电机学第2篇交流电机的共同理论.doc

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1、电机学第二篇交流电机的共同理论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 交流电机的绕组及其磁势序第一节交流电机的基本作用原理第二节交流绕组第三节绕组的感应电动势 第四节谐波电动势及其削弱方法 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 ： 异步电机第一节工作原理、分类、结构? 先讲结构* 后讲原理一、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* 希望较

2、强的磁场* 导磁好、损耗小* 硅钢片* 内表面开槽：放绕组1? (2) 定子绕组? 线圈? 按一定规律放? 单层绕组、双层绕组? (3) 机座? 2.转子? 同步机与异步机转子不一样? 铁芯* 外表面开槽? 绕组二、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2? 异步电机 原理在第九章讨论? 直流电机原理在第十六章讨论三、异步电机工作原理（放在第九章讨论较合适）1. 静止起动?三相电流 =>三相绕组 =>旋转磁场 B1=>B1 切割转子导条（因为转子静止）=&g

3、t;感应电势 E2 =>感应电流 I2（因为转子闭合）=>B1 与 I2 作用 =>电磁转矩 T=>当 TT0TL 时，转子从静止开始起动?其中： T0 空载转矩?TL 负载转矩2. 平衡 ?转动： n 增加 =>转差减小：“切割”速度下降 =>E2 =>I2 =>T =>当 TT0TL 时，转子匀速转动?3. 干扰：?若 TL => T0 TL T 时，失去平衡 =>?转速 n =>转差 => “切割”速度 =>E2 =>I2 =>T =>直到TT0TL ，自动重新平衡?法：第二节交流绕组作

4、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）3* 相数：单相、三相* 层数：? 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、集中绕组交流绕组的基本述语? 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 )* 关系 :em? 相带 ：每极面下每相绕组所占范围（ 60 度）? 每极每相槽数 ： qQ12 pm? 槽距角 ：相邻两槽之间的角度p360Q1? 极距 ：相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离 , 定子内表面弧长 （槽数）：Q12

5、 p? 节距 （跨距）：线圈宽度 y*y称为整 距， y称为短距， y称为长 距相带与电势星形图交流绕组基本要求:? 1 三相基波电动势和磁动势要 对称 .? 2 力求获得 较大的基波 电动势和磁动势 ,尽量减小或 消除谐波 分量 .? 3 提高导线的利用率 ,提高制造的工艺性 .绕组展开图4? 表示定子绕组的联结关系? 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）三相单层绕组（了解）? 每槽只有一个线圈边

6、,结构和嵌线较简单 ,适用于 10kv以下的小型交流电机 .? 分类：* 链式绕组：* 交叉式绕组：* 同心式绕组：* 例： Q1 =24，2p=45三相双层绕组? 每绕组两有效边? 每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈）? 整距、短距绕组? 例： Q1=24，2p=4? ? =24/4=6? q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=2? 12个相带? A-Z- B-X- C-Y-A-Z-B-X-C-Y并联支路数6?条件 :不改变和极相组内的电流方向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

7、（三相绕组）? 并联支路数? 每相串联匝数? 极数? 极相组数（每相）? 例：某交流电机定子绕组， Q1=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、几个相绕组第三节、三相定子绕组的电动势7（以三相同步电机为例）1、整距绕组的电动势? 旋转磁场每极磁通1 cost? 切割定子绕组（以发电机为例）? 形成感应电动势（电势） (Ec 或 Ey)ey yN y1 sin t* N y 线圈匝数? 有效值

8、：Ey y1 N y14.44 f1N y 12? 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 ”2、短距绕组的电动势? 短距线圈两边切割 B产生的 E不是正好差 180度合成时，乘一系数? 或：短距线圈中交链的磁通减少电势减少。Ey y1 N y ky11 4.44 f1 N yky1 12? 短距系数K y1 cossiny1 902* 短距系数相当于： 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 。3、线圈组的电动势? 分布绕组? 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

9、（相量和）Eq1Ey10Ey1Ey1(q1)? 则：8Eq1qkq1 E y1Eq1( y)qkq1E y1( y ) 4.44 f1 N y kq1 E y1 1 4.44 f1 N y kw1 1? 分布系数：Eq1s i nqaK q12qEc1aq si n24. 相电势(1)并联支路数 与每相串联匝数* 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）? 串联支路数： a2 pqN y? 每相串联匝数： Na?单层绕组：N? 双层绕组pqN ya(2

10、) 相电势E 12 p Eq 1( y1 )2 p 4.44 f1qN ykw1 1aa4.44 f12 pqN q kw1 1 4.44 f1 Nkw1 1a当 kw1 1时 为变压器感应电动势有 效值计算公式? P100例谐波电动势?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?相电动势中 v 次谐波电动势有效值：E v4.44 f v Nkwvv9对应的谐波绕组系数为：K wvK yvK qvk yvcosv2kqvsin qvq sin v25、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）El3E2 1E2 5E 2 7E

11、 211第四节谐波电势的减小? 1. 波形畸变率：U 22U 32U 42U N2KuU 1? 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）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。? 例： E1100,E3=30,E5=20,E7=10? 则谐波系数为E32E52E72302202102kE1100%10037.4%10? 若各谐波电动势的绕组系数分别为

12、：? 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E32E52E729242 12kE1100%9610.31%? 思考题：? 64，65，66? 习题：? 62，63，67第七章 第七章磁动势、磁场一、单相绕组的磁势- 脉振磁势? 1、整距绕组磁势* 不计铁芯磁阻、气隙均匀* 磁势为方波，当线圈中电流为正弦交流电i 2I sin t* 则： f y x,t12N yiN yI sin t22? 傅立叶分解：11? 傅立叶分解：得式（ 3-11）1N yi2N yI sintf y x,t22

