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第二篇 交流电机的共同问题,第六章 交流电机绕组及其感应电动势 第七章 交流绕组的磁动势 第八章 电机的发热和冷却,第六章 交流电机绕组及其感应电动势,一、旋转电机结构上的共同点: 定子,转子,绕组三个主要部分。 一般由励磁绕组产生磁场,电枢绕组上实现机-电能量的转换。励磁绕组和电枢绕组可以在定子上也可以在转子上,之间有气隙隔开。 电枢绕组与磁场的相对运动,同时产生感应电势,感应电势电流和磁场相互作用产生电磁转矩。,6-1 旋转电机的基本作用原理,交流电机定子,鼠笼式转子,绕线式转子,交流电机定子,笼型转子,交流电机定子,绕线式转子,直流电机转子,交流电机转子,交流电机定子,交流电机定子,二、电机的可逆性,一台旋转电机从理论上,既可作发电机也可作电动机。 发电机状态:当电磁转矩与电机转速的方向相反,或者说电机的旋转依赖于外部机械转矩输入时,则此时电机工作在发电机状态; 电动机状态:当电磁转矩与转速同向,或者说电机输出电磁转矩,则电机工作于电动机状态。 从电功率侧来看,向电网输出电功率为发电机,吸收电网功率为电动机。,从磁场的角度看:直流电机的磁场在空间上是固定的;(三相)交流电机的磁场是旋转的,以定子圆周为参考,转速由电网频率和电机的磁极数确定,称为同步转速,通常用n1表示。,产生圆形旋转磁场,同步电机(机械旋转磁场),异步电机(电气旋转磁场),特点:1、三相电枢(定子)在空间按120对称布置。 2、转子转速和旋转磁场转速相同(同步)。 3、三相感应电势互差120电角。,三、同步电机基本作用原理(常作发电机),四、异步电机的基本作用原理(常作电动机),1、三相空间对称定子绕组(按极对数),转子为三相短路绕组。 2、当三相空间对称绕组通以三相对称电流时,产生旋转磁场,切割转子绕组,转子导体中产生感应电流,与磁场相互作用,形成电磁转矩。 3、设磁场转速为n1(同步转速),转子转速为n,则转子绕组中产生感应电流的必要条件是n1-n0, 才有磁场对导体的切割。以转 差率S=(n1-n)n1表示。 4、转子转速与同步转速不同,异步电机,交流电机绕组主要是同步电机电枢绕组和异步电机励磁绕组,部置在定子槽中。如以三相交流绕组为例,绕组构成的原则是: 对称:每相绕组在定子空间占位对称; 均匀:各相间在定子空间错位为120电角度;保证各相的电动势和磁动势要对称,电阻、电抗要平衡; 电势相加:线圈两个圈边的感应电势应该相加,如线圈的一个边在N极下,另一个应在S极下。,基本概念:按一定规律排列和连接的线圈的总称.,6-2 交流绕组,元件(线圈),绕组的相关术语,术语1:电角度,几何上,把一圆周所对应的角度定义为360机械角度。 在电机中,磁场每转过一对磁极,电势变化一个周期,称为(一个周期)360电角度。一对磁极所对应的角度定义为360电角度。 磁极对数为p时,圆周机械角度为360,则电角度为=p*360 ,术语2:相带,为了三相绕组对称,在每个极面下每相绕组应占有相等的范围相带。 每个极对应于180电角度,如电机有m相,则每个相带占有 电角度。三相电机m3,其相带为60,按60相带排列的绕组称为60相带绕组。,术语3:每极每相槽数q,q1分布绕组 整数槽绕组q为整数 分数槽绕组q为分数,每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、极对数p和相数m为,则,术语4:槽距角,已知总槽数Z、极对数p 相邻两槽之间的电角度,术语5:极距,相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离。 弧长表示: 基波磁场每极对应槽数表示:,术语6:节距 y (跨距),表示元件的宽度。元件放在槽内,其宽度可用元件两边所跨越的槽数表示。,分析工具:槽导体电势星形图,相距360度电角度,导体电势时间上同相位,把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示,构成一辐射星形图,第一对极,第二对极,交流绕组通电以后,必须形成规定的磁场极数; 多相绕组必须对称,m相绕组的轴线在空间互差360/m的电角度; 合成电动势和磁动势的波形要接近于正弦形; 在一定的导体数下,获得较大的基波电势和基波磁势,三相绕组尽可能采用60相带; 绕组的铜耗要小,用铜量要省; 绝缘要可靠,机械强度、散热条件要好,制造要方便。