交流电机统一问题

为什么有些国家使用220V交流市电，而有些国家是110V呢？目前全球民用交流标准电压主要有两种：110V区域（100～130V）和220V区域（220～240V）。

我国内地、我国香港地区（200V）、英国、德国、法国、意大利、澳大利亚、印度、新加坡、泰国、荷兰、西班牙、希腊、奥地利、菲律宾、挪威等约120个国家和地区使用是交流220V电压区域；而美国、加拿大、日本（100V）、韩国（100V）、我国台湾省等国家和地区则是110V电压区域。

还有的国家是两种兼有，如古巴（110V、220V）、沙特（127V、220V）、印尼（127V、240V）、越南（127V、220V）等国家和地区。

那么这为什么不是统一的呢？首先，先介绍一下交流电的产生，并先提到一个人：伟大的塞尔维亚裔美国物理学家、电气工程师、发明家、无线电技术的实际发明者、“交流电之父”——Nikola Tesla（尼古拉·特拉斯）（1856～1943年）。

T.特拉斯是与Thomas Alva Edison（托马斯·阿尔瓦·爱迪生）即合作又竞争过的一位大发明家。

他的发明不亚于M.法拉第的电磁感应，他对当今世界的影响甚至超过T.爱迪生。

N.特斯拉以交流电系统这一伟大的发明，于2006年被选入世界十大多产发明家。

1884年，他经人引荐成为爱迪生公司的一名员工。

当时由爱迪生公司制造的直流供电系统正如日中天，开创了世界电灯照明时代。

N.特斯拉向T.爱迪生提出自己的建议：研究交流供电系统，以此来替代存在诸多缺陷的直流供电系统。

但T.爱迪生态度冷淡，不以为然，认为由他制造的直流供电系统已经足够使用，只需在此基础上进行改进就可以了。

T.爱迪生的观点基于他丰富的阅历和经验（在19世纪中叶，几乎所有的人都认为在实践中不可能使用交流电）以及巨大的利益驱使。

从科学的理论角度出发，N.特斯拉坚信制造交流供电系统是可行的，它可以有效地克服直流供电系统不能远距离降输（直流电传输无法超越1千米的范围）、电能损耗大、运行成本高的缺陷。

【图书名称】煤矿电工手册（修订本）第一分册：电机与电器（上下）【图书名称】煤炭电工手册（修订本）第二分册：矿山供电（上）【图书名称】煤炭电工手册（修订本）第二分册：矿山供电（下）【图书名称】煤炭电工手册（修订本）第三分册：煤矿固定设备电力拖动【图书名称】煤炭电工手册（修订本）第四分册：采掘机械的电气控制及通信（上下）【出版社】煤炭工业出版社：1999-2-1【开本】16开【装帧】全套精装【定价】939.00本册主要包括：第一部分：电工常用计算公式、定律、名词术语、常用电气符号及单位，电气设备防爆基础，电工材料和电工测量仪表，是《煤矿电工手册》的基础部分，可以从中查阅到电气设备修理、运行工作的基本计算方法和数据；第二部分：交直流、高低压电动机，高低压开关，特殊电动机及各种变压器的修理方法和改变电压、频率、极数、容量的接线方式，为从事各种电气设备修理人员提供了详细的修理工艺、技术数据、计算与试验方法。

本书可供煤矿及其他企业从事电气设备修理工作的技术人员、工人查阅使用。

第一章电工基础第一节电工名词解释第二节常用定律及公式第三节应用举例第四节电工常用单位、变压器绕组上的电压分析第五节电工系统常用图形符号及辅助文字符号第二章煤矿常用电工测量仪表的使用第一节电工测量仪表的基本知识第二节电流表和电压表的使用第三节功率表的使用第四节电能表的使用第五节电桥的使用第六节兆欧表的使用第七节接地电阻测量的使用第八节相位表的使用第九节万用电表的使用第十节数字万用表（DMM）第十一节其他一些常用仪表第三章煤矿用防爆电气设备第一节概述第二节防爆电气设备的通用要求第三节矿用隔爆型电气设备第四节矿用本质安全型电气设备第五节其他类型的防爆电气设备第六节国外防爆电气设备标准第四章电工材料第五章三相交流电动机的共同问题第六章低压三相异步电动机第七章高压电动机第八章直流电机第九章变压器第十章高压开关第十一章低压开关第十二章小型电器计算第十三章特殊用途的电机电器第十四章家用电器用电动机参考书目本书共分九章，主要包括三大部分内容：（一）提升机的电力拖动，包括交直流电动机的拖动计算、电气设备选择、典型的控制线路以及电气设备的安装、调试、运行维护和故障处理。

