交流电机共性问题 宫8 丨.交流电机的理想波形 2.交流电机的绕组 3.交流电机绕组的磁势 4.交流电机的气隙磁场 5.交流电机绕组的电势 6.削弱谐波电势的方法 2022-3-12 1
2022-3-12 1 1. 交流电机的理想波形 2. 交流电机的绕组 3. 交流电机绕组的磁势 4. 交流电机的气隙磁场 5. 交流电机绕组的电势 6. 削弱谐波电势的方法
1.交流电机的理想波形 三相对称电路的特点 。电压三相对称正弦：幅值相同，相位互差 1200; 。电流三相对称正弦：幅值相同，相位互差 1200; 。电势三相对称正弦：幅值相同，相位互差 1200; 磁链三相对称正弦：幅值相同，相位互差 1200; 阻抗三相对称：模和阻抗角相等： 202.31各相电势滞后磁链900； 2
2022-3-12 2 1.交流电机的理想波形 三相对称电路的特点 ◦ 电压三相对称正弦：幅值相同，相位互差 120 0； ◦ 电流三相对称正弦：幅值相同，相位互差 120 0； ◦ 电势三相对称正弦：幅值相同，相位互差 120 0； ◦ 磁链三相对称正弦：幅值相同，相位互差 120 0； ◦ 阻抗三相对称：模和阻抗角相等； ◦ 各相电势滞后磁链90 0； 交流电机的理想波形 ◦ 时间对称正弦，绕组导体空间分布对称正 弦！ ◦ 由正弦磁场获得正弦磁链！
正弦波磁场的电流分布 气隙磁场按照正弦规律旋转 H=a,H cos(wt-kx) 电流密度根据Maxwell方程得到J=N'H=a.Hsin(wt-kx) 三角恒等式 sinowt-kx)=2 sin(wt-2np /m)cos(kx-2np/m) m n=1 对称电流 正弦绕组 结论 要获得方向沿y轴、大小随时间和沿空间x轴按照正 弦规律变化的磁场，空间电流必须沿z轴方向，并 同样随时间和沿空间x轴按照正弦规律变化！。 理论上，这样的电流分布可以用相对称正弦绕翔 流过对称电流获得！ 2022-3-12 3
2022-3-12 3 正弦波磁场的电流分布 H = ayHm cos(wt - kx) J = Ñ ´ H = azkHm sin(wt - kx) 结论 要获得方向沿y轴、大小随时间和沿空间x轴按照正 弦规律变化的磁场，空间电流必须沿z轴方向，并 同样随时间和沿空间x轴按照正弦规律变化！ 理论上，这样的电流分布可以用m相对称正弦绕组 流过对称电流获得！ 气隙磁场按照正弦规律旋转 电流密度根据Maxwell方程得到 sin(wt - kx) = 2 m sin(wt - 2np /m)cos(kx - 2np /m) n=1 m 三角恒等式 å 对称电流 正弦绕组
工程实现难题 8 电流密度正弦分布难！ 。同相导体电流相同，但导体离散分布； 。气隙空间充满导体难！ 。动子机械运动； 各相导体空间连续对称分布工艺难！ 分段正弦逼近存在大小线圈，工艺复 杂！ 2022-3-12 4
2022-3-12 4 工程实现难题 电流密度正弦分布难！ ◦ 同相导体电流相同，但导体离散分布； 气隙空间充满导体难！ ◦ 动子机械运动； 各相导体空间连续对称分布工艺难！ 分段正弦逼近存在大小线圈，工艺复 杂！
三相正弦电流分布 8 sin(wt-kx) sin(wi)cos(kx) +sin(wt-2p/3)cos(kx-2p/3) +sin(wt-4p /3)cos(kx-4p/3) 三相对称时间函数 三相对称空间函数 代表三相对称电流 代表三相对称绕组 三相电流时间正弦规律变化， 每一时刻空间接近正弦分布， 以每相相带600一个线圈， 电机四极为例加以说明， 线圈A,BY,CZ空间相差1200， 红色线段长度表示电流大小， A B 2022-3-12 5