13、2 N y I 4 sin x1 sin 3x1 sin 5xsin t2350.9N y Isin x1 sin 3x1 sin 5xsin t35? 其中基波分量f y1 x, t0.9N y I sin x sint? 幅值Fy12N y I 0.9N y I2 4? 2、线圈组的磁势? 集中绕组 与分布绕组? q个线圈，相位不同：Fq1qFy1K q1? 其中：分布系数Fq1sin qaK q12qFc1aq sin212? 3、短距绕组? 双层绕组常采用短距绕组? 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F12Fq1 K y1? 其中：短距系数K y1 co

14、ssiny1 902? 短距角? 4、相绕组磁势? 最后得：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。? F 12Fq1K y10.9 Nk w1 Ip? 其中：2qpN y* 每相串连匝数：Na* 绕组系数K w1K y1 K q1谐波磁势（了解）? 类似得谐波磁势F v421 Nkwv I0.9 1 Nkwv I 安匝 极2v pv p? 其中 K wvK yv K qvk yvcosv213sin qvkqvq sin v2单相绕组的磁通势的性质?空间位置 固定、幅值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

15、重合?基波磁通势的幅值：F 10.9 Nk w1 Ip次谐波磁通势的幅值：F v0.9 1 Nkwv IF v1 kwvv pv谐波次数越高，幅值越小。脉振磁势可分解为两个旋转磁势? 因为：f A1 F 1 cosx cos1tx)1x)F 1 cos(F 1 cos( t22F F? 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、转向相反二、三相绕组的磁势? 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f A1F 1 cosx cos tfB1F 1 cos(x120 ) cos(t120 )fc1F 1 cos(x240 ) cos(t

16、240 )? 三相共六个旋转磁势：14f A11 F 1 cos(tx)1 F 1 cos(tx)22fB11 F 1 cos(tx)1 F 1 cos(tx240 )22fC 11 F 1 cos(tx)1 F 1 cos(tx120 )22? 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：f1 x,tf A1f B1f C1F1 costx幅值：F13 F10.9 3Nk w1 I1.35 Nk w1 I22pp? （ 积化和差增加一个系数： 1/2 ）旋转磁势的性质f1 x,tF1 costx? 由? 知：* 是旋

17、转磁势* 既是空间函数、又是时间函数n060 f1* 转速：p* 幅值大小不变* 某相电流达最大，旋转磁势幅值将转到该相绕组轴线处。* 改变电流序，转向相反 。关于：改变电流相序，转向相反如 B、C 相对调：f A1F 1 cos t cosxf B1F 1 cos( t240 ) cos(x120 )f C1F 1 cos( t120 ) cos(x240 )15I0，所以无 f016即：fff1tx)1tx)A1F 1 cos(F 1 cos(221tx)1tx120 )B1F 1 cos(F 1 cos(221tx)1tx120 )C1F 1 cos(F 1 cos(22f1 (x,t

18、)f A1fB1fC1F1 cos( tx)所以：关于谐波磁势 （一般了解）幅值：F v0.9 1 Nkwv Iv p但 2k 次谐波磁势幅值为零（空间互差120 度）转速：转向：n0n0vvv 6k 1: 合成磁通势为一种磁通n0势， n0vvv 6k 1: 旋转方向与基波合成磁 通势相反v 6k 1: 旋转方向与基波合成磁 通势相同? v 6k 3 : 合成磁通势为零第四节不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势? 不对称电流分析：、 0? 正序电流 正向旋转磁势 : f+? 序序电流 反向旋转磁势 : f?星形绕组：相电流中无? f+与f+：* 大小不一定相等；* 转速相同；* 转速相等

19、? 椭圆形旋转磁势FFF? 当FF_时，脉振磁势? 当F、F_之一为零时，园形旋转? 一般情况： F F_，但均不为零，椭圆形旋转磁势? 习题教程中的重点习题? CH1：2,3,4,6,7,9,10,12? CH2：1,2,4,5,6,11,15,16,19,25,26,27,29,31,32,33,36,40,42,47? CH3: 2,3,5,9,10,11,15,16,24,34,35? CH4: 1,2,3,16,18,24,28(看懂 )? CH5:1,2,6,7,8,11,12,17 (看懂 )? CH6: 911选一， 19,20,23/25,33,35,38? CH7: 1,2

20、,3,5,7,8,10,14/16/17,18(看懂 ),19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? 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 （

21、幅值、转速）建立的磁场就是旋转磁场? 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）17? 短距、分布绕组可以改善电动势的波形。? 相绕组电动势? 思考题：* 7-1， 7-3， 7-5, 7-9? 习题：* 72，7-3(1)(3) ，7-7第八章电机的发热和冷却（了解，自习）? 第一节 电机的额定容量? 第二节 电机的发热? 第三节 电机的散热第一节电机的额定容量? 输出 <输入? 损耗发热温度升高? 绝缘材料破坏寿命下降? 温升? 产生热量 =发散热量，平衡? 额定容量：运行的各参量均在规定的数值? 是输出量：发电机：输出电功率?电动机：输出机械功率第二节电机的发热一、电机损耗* 基本铜耗* 基本铁耗* 机械损耗* 附加损耗（杂散损耗）二、电机的发热理论w (1e t T )Q e t TQ 发电机的起始温升w 发电机的最终温升18测定电机各部分温度的方法温度计法电阻法埋置检温计法叠加法（双桥带电测温法）第三节电机的散热? 电机冷却Q e t T? 冷却方式* 自冷却* 自扇冷却* 它扇冷却19第二篇完20