电机控制原理是一个复杂的主题，涉及电力电子、电机学、控制理论等多个领域。

以下是一些关于电机控制原理的书籍推荐：
《电机学》：这本书是电机控制领域的基础教材，详细介绍了电机的结构、工作原理、性能特点等，是学习电机控制原理的必备书籍。

《现代电力电子学与交流传动》：这本书涵盖了电力电子技术和交流传动技术的基础知识，对于理解电机控制中的电力电子变换和控制技术有很大帮助。

《电力拖动自动控制系统》：这本书介绍了电力拖动系统的基本原理、控制方法和系统设计，对于电机控制系统的分析和设计具有重要指导意义。

《交流电机数字控制系统》：这本书详细介绍了交流电机的数字控制技术，包括矢量控制、直接转矩控制等，是深入学习交流电机控制原理的必备书籍。

《电机现代控制技术》：这本书涵盖了现代电机控制技术的各个方面，包括新型电机控制策略、智能控制算法等，对于了解电机控制领域的最新进展很有帮助。

此外，还有《交流电机统一理论》、《异步电动机的矢量变换控制原理及应用》、《交流电机及其系统的分析》、《交流电机动态分析》、《交流调速系统》、《异步电机直接转矩控制》、《同步电机调速系统》等书籍，也可以作为学习电机控制原理的参考书籍。

这些书籍各有侧重，读者可以根据自己的需要和兴趣选择合适的书籍进行阅读。

同时，建议结合实践项目进行学习，以加深对电机控制原理的理解和掌握。

第四章 交流电机绕组的基本理论4．1 交流绕组与直流绕组的根本区别是什么？ 交流绕组：一个线圈组彼此串联直流绕组：一个元件的两端分别与两个换向片相联4．2 何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组而不用120°相带绕组？相带：每个极下属于一相的槽所分的区域叫相带，在三相电机中常用60相带而不用120相带是因为：60相带所分成的电动势大于120相带所分成的相电势。

4．3 双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？ 双层绕组：max 2a P = 单层绕组：max a P =4．4 试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围？单层绕组：简单，下线方便，同心式端部交叉少，但不能做成短匝，串联匝数N 小（同样槽数），适用于10kW <异步机。

双层绕组：可以通过短距节省端部用铜（叠绕组）或减少线圈但之间的连线（波绕），更重要的是可同时采用分布和短距来改善电动势和磁动势的波形，因此现代交流电机大多采用双层绕组。

4．5 为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？绕组短距后，一个线圈的两个线圈边中的基波和谐波（奇次）电动势都不在相差180，因此，基波和谐波电动势都比整距时减小；对基波，同短距而减小的空间电角度较小，∴基波电动势减小得很少；但对V 次谐波，短距减小的则是一个较大的角度（是基波的V 倍），因此，总体而言，两个线圈中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因此谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度∴可改善电动势波形。

绕组分布后，一个线圈组中相邻两个线圈的基波和ν次谐波电动势的相位差分别是1α和1v α（1α槽距角），这时，线圈组的电动势为各串联线圈电动势的相量和，因此一相绕组的基波和谐波电动势都比集中绕组时的小，但由于谐波电动势的相位差较大，因此，总的来说，一相绕组的谐波电动势所减小的幅度要大于基波电动势减小的幅度，使电动势波形得到改善。

高压电动机旳启动、停止规定一、检修运营电动机检修后，检修工作负责人在办理工作票终结时，应向运营人员交待设备状况、绝缘电阻值和电动机试转正常（转向对旳）等，合格后方可联系送电操作。

