饮水思 源爱国 电机学 荣校 厚德载 2010卓越工程师班 物 自 上海交通大学电气工程系 强不息
饮水思源爱国荣校 厚德载物自强不息 电机学 2010卓越工程师班 上海交通大学电气工程系
交流电机共性问题 水思 ·交流电机的概念 交流电机的磁场 源爱国 荣 ·交流电机的磁势 校 厚。 交流电机的电势 德 载 交流电机磁势与电势的计算方法 物 交流电机谐波磁势与电势的削弱方法 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 2
饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 2 交流电机共性问题 • 交流电机的概念 • 交流电机的磁场 • 交流电机的磁势 • 交流电机的电势 • 交流电机磁势与电势的计算方法 • 交流电机谐波磁势与电势的削弱方法
饮 交流电机的概念 水 交流电机是交流电能与机械能相互转换的装置。将交流电能转换为机械能的 思 称为交流电动机，而将机械能转换为交流电能的称为交流发电机。 源 交流电是指以正弦规律变化的电量，如单相、三相和多相交流电。 爱 国 以三相对称交流电为例说明交流电机的时空对称性。 荣 三相交流电的时间对称性： 三相正相序，角频率®，初相位： 校 厚 (1)三相电压对称； (2)三相电流对称； f(t)=F cos(ot+o) 幅值F 德 (3)三相感应电势对称： f8(t)=F cos(ot+o-2/3) fc(t)=F cos(ot+p。-4π/3) 载 ★★★★★要求所有电磁量为同频率正弦规律变化。 物 自 三相交流绕组必须设计成具有空间对称性：三相绕组空间互差120电角。 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 3
饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 3 交流电机的概念 交流电机是交流电能与机械能相互转换的装置。将交流电能转换为机械能的 称为交流电动机，而将机械能转换为交流电能的称为交流发电机。 交流电是指以正弦规律变化的电量，如单相、三相和多相交流电。 三相交流电的时间对称性： （1）三相电压对称； （2）三相电流对称； （3）三相感应电势对称； ★★★★★要求所有电磁量为同频率正弦规律变化。 三相交流绕组必须设计成具有空间对称性：三相绕组空间互差1200电角。 以三相对称交流电为例说明交流电机的时空对称性。 ( ) cos( 4 / 3) ( ) cos( 2 / 3) ( ) cos( ) 0 0 0 f t F t f t F t f t F t C m B m A m 三相正相序，角频率 ，初相位0 ： 幅值 Fm
饮 交流电机的磁场 水 思 根据时空对称性，如感应电势对称，说明三相绕组匝链的磁链对称，要求正弦 磁场相对绕组旋转。通常可以按照如下三种三相绕组与磁场的方式： 源 (1)三相绕组静止，磁场为旋转磁场； (2)磁场空间静止，三相绕组空间旋转； 爱 (3)三相绕组旋转，磁场也旋转，但旋转速度不同： 国 隐含三相对称绕组通三相对称电流产生旋转磁场： 荣 校 厚 德 根据两个磁场必须保持同步、同极数的原理， 载 (1)一个恒定磁极磁场与一个三相旋转磁场同步形成同步电机的工作原理： 物 (2)两个三相旋转磁场同步及其相对转子运动形成异步电机的工作原理： 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 4
饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 4 交流电机的磁场 根据时空对称性，如感应电势对称，说明三相绕组匝链的磁链对称，要求正弦 磁场相对绕组旋转。通常可以按照如下三种三相绕组与磁场的方式： （1）三相绕组静止，磁场为旋转磁场； （2）磁场空间静止，三相绕组空间旋转； （3）三相绕组旋转，磁场也旋转，但旋转速度不同； 隐含三相对称绕组通三相对称电流产生旋转磁场； 根据两个磁场必须保持同步、同极数的原理， （1）一个恒定磁极磁场与一个三相旋转磁场同步形成同步电机的工作原理； （2）两个三相旋转磁场同步及其相对转子运动形成异步电机的工作原理；
交流电机的磁势 水 思 交流电机的电枢磁势是空间电枢电流累计的描述。 源 爱 根据时空对称性，要求正弦磁场相对绕组旋转，交流电机的电枢磁势必须是相 国 对电枢空间旋转、时间同频率变化的正弦波。 荣 校 最理想的交流电枢绕组是正弦绕组，即空间电枢电流按照正弦分布，这样磁势 厚 空间也是正弦分布，但绕组连续分布存在工艺方面的困难： 德 载 实际交流电机绕组安放在均匀分布的槽内，采用多相对称绕组，磁势只能是逼 近空间正弦。这样除了正弦波磁势分量，还存在谐波磁势成分。 物 ★★★★★需要想办法削弱甚至消除谐波磁势。 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 5
饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 5 交流电机的磁势 根据时空对称性，要求正弦磁场相对绕组旋转，交流电机的电枢磁势必须是相 对电枢空间旋转、时间同频率变化的正弦波。 交流电机的电枢磁势是空间电枢电流累计的描述。 最理想的交流电枢绕组是正弦绕组，即空间电枢电流按照正弦分布，这样磁势 空间也是正弦分布，但绕组连续分布存在工艺方面的困难； 实际交流电机绕组安放在均匀分布的槽内，采用多相对称绕组，磁势只能是逼 近空间正弦。这样除了正弦波磁势分量，还存在谐波磁势成分。 ★★★★★需要想办法削弱甚至消除谐波磁势
交流电机的电势 水 思 根据时空对称性，如感应电势对称，要求正弦磁场相对绕组旋转。 但存在实际困难 源 (1)电枢磁势不完全是正弦，造成磁场存在谐波，在其它绕组感应谐波电势： 爱 (2)磁极磁场本身也无法做到完全是正弦； (3)定转子存在齿槽，同样要改变气隙磁场正弦波的波形； 国 荣 校 厚 德 正因为气隙磁场无法完全是正弦，存在各种谐波，那么在定转子绕组中除了 载 感应电势基波，也同样存在感应电势谐波。 感应电势谐波会产生谐波电流，进一步激励谐波磁场。 物 ★★★★★需要想办法削弱甚至消除低次谐波电势。 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 6
饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 6 交流电机的电势 根据时空对称性，如感应电势对称，要求正弦磁场相对绕组旋转。 但存在实际困难 （1）电枢磁势不完全是正弦，造成磁场存在谐波，在其它绕组感应谐波电势； （2）磁极磁场本身也无法做到完全是正弦； （3）定转子存在齿槽，同样要改变气隙磁场正弦波的波形； 正因为气隙磁场无法完全是正弦，存在各种谐波，那么在定转子绕组中除了 感应电势基波，也同样存在感应电势谐波。 感应电势谐波会产生谐波电流，进一步激励谐波磁场。 ★★★★★需要想办法削弱甚至消除低次谐波电势
饮 交流电机磁势与电势的计算方法 水 思 旋转电机结构的固有周期性，磁势波必然是周期性的，因此可以利用周期函 数的级数分解，在空间位置变化引起的磁势波形可以通过正弦函数的叠加： 源 叠加时，磁势波的空间极对数必须相同，然后利用空间位置角变化，引起正 爱 弦函数相位变化，从而获得同极数磁势波的求和计算：直接法与复矢量法： 国 荣 由于空间磁场同样存在周期性，在交流对称绕组中感应电势基波和谐波，即 校 厚 存在一系列时间频率的级数。为此，通过计算单个整距线圈电势，再通过绕 组线圈空间位置变化对应感应电势时间相位变化，从而获得一系列同频率电 德 势求和计算：直接法与复矢量法。 载 物 ★★★★★基波与谐波的差别，反映到磁势与电势计算中主要是空间电角度 的差别，谐波空间电角度等于基波的谐波次数倍。 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 7
饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 7 交流电机磁势与电势的计算方法 旋转电机结构的固有周期性，磁势波必然是周期性的，因此可以利用周期函 数的级数分解，在空间位置变化引起的磁势波形可以通过正弦函数的叠加； 叠加时，磁势波的空间极对数必须相同，然后利用空间位置角变化，引起正 弦函数相位变化，从而获得同极数磁势波的求和计算：直接法与复矢量法； 由于空间磁场同样存在周期性，在交流对称绕组中感应电势基波和谐波，即 存在一系列时间频率的级数。为此，通过计算单个整距线圈电势，再通过绕 组线圈空间位置变化对应感应电势时间相位变化，从而获得一系列同频率电 势求和计算：直接法与复矢量法。 ★★★★★基波与谐波的差别，反映到磁势与电势计算中主要是空间电角度 的差别，谐波空间电角度等于基波的谐波次数倍
交流电机磁势与电势谐波的削弱方法 水 思 磁势谐波的削弱方法： (1)短距绕组； (2)分布绕组： 源爱国 荣 校 厚 电势谐波的削弱方法： 德 (1)短距绕组； (2)分布绕组； 载 (3)磁极形状 物 (4)斜槽或斜极； (5)槽口大小： 自 (6)安放磁性槽楔； 强 (7)三相绕组的连接方式。 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 8
饮水思源爱国荣校 厚德载物自强不息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 8 交流电机磁势与电势谐波的削弱方法 磁势谐波的削弱方法： （1）短距绕组； （2）分布绕组； 电势谐波的削弱方法： （1）短距绕组； （2）分布绕组； （3）磁极形状； （4）斜槽或斜极； （5）槽口大小； （6）安放磁性槽楔； （7）三相绕组的连接方式