电机设计最佳教程 第4讲上 电机的绕组理论初步
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第四章《交流电机绕组的基本理论》4.1 交流绕组的基本要求1.交流绕组的基本要求:(1)绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波;(2)三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称;(3)在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)。
2.槽距角α:相邻两槽之间的机械角度槽距电角α1:相邻两槽间相距的电角度4.2三相交流绕组1.极距一个极在电机定子圆周上所跨的距离,一般以槽数计每极每相槽数整个电机定子中每相在每个极下所占有的槽数2.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q4.3交流绕组的电动势1.短距系数短距系数的物理意义:是短距线圈电动势与对应的整距线圈电动势之比分布系数分布系数的物理意义:分布线圈组合成感应电动势比集中线圈组合成电动势所打的折扣绕组系数2.导体电势,匝电势,线圈电势,线圈组电势和相电势的求法(重点)导体电势匝电势线圈电势线圈组电势相电势(附:4.高次谐波感应电动势的危害:(1)使发电机的电动势波形变坏(2)发电机本身损耗增加,温升增高(3)谐波电流串入电网,干扰通信5.削弱感应电动势谐波的方法:(1)使气隙中的磁场分布尽可能接近正弦波(2)采用对称的三相绕组(使线电动势不存在3次谐波及其倍数的奇次谐波)(3)采用短距绕组(4)采用分布绕组(5)采用磁性槽楔、斜槽或分布槽绕组6.采用短距绕组削弱谐波电动势(通常选y1=5/6τ以同时削弱5、7次谐波)7.对称三相绕组线电动势中不存在3及3的倍数次谐波的原因是:三相相电动势中的三次谐波在相位上彼此相差3*120°=360°,即它们是同相位、同大小的。
当三相绕组接成星形时,E AB3=E A3-E B3=0,所以对称三相绕组的线电动势中不存在3次谐波,同理也不存在3的倍数次谐波。
4.4交流绕组的磁动势1.脉振磁动势: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2.一个线圈所产生的磁动势的基波幅值:一个极相组所产成的磁动势基波幅值:一相绕组产生的磁动势每极基波幅值:第n次谐波磁动势(1)单相绕组磁动势是脉振磁动势,既是时间t的函数又是空间θ角的函数(2)单相绕组磁动势v次谐波的幅值与v成反比,与对应的绕组系数成正比(3)基波、谐波的波幅必在相绕组的轴线上(4)为了改善磁动势波形,可以采用短距和分布绕组来削弱高次谐波3.三相基波合成磁动势:三相基波合成磁动势的性质(重点):(1)三相合成磁动势的基波是一个波幅恒定不变的旋转波(2)当电流在时间上经过多少电角度,旋转磁动势在空间上转过同样数值的电角度(3)旋转磁动势基波旋转电角速度等于交流电流角频率;旋转磁动势的转速n1为同步转速(4)旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后的相电流所在的相绕组轴线,因此,哪相电流达到最大值,旋转合成磁动势的幅值就在那相绕组的轴线上(5)合成磁动势的旋转方向取决于三相电流相序。
交流电机绕组的基本理论第四章交流电机绕组的基本理论4.1交流绕组的基本要求1.电势和磁势波形接近正弦,各谐波分量要小。
2.三相绕组基波电势、基波磁势对称。
3.在导体数一定时,获得较大的基波电势和基波磁势。
4.节省有效材料,绝缘性能好,机械强度高,散热条件好。
5.制造工艺简单,检修方便。
a. 要获得正弦波电动势或磁动势,则根据e=blv, 只要磁场B 在空间按正弦规律分布,则它在交流绕组中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化。
b. 用槽电势星形图保证三相绕组基波电势、基波磁势对称槽电势星形图:把电枢上各槽内导体感应电势用矢量表示,构成的图。