二、工作程序电动机所带机械所属单位需停、送电时，由所属单位值班负责人填写“设备停电联系单”或“设备送电联系单”联系。

三、绝缘测量电动机送电前，应根据《电动机绝缘电阻旳规定》有关内容决定与否测量绝缘。

四、开机检查电动机启动前应进行外部检查，检查工作由负责电动机启动和运营旳人员进行。

检查内容为：1、电动机上或其附近有无杂物和与否有人工作。

2、电动机所带机械与否已准备好，并可以启动。

3、轴承和启动装置中旳油位与否对旳，轴承如系强力润滑及用水冷却者，检查其系统与否正常，并先使其投入运营。

4、如系空气冷却器冷却旳电动机，应送上冷却水。

5、对于使用熔断器旳电动机。

保险应按规定配备使用，且三相一致。

五、远程控制对远方操作旳电动机，由负责电动机运营人员进行检查后，告知远方操作者，阐明电动机已准备好可以启动，负责电动机运营旳人员应留在电动机旁，直到电动机升到额定转速正常运营为止。

六、注意事项：1、电动机旳启动应逐台进行，一般不容许在同一母线上同步启动两台以上电动机。

由机组人员启动6KV高压电动机时，应先告知电气主值调节好母线电压。

2、鼠笼式转子旳电动机在正常状况下，容许在冷态下启动两次，每次间隔时间不得不不小于5 分钟；在热态下容许启动一次，只有解决事故时以及启动时间不得超过3秒旳电动机，可以多启动一次。

3、电动机再次启动时间间隔（以实际旳启动电流延续时间为准）①对启动时间不不小于10秒者不少于5分钟。

②对启动时间不小于10秒者不不小于30秒者不少于30分钟。

③对启动时间不小于30秒者不不小于60秒者不少于60分钟。

（注：电动机停转时间等于或不小于30分钟者为冷态，电动机启动电流由大衰减到最小或停转时间不不小于30分钟者为热态）3、若电动机在热态下因过流保护动作跳闸一般不得再启动。

克拉克(CLARKE)和帕克(PARK)变换1918年，Fortescue提出对称分量法，为解决多相(三相)不对称交流系统的分析和计算提供了一个有效方法。

对称分量法是用于线性系统的坐标变换法。

它将不对称多相系统(后面均以三相系统为代表)以同等待定变量的三个三相对称系统来代替，其中正序、负序系统是两个对称、相序相反的三相系统；零序系统是一个三相幅值相同、三相量同相的系统，用来反映三相量之和不为零的不平衡量。

CLARKE 变换首先是将基于3 轴、2 维的定子静止坐标系的各物理量变换到2 轴的定子静止坐标系中。

该过程称为Clarke 变换，PARK 变换此刻，已获得基于αβ 2轴正交坐标系的定子电流矢量。

下一步是将其变换至随转子磁通同步旋转的 2 轴系统中。

该变换称为Park变换在矢量控制中包括以下系统变换从三相变换成二相系统Clarke变换直角坐标系的旋转（αβ静止）到（旋转d q），称为Park 变换反之为Park 反变换关于park变换从数学意义上讲，park变换没有什么，只是一个坐标变换而已，从abc坐标变换到dq0坐标，ua,ub,uc,ia,ib,ic,磁链a,磁链b,磁链c这些量都变换到dq0坐标中，如果有需要可以逆变换回来。

从物理意义上讲，park变换就是将ia,ib,ic电流投影，等效到d,q轴上，将定子上的电流都等效到直轴和交轴上去。

对于稳态来说，这么一等效之后，iq,id正好就是一个常数了。

从观察者的角度来说，我们的观察点已经从定子转移到转子上去，我们不再关心定子三个绕组所产生的旋转磁场，而是关心这个等效之后的直轴和交轴所产生的旋转磁场了。

Clarke变换将原来的三相绕组上的电压回路方程式简化成两相绕组上的电压回路方程式，从三相钉子A－B—C坐标系变换到两相定子α－β坐标系。

也称为3/2变换。

但Clarke变换后，转矩仍然依靠转子通量，为了方便控制和计算，再对其进行Park变换变换后的坐标系以转子相同的速度旋转，且d 轴与转子磁通位置相同，则转矩表达式仅与θ有关。

华中科技⼤学版【电机学】（第三版）电⼦讲稿【第四章】第四章：交流绕组及其电动势和磁动势主要内容：交流绕阻的构成，即绕阻连接规律及电势和磁势。

交流电机分：同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机异步：主要作为电动机，有时也作发电机上述两⼤类交流电机虽然激磁⽅式和运⾏特性有很⼤差别，但电机定⼦中发⽣的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性问题，可统⼀进⾏研究，这就是本章所要研究的交流电机的绕组，电势，磁势问题。

