整距分布线圈的基波感应电势为：,2022/11/21,39,基波分布系数是一个小于1的数，其含义是：分布放置的线圈要比将各线圈集中放置在一个槽中的基波感应电势小。可以这样认为：把实际q个分布放置的整距线圈，看成是集中放置的，但它们的总等效匝数为qNykq1，而不是qNy。,基波分布系数含义,2022/11/21,40,2p个极(双层绕组)每相有2p个线圈组，每个线圈组有 q个线圈2pq个线圈，每个线圈有Ny匝线圈2pqNy匝线圈2p个线圈组可串联、并联（视需要）并联支路数：a（最少是1，最多为2p）每相串联匝数：单层绕组：,并联支路数与每相串联匝数,3.6 一相绕组感应电势,2022/11/21,41,单层绕组：采用分布整距形式每相绕组串联匝数为 ：每相的基波感应电势有效值为：,2022/11/21,42,双层绕组：采用短距分布形式每相绕组串联匝数为：每相的基波感应电势有效值为： 为基波绕组系数。,2022/11/21,43,电机的磁场并不完全为正弦分布（空间）付氏分解：基波与各次谐波 设为谐波次数，则谐波感应电势频率为： 相电动势中 次谐波电动势有效值：对应的谐波绕组系数为：,3.7 谐波电动势,2022/11/21,44,线电势,由三角形、星形接法决定（基波）注意：线电势中不含3k次谐波电势（因同相位）。三相交流绕组Y接或接时，由于三次谐波以及三的倍数次谐波电势在时间相位上同相，故三相线电势中无三次或三的倍数次谐波。,2022/11/21,45,谐波电势的减小,1. 波形畸变率：2. 谐波电势的减小气隙磁场接近正弦波短距绕组分布绕组Y、 连接（线电势中不含有3K次谐波）,2022/11/21,46,采用短距、分布绕组的目的,交流绕组采用短距和分布的结构，可削弱每相电动势中的谐波分量，使绕组感应电势接近正弦波。使电动势波得到改善。虽短距系数、分布系数均不大于1，使基波电势减小因为对谐波来说：对应的更小，所以具有明显的抑制作用。,2022/11/21,47,例：E1100, E3=30, E5=20, E7=10则谐波系数为若各谐波电动势的绕组系数分别为：kw10.96, kw3=0.3, kw5=0.2, kw7=0.1则对应的电动势分别为：E196, E3=9, E5=4, E7=1则谐波系数为,2022/11/21,48,磁动势、磁场,2022/11/21,49,一、单相绕组的磁势-脉振磁势,1、整距绕组磁势由于空气隙的磁阻远远大于定、转子铁芯中的磁阻，可认为磁势全部降落在两个气隙上，即作用在每个空气隙的磁势为全部磁势的一半（iNy/2）磁势波形为矩形波。当线圈AX中电流为余弦交流电则：,每极磁势的幅值是随时间按余弦规律变化，称这种空间位置固定，幅值随时间按余弦规律变化的磁势为脉振磁势，它的脉振频率就是通入线圈中电流的频率。,2022/11/21,50,2022/11/21,51,谐波分析,对周期性变化的矩形波分布的磁势，用傅氏级数进行谐波分析，可分解成为： 式中=1，3，5为谐波系数，系数C为,2022/11/21,52,基波磁势为： 为基波磁势的最大幅值。三次谐波磁势为： 三次谐波磁势最大幅值。,2022/11/21,53,五次谐波和高次谐波,五次谐波磁势为： 五次谐波磁势最大幅值。还有七次、九次、十一次等高次谐波磁势。,2022/11/21,54,2022/11/21,55,谐波次数越高，其幅值就越小。为了改善波形，除基波以外，考虑消除三、五、七次谐波，由于三次谐波及三的倍数次谐波在绕组连接成三相对称绕组时就已相互抵消，而五、七次谐波可通过短距和分布绕组来基本消除。