,对交流绕组的要求:,一、三相单层绕组,单层每槽中只放置一层元件边,元件数等于槽数的一半,无需层间绝缘,结构和嵌线较简单; 单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机,其极对数通常是pl,2,3,4;,交流绕组的形式:,每槽电相角,例:设定子槽数Z=24,2P=4,三相(m=3)交流电机定子绕组。,解:按照对称原则每相所占槽数为,每极每相槽数为,极距(每极槽数),1、等元件组,a z b x c y a z b x c y,(1)分极分相: 将总槽数按给定的极数均匀分开(N,S极相邻分布)并标记假设的感应电势方向。 将每极的槽数按三相均匀分开,空间错开120电角度。,N极下的感应电动势方向一致, S极下的感应电动势方向一致,,以a相为例,a相的一个极绕组为1-7-2-8占去4槽,若为整距,y=,则另一极绕组只能形成同极性磁极相距 ZP = 242 = 12槽,为13-19-14-20 。a相完成。,(2)连线圈和线圈组(符合电势相加原则): 将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈(共有q个线圈,为什么?); 将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组(共有多少个线圈组?),图:单层绕组排列步骤2,连线圈,线圈组,一个线圈组:两个线圈,共有P个线圈组,(3)连相绕组(串联与并联,电势相加原则): 将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组,并标记首尾端。,说明: 属于a相8个槽,即l、2、7、8、13、14、19、20. 根据槽导体电势星形图,按电势相加原则构成元件,每个元件都是整距,y=6槽,即每元件的跨距为6个槽,同为单层,每相每对极可以连接成一个元件组。 2对极,每相2个元件组,1728,13一19一1420。 元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数. 单层绕组每相有p个元件组,如串联方式连接,则并联支路a1,相电势E=pEq,相电流IIc。每相功率PEIpEqIc。,根据相间120电角差可安排b相绕组的槽位置为5-11-6-12和17-23-18-24;c相绕组的槽位置为9-15-10-16和21-3-22-4。完成三相绕组布置。,(4)连三相绕组(接法或者Y接法): 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 。,链式绕组适用于q=2,p1的小型异步电机。例如m3,p2,Z=24,q2,=30,2、三相单层链式绕组,合理改变每相8个线圈边的连接法,可得到 链式、交叉式、同心式三种不同绕组.,1 2 7 8 13 14 19 20,a相:2-7-13-8-14-19-20-1 b相:6-11-17-12-18-23-5-24 c相:10-15-21-16-22-3-9-4,链式绕组的每个元件都是短距。从相电势和磁势角度看具有整距性质,3、交叉式绕组,交叉式绕组适用于q3的小型异步电机。 例如:m3,p=2,q3,则 定子槽数Z=2pmq =2*2*3*336, 槽距角=p*360/Z=20,属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、19、20、21、28、29、30共12个元件边,两个大圈,一个小圈,210,311相连,是节距为8的(大)线圈 1219相连,节距为7的(小)线圈 2028,2129相连,节距为8的大线圈 301相连,节距为7的小线圈。 依次二大一小交叉布置为交叉式绕组,交叉式绕组可看成链式绕组中的q=3,无法均分为两半,只能一边为1,另一边为2,节距也不同。 b相和c相的连接规律与a相完全一样,=20,相间相差6个槽。