交流电机绕组分析计算

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， Z 0 360  槽距电角----用电角度来表示的相邻两个槽之间的角度， Z p 0 1 360  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 Z p 0 1 360  =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 pm Z q 2  =36/4/3=3；每相在每个极 下所占有的槽数。 步骤 3 极距 p Z 2  =36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。 节距 y1=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。 y1τ , 长距 根据极距画磁极（笔记） ，根据节距画线圈；绘制绕组展开图。 步骤 4 由于相同极相组的绕组串联连接，与端部无关，可以把单层叠绕变成单 层同心绕制。 各线圈边连接的先后次序不影响每相电势的大小， 适当改变每相线圈边 的连接顺序，除了同心式外，还可以得到交叉式、链式绕组的展开图。 步骤 5 确定并联支路数。 （一般单层绕组每相最大并联支路数等于极对数）. 本 例 a=1 步骤 6 把属于 A 相的所有极相组串联起来，形成 A 相。同理可得 B 、C 相。 A —1,10—2,11—3,12—--19,28—20,29—21,30—X 4．3三相双层绕组(适合 10kW以上交流电机) 步骤 1 绘制槽电势星形图 槽距电角 Z p 0 1 360  =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 pm Z q 2  =36/4/3=3；每相在每个极 下所占有的槽数。 步骤 3 极距 p Z 2  =36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。 节距 y1=7τ , 短距; 一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离，用槽数 计。 交流绕组中，通常 5 次和 7 次谐波对电势、磁势波形影响比较大，为此 选择双层短距绕组，节距  6 5 1 y 。这里 y1=7 说明线圈的一个边放在 m 槽上层，另一边放在 m+y1槽的下层。 步骤 4 极相组划分（按上层边划分） 步骤 5 确定并联支路数。 （一般双层绕组每相最大并联支路数等于极数）. 本 例 a=2 步骤 6 展开图 4．4在正弦分布磁场下的绕组电动势 1．导体电势 导体电势幅值 lvBE mmc11  导体电势有效值 11 1 11111 22.2 2 2 60 2 60 2 2 1 2 1     ff pn lBn p lBlvBE mmmc  2．匝电势、短距系数 （1） 整距线匝：线匝电势为两个导体电势矢量和， 1 . 1 . 1 . 1 . 2 ccct EEEE 线匝电势有效值 111 44.42fEE ct  （2） 短距线匝：此时两个导体电势矢量夹角为 1 y   ，根据矢量图得 1 1 1 2 ) 2 1 s in( c t E E y   ，合成矢 量 有 效 值 为 ，            1 11 2 s i n2 y EE ct ， 记 111 2 yct kEE ， 称            1 1 2 s i n y k y 为短距系数。 其物理意义：线圈短距时的电动势比整距时（ky1=1）应打 折扣。ky11 线 圈 有Nc个 线 匝 时 ， 线 圈 的 基 波 电 动 势 为 11tcy ENE = 11 2 ycc kNE 3．线圈组电势、分布系数 每个线圈组由 q 个线圈串联组成，这 q 个线圈电势的相量和就是线圈组电动 势。每个线圈电动势为 Ey1，线圈间相差槽距电角α 。q 个分布线圈相位关系 假设如图示（笔记）则：          R E q RE y q 2 2 sin 2 sin2 1 1 1 1   因此线圈组电动势 ： 1 1 1 1 111 1 1 11 2 sin 2 sin 2 sin 2 sin y q qqyyq qE E q q kkqE q q qEE     1 物理意义：线圈分布时的电势比集中绕组应该打的折扣。 绕组系数： 111qyN kkk 它是考虑到绕组短距、分布排列后感应电动势需 要打的折扣。 整距绕组 ky1=1；短距绕组 kq1=1. 4．相电势 一相绕组中一条支路所串联的线圈组电动势和就是每相电动势。 11111 44.42 NN fNkfNkE 1 .  E 滞后磁通 . 900 N 每相绕组每条支路串联总匝数。N=电机绕组总匝数/3a 或者 c qN a p N 2  （双层） c qN a p N  （单层） 例题 p191--4.3 4．5在非正弦分布磁场下电动势中的高次谐波及其削弱方法 4.5.1 感应电动势中的高次谐波 只要励磁磁势在气隙中产生的磁场非正弦分布，就存在谐波。同样，感应电 动势中除了基波外还有其它高次谐波。例如在同步电机中，磁极磁场沿着电枢表 面分布为平顶波，在磁极对称和磁密分布对称时，可以分解出基波和 3、5、7、 9 等高次谐波。 ν 次谐波极对数 pp   槽距电角 1  ν 次谐波极距      ν 次谐波转速 1 nn  ν 次谐波频率 1 60 f np f    ν 次谐波短距系数             1 2 sin y k y ν 次谐波分布系数 2 s i n 2 s