这些问题对于以后分别研究异步电机和同步电机的运⾏性能有着重要意义。

4-1交流绕组的构成和分类本节介绍交流绕组的连接⽅法。

电磁作⽤都与绕组有关，绕组构成了电机的电路部分，是电机的核⼼，必须对交流绕阻的构成和连接有⼀个基本了解。

⼀、交流绕组的构成原则虽然绕组的型式各不相同，但它们的构成原则基本相同，基本要求是：（1）电势和磁势波形要接近正弦波，数量上⼒求获得较⼤基波电势和基波磁势。

为此要求电势和磁势中谐波分量尽可能⼩。

（2）对三相绕组各相的电动势，磁动势必须对称，电阻电抗要平衡。

（3）绕阻铜耗⼩，⽤铜量少。

（4）绝缘可靠，机械强度⾼，散热条件要好，制造⽅便。

⼆、交流绕阻的分类按相数分：（1）单相（2）多相（两相，三相）按每极每相槽数分：（1）整数槽（2）分数槽按槽内层数分：（1）单层（2）双层（3）单、双层按绕阻形状分：（1）叠绕（双层）（2）波绕（双层）（3）同⼼式（单层）（4）交叉式（单层）（5）链式（单层）本章主要介绍三相整数槽绕阻4-2三相双层绕阻本节介绍三相双层绕组展开图。

对于10kw以上的三相交流电机，其定⼦绕组⼀般均采⽤双层绕组。

双层绕组每个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的⼀个边放在某⼀个槽的上层，另⼀个边则放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-1所⽰，见P 136 P113绕阻的线圈数正好等于槽数在介绍双层绕组之前，⾸先介绍⼀些有关的知识⼀、双层绕组的优点1、可选择最有⼒的节距，以改善电势、磁势波形；2、线圈尺⼨相同便于制造；3、端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度。

电力电子与交流传动系统仿真第6章交流电机的数学模型及参数关系 (1)6.1 三相异步电动机的数学模型 (2)6.2 三相同步电动机的数学模型 (5)6.3 永磁同步电动机的数学模型 (8)6.4 无刷直流电动机的数学模型 (14)6.5 交流电机的参数计算 (17)6.5.1 笼型绕组的多回路模型 (17)6.5.2 电感参数的解析计算 (19)6.5.3 磁路饱和问题的处理 (25)第6章 交流电机的数学模型及参数关系在第5章坐标变换与电机统一理论的基础上，本章针对现代交流传动控制系统中常用的三相异步电动机、三相同步电动机、永磁同步电动机和无刷直流电动机进行数学建模和参数分析，为后续的系统仿真奠定基础。

下面首先阐述电机建模的三个共性问题。

1. 正方向的规定 交流电机的数学模型由电机绕组的电压方程（包括磁链方程）和电机转子的运动方程（包括转矩方程）组成。

由于是对电力传动系统进行分析，考虑的都是电动机，所以采用电动机惯例列写电压方程和运动方程，即在电磁系统方面，以外加电压u 为正，线圈流入正向电流i 时，产生正值磁链ψ；同时，在机械系统方面，电机的电磁转矩em T 为驱动性质，与转子转速Ω同向，而外加负载转矩L T 为制动性质，与转子转速Ω反向，如图6-1所示。

uRL图6-1 正方向的规定2. 基本假设 交流电机的定子一般采用三相对称绕组，为简化问题，同时又不影响数学模型的精度，常作如下假设：1) 定子内壁、转子外表面光滑，不计齿槽效应。

2) 气隙磁密按正弦规律分布，不计空间高次谐波。

3) 铁芯磁路为线性，不计磁饱和效应。

3. 转子运动方程 各类交流电机的转子运动方程都是一样的，即⎪⎩⎪⎨⎧=++=t p t J R T T d d d d 0ΩL emθΩΩΩ（6-1）式中，Ω为转子机械角速度，θ为转子位置角，0p 为电机极对数，J 为转动部分的转动惯量，ΩR 为机械阻尼系数。

其区别仅在于电磁转矩em T 的不同计算。