如第2槽为a相首端,则b相首端是第8槽,c相首端是第14槽。,属于a相的有8个元件边,把1与12相连构成一个大线圈,2与11相连构成一个小线圈。这一大一小组成一个同心式线圈组。13与24相连,14与23相连组成另一同心式线圈组。然后把两个线圈组反向串联,以保证电势相加.,3、同心式绕组,对于pl的小型三相异步电动机和单相异步电动机,每极每槽数q较大,采用同心式绕组嵌线.,例如:m3,p=1,q4。则定子槽数Z=2mpq2*3*l*424,槽距角15,大圈在外,小圈在内,在外形上有多种绕组型式:元件节距可以整距、短矩或长短,合理选用绕组型式,可以节省铜线,简化工艺。 分析相电势:采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件构成方式不同、导体连接先后次序不同,而构成绕组的导体所占的槽号是相同的,都在属两个相差180电角度的相带内,三相单层绕组的节距因数均为1,具有整距绕组性质。 优点:绕组因数中只有分布因数,基波绕组因数较高,无层间绝缘,槽利用率高。 缺点:对削弱高次谐波不利,无法改善电势波形和磁势波形,漏电抗较大。 使用:一般用于10kW以下小功率电机。(功率较大或对波形要求较高的电机,通常采用双层绕组。),三相单层绕组小结,由于有效边可以重叠,故节距选择可有整距y=Z2P,短(长)距y=(Z2P),且可以为小数,为电机的结构设计和改造带来方便。,二、三相双层绕组(叠绕组),双层每槽中有两个元件边,分为上下两层放置。靠近槽口的为上层,靠近槽底部为下层。双绕组一般为等元件绕组,每个元件均有一个边放在上层,一个边放在另一槽的下层,相隔距离取决于节距。 线圈数=槽数,每相元件数即为槽数的三分之一。,构造方法和步骤 (1)分极分相: 将总槽数按给定的极数均匀分开(N,S极相邻分布)并标记假设的感应电势方向; 将每个极域的槽数按三相均匀分开。空间错开120电角度。 (2)连线圈和线圈组(电势相加原则 ): 根据给定的线圈节距连线圈(上层边与下层边合一个线圈) 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈。 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组。,(3)连相绕组: 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组,并标记首尾端。 串联或并联。 按照同样的方法构造其他两相。 (4)连三相绕组 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 接法或者Y接法,例:Z=24,2p=4,m=3,则每极每相槽数q2,槽距角30,分别用整距和短距布置绕组。,整矩绕组:跨距y6,每个元件的上层边与下层边相距6个槽。例如第l槽的上层边应与第7槽的下层边接成一个元件。同理2-8,3-9,4-10,.相连,共计有24个元件。 “”为下元件边,用虚线表示,整距,a相8个元件分成4个元件组,各元件组的连接规律为l-7-2-8,7-13-8-14,13-19-14-20,19-1-20-2,分别用I、表示。,整距绕组,当磁场切割绕组时,该四个元件组的电势大小相等,I、组电势时间上同相,、IV组电势与I、组电势反相。 各元件组可以串联、并联、或一半串联后再并联。相绕组可以有不同连接方式,当通以电流形成4极磁场。,y=(24/4)-1=5(槽)短距,a相的4个元件组,分别是l-6-2-7,7-12-8-13,13-18-14-19,19-24-20-l,三相双层叠绕组是交流电机最常用的一种绕组形式,方便地设计短距。接线中常用三相双层叠绕组接线图。,短距绕组,短距时,在某些槽中,其上层元件边与下层元件边可能不属一相,在这些槽中,上层与下层之间有较大电位差,应加强层间绝缘。 短距时,同一相的上、下层导体错开了一个距离,用短距角表示,表示一个元件的上层导体电势和下层导体电势的相位差是180-电角度,合成电势时应计及节距因数kp。,习题
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