概念:槽距角----相邻两个槽之间的自然(机械)角度,Z360=α槽距电角----用电角度来表示的相邻两个槽之间的角度,Zp 01360=α电角度---是磁场所经历的角度。
c. 用600相带的绕组获得较大的基波电动势相带:(1)360度的星形图圆周分成三等分,每等分占1200,成为120度相带;这种分法简单,但电势相量分散,其相量和较小,获得的电动势较小。
(2)若分成六等分,则称600相带;这种分法同样可以保证电势对称,且合成感应电动势较大,是常用的方法。
4.2三相单层绕组特点:线圈数等于二分之一槽数;通常是整距绕组;嵌线方便;无层间绝缘;槽利用率高。
缺点:电势、磁势波形比双层绕组差。
一般用于小型(10kW 以下)的异步电动机。
例题:一台交流电机定子槽数z=36, 极数2p=4,并联支路数a=1,绘制三相单层绕组展开图。
解:步骤 1 绘制槽电势星形图槽距电角Zp 01360=α=200, 槽电势星形图如上图(注意:不是槽星形图,而是槽电势星形图)步骤2 分相、构成线圈每极每相槽数pmZq 2==36/4/3=3;每相在每个极下所占有的槽数。
步骤3 极距pZ 2=τ=36/4=9 ;一个极在定子圆周上所跨的距离,用槽数计。
节距y 1=τ,整距;一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离,用槽数计。
(完整版)电动机绕组基础知识简介第一章电动机绕组基础知识绕组是电动机进行电磁能量转换与传递,从而实现将电能转化为机械能的关键部件。
绕组是电动机最重要的组成部分,又是电动机最容易出现故障的部分,所以在电动机的修理作业中大多属绕组修理。
在本章中,主要介绍与电动机绕组有关的若干基础知识。
第一节电动机绕组的类别电动机绕组按其结构可有多种类别,今将数种较常用的分类简介于下:一、集中式绕组与分布式绕组1、集中式绕组安装在凸形磁极铁心上的绕组,例如直流电动机定子上的主磁极绕组和换向极绕组,是集中式绕组。
对于三相电动机而言,如果每相绕组在每个磁极下只占有一个槽,在这种情况下,则也是集中式绕组。
2、分布式绕组分散布置于铁心槽内的绕组,例如直流电动机的转子绕组以及三相电动机的定子绕组和转子绕组,都是分布式绕组。
二、短距绕组、整距绕组与长距绕组1、短距绕组绕组的节距小于极距的绕组,叫做短距绕组。
短距绕组广泛应用于直流电动机的转子绕组以及三相交流单速电动机的定子绕组。
2、整距绕组绕组的节距等于极距的绕组,叫做整距绕组,又称全距绕组或满距绕组。
3、长距绕组绕组的节距大于极距的绕组,叫做长距绕组。
除了在三相交流单绕组多速电动机中会有长距绕组以外,一般情况下,不用长距绕组。
三、单层绕组、双层绕组与单双层绕组1、单层绕组在铁心槽内仅嵌一层线圈边的绕组,叫单层绕组。
单层绕组在10千瓦以下的小功率三相电动机中应用较多。
2、双层绕组在铁心槽内嵌有上、下两层线圈边的绕组,叫双层绕组。
双层绕组广泛应用于直流电动机以及功率在10千瓦以上的三相电动机。
3、单双层绕组有少数三相异步电动机,定子铁心的一部分槽中仅嵌入单层线圈边,而在另一部分槽中则嵌有双层线圈边,这种既有单层又有双层的绕组,即单双层绕组。
这种绕组是由双层短距绕组演变而来的。
四、整数槽绕组与分数槽绕组1、整数槽绕组三相电动机绕组中,每极每相槽数为整数的叫整数槽绕组。
2、分数槽绕组三相电动机绕组中,每极每相槽数为分数的叫分数槽绕组。
第四章交流电机的绕组、电动势和磁动势学习指导学习目标与要求交流电机的绕组,电动势及磁动势(1)三相绕组的构成原则和连接方法。
(2)交流绕组电动势的分析和计算方法。
绕组系数的物理意义及其对改善波形的作用。
(3)交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法。
单相绕组脉振磁动势。
三相绕组合成磁动势的基波。
椭圆形旋转磁动势、圆形旋转磁动势和脉振磁动势三者的区别和相互关系。
谐波旋转磁动势概念。
学习重点1.交流绕组的连接规律和绕组电动势的计算和高次谐波电动势的削弱和消除方法。