因此当连成三相绕组后，只考虑基波磁势就可以了。,分析：,2022/11/21,56,2、线圈组的磁势由若干个依次相距槽距角的线圈串联组成。集中绕组与分布绕组q个线圈，相位不同：其中：分布系数,2022/11/21,57,3、短距绕组双层绕组常采用短距绕组来削弱谐波，改善电磁性能。等效成两个单层整距绕组，但相距一个角：短距角两磁势相位不同，则其中：短距系数 短距角,2022/11/21,58,4、相绕组磁势对一相绕组，线圈组的磁势就是相磁势，不同空间位置的F不能相互迭加。 其中：每相串连匝数：绕组系数,2022/11/21,59,谐波磁势（了解）,类似得谐波磁势（谐波次数越高，幅值越小）其中,2022/11/21,60,空间位置固定、幅值和方向随时间变化且以绕组中电流变化的频率脉振。所以称脉振磁场幅值的位置与绕组的轴线相重合基波磁通势的幅值： 次谐波磁通势的幅值： 谐波次数越高，幅值越小。只需考虑基波磁通势,单相绕组的磁通势的性质,2022/11/21,61,根据三角函数的和差与积的关系：,脉振磁势可分解为两个旋转磁势,2022/11/21,62,结论：,所以：脉振磁势可分解为两个旋转磁势每个的幅值为均为原来的12转速相同、转向相反,2022/11/21,63,二、 三相绕组的合成旋转磁场,单相绕组通入单相电流脉振磁场三相绕组中流过三相电流三个脉振磁场三相对称绕组：各相绕组匝数、结构相同，在空间互差120电角度。三相对称交流电：在三相对称绕组中通入三相对称交流电，每相绕组中都要产生单相脉振磁势，这三个脉振磁势在空间和时间上都互差120电角度。,2022/11/21,64,图示,2022/11/21,65,三个脉振磁势表达式,2022/11/21,66,六个旋转磁势合成三个正向磁势相加为原来的三倍；三个反向磁势彼此相差120度，相加（合成）为零。基波：幅值：,2022/11/21,67,在三相对称绕组通以三相对称交流电产生的旋转磁势具有以下特点：既是空间函数、又是时间函数旋转磁势的幅值为：既是空间函数、又是时间函数 旋转磁势的转速为同步转速： 改变电流序，转向相反。旋转磁势的转向由电流的相序决定（即电流达到最大值的顺序），它总是从电流领先的一相绕组向电流滞后的一相绕组方向转动。某相电流达最大，旋转磁势幅值将转到该相绕组轴线处。,旋转磁势的性质,2022/11/21,68,幅值：但2k次谐波磁势幅值为零（空间互差120度）转速：转向：,关于谐波磁势（一般了解）,2022/11/21,69,本篇要点：,1. 磁动势及磁场一个整距线圈的磁势分解：基波磁动势、谐波磁动势（了解）短距、分布的影响：空间矢量相加乘相短距系数、分布系数短距、分布的作用：削弱谐波基波分量虽略有减少，但谐波磁通势可大大削弱。脉振磁通势：单相绕组磁通势为脉振磁通势旋转磁通势：三相绕组磁通势为旋转磁通势,2022/11/21,70,2. 旋转磁通势三相绕组磁通势为旋转磁通势脉振磁势可以分解为两个大小相等、旋转方向相反的旋转磁通势。对称的三相绕组中三相电流三个脉振磁动势=合成反向磁通势互相抵消；正向磁通势同步转速的旋转磁通势（幅值、转速）建立的磁场就是旋转磁场,2022/11/21,71,3 .感应电动势转转磁场对定，转于绕组之间存在相对运动以同步转速n0切割定子绕组以(n-n0)的转差切割定子绕组同时在定，转于绕组中感应电动势（对这两种电动势分析的方法是一样的，我们主要分析了定子绕组电势）短距、分布绕组可以改善电动势的波形。相绕组电动势,知识回顾Knowledge Review,