2.介绍了单相绕组产生磁动势和三相绕组产生磁动势的性质。
学习难点1.交流绕组的连接规律2.三相绕组产生的旋转磁动势。
现代工农业生产中采用的电机大多数是交流电机。
交流旋转电机可以分为同步电机和异步电机两类。
同步电机按转子结构形成分为凸极同步电机和隐极同步电机。
同步电机主要用作发电机,也有用作电动机和调相机。
异步电机中主要是感应电机,感应电机的转子电流是由定子电流感应产生的,故称之为感应电机。
感应电机运行时,其转速不同于同步转速,故又称为异步电机,习惯上所称的异步电机即为感应电机。
感应电机可分为笼型感应电机、绕线型感应电机和换向器型感应电机,笼型感应电机应用最为普遍;感应电机主要用作电动机,很少作为发电机使用,风力发电机组中有采用感应电机。
同步电机和感应电机虽然励磁方式和运行特性有很大的差别,但电机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理却基本上是相同的,存在共性的问题,本篇所要论述的是:交流电机绕组的连接规律、正弦分布磁场下绕组的电动势、非正弦分布磁场下的谐波电动势及其抑制和通有正弦电流时绕组产生的磁动势。
这些问题为后文研究感应电机和同步电机的运行性能提供基础。
4.1 交流电机的工作原理一、同步电机的工作原理以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。
同步电机由定子和转子两部分组成,定、转子之间有气隙,如图4-1所示。
定子上嵌放AX 、BY 、CZ 三相对称绕组。
第四章交流电机绕组的基本理论 (169)4.1 交流绕组的基本要求 (169)4.2 三相单层绕组 (171)4.3 三相双层绕组 (173)4.4 在正弦分布磁场下的绕组电动势 (175)4.5 在非正弦分布磁场下电动势中高次谐波及其削弱方法 (179)4.5.1 感应电动势中的高次谐波 (179)4.5.2 削弱谐波电动势的方法 (180)4.6 单相绕组的磁动势 (181)4.6.1 p=1、q=1短距绕组磁动势 (182)4.6.2 p=1分布短距绕组的磁动势 (183)4.6.3 一般情况下的相绕组磁动势 (184)4.7 三相绕组的基波合成磁动势 (185)4.8 圆形和椭圆形旋转磁动势 (191)4.9 谐波磁动势 (192)4.10 交流电机的主磁通、漏磁通 (193)习题 (194)第四章 交流电机绕组的基本理论交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。
这两类电机虽然在励磁方式和运行特性上有很大差别,但它们的定子绕组的结构型式是相同的,定子绕组的感应电动势、磁动势的性质、分析方法也相同。
本章统一起来进行研究。
4.1 交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求是:(1) 绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波。
(2) 三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称。
(3) 在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)。
下面以交流绕组的电动势为例进行说明。
图4.1表示一台交流电机定子槽内导体沿圆周分布情况,定子槽数Z=36,磁极个数2p =4,已励磁的磁极由原动机拖动以转速了n 1逆时针旋转。
这就是一台同步发电机。
试分析为了满足上述三项基本要求,应遵守哪些设计原则?1. 正弦分布的磁场在导体中感应正弦波电动势以图4.1中N 1的中心线为轴线,在N 1磁极下的气隙中磁感应强度分布曲线如图4.2所示。
只要合理设计磁极形状,就可以使得气隙中磁感应强度呈正弦分布,即, 旋转磁极在定子导体(例如13、14、15、16号导体)中的感应电动势为)(θb )(θb θB θb cos )(m =θcos )θ(m c lv B lv b e ==(4.1)式中,l 为导体有效长度,v 为磁极产生的磁场切割导体的线速度。