2022-3-12 5 三相正弦电流分布 3 2 sin(wt - kx) = sin(wt) cos(kx) +sin(wt - 2p /3)cos(kx - 2p /3) +sin(wt - 4p /3)cos(kx - 4p /3) 三相对称时间函数 代表三相对称电流 三相对称空间函数 代表三相对称绕组 A B C 三相电流时间正弦规律变化， 每一时刻空间接近正弦分布， 以每相相带600一个线圈， 电机四极为例加以说明， 线圈AX，BY，CZ空间相差1200 ， 红色线段长度表示电流大小
三相正弦电流分布 宫8 i(t)=I cos(wt) ig(t)=I cos(wt-2p /3) 0t= ic(t)=I cos(wt-4p/3) 2号 ot=0 wt =D wt =号 0t= 3 AZB XCYAZB XCY 2022-3-12 6
2022-3-12 6 三相正弦电流分布 iA (t) = Im cos(wt) iB (t) = Im cos(wt - 2p /3) iC (t) = Im cos(wt - 4p /3) A Z B X C Y A Z B X C Y t = 0 t = p 3 t = 2p 3 t = p t = 4 p 3
2、交流电机的绕组 交流电机绕组是多相对称的 三相交流绕组的基本要求 。三相绕组空间分布对称， 。三相绕组对称轴线互差1200电角， 每相绕组的线圈尽可能相同且简单， 。每相电势尽可能最大， 一个线圈包含两边，端部，首末端。 边：感应电势的有效长度部分； 。节省材料 端部：连接线圈两边的部分； 绕组线圈形式 首末端：连接不同线圈的引线部分。 。叠绕组 端部 。波绕组 边 。蛙绕组 端部 首末端 叠形 波形 2022-3-12 7
2022-3-12 7 2、交流电机的绕组 端部 边 端部 首末端 叠形 波形 蛙形 一个线圈包含两边，端部，首末端。 边：感应电势的有效长度部分； 端部：连接线圈两边的部分； 首末端：连接不同线圈的引线部分。 交流电机绕组是多相对称的 三相交流绕组的基本要求 ◦ 三相绕组空间分布对称， ◦ 三相绕组对称轴线互差1200电角， ◦ 每相绕组的线圈尽可能相同且简单， ◦ 每相电势尽可能最大， ◦ 节省材料 绕组线圈形式 ◦ 叠绕组 ◦ 波绕组 ◦ 蛙绕组
三相对称交流绕组 基本概念 0 对于均匀分布且形状相同的电枢槽，电枢槽数为相数的整 数倍； 0 电枢表面一个圆周的角度360,2π弧度，称为机械角； 0 电枢槽数Z均匀分布在电枢圆周表面； 极数2p,电枢圆周角为p-360电角： 0 相数m:电枢绕组连接成对称的m部分，2m个端子； 0 每极槽数：每个磁极下电枢槽数； 0 每极每相槽数q:每个磁极下每相占有的电枢槽数； 。槽间角：相邻两个电枢槽跨过的角度（机械/电气）： 相带：每极下平均每相绕组连续占据空间电角度； 线圈边：线圈位于同一槽内的有效部分： 单层绕组：每个槽内只有一个线圈边的绕组： 双层绕组：每个槽内有两个线圈边的绕组； 2022-3-12 8
2022-3-12 8 三相对称交流绕组 基本概念 ◦ 对于均匀分布且形状相同的电枢槽，电枢槽数为相数的整 数倍； ◦ 电枢表面一个圆周的角度3600 ，2弧度，称为机械角； ◦ 电枢槽数Z均匀分布在电枢圆周表面； ◦ 极数2p，电枢圆周角为p3600电角； ◦ 相数m：电枢绕组连接成对称的m部分，2m个端子； ◦ 每极槽数：每个磁极下电枢槽数； ◦ 每极每相槽数q：每个磁极下每相占有的电枢槽数； ◦ 槽间角：相邻两个电枢槽跨过的角度（机械／电气）； ◦ 相带：每极下平均每相绕组连续占据空间电角度； ◦ 线圈边：线圈位于同一槽内的有效部分； ◦ 单层绕组：每个槽内只有一个线圈边的绕组； ◦ 双层绕组：每个槽内有两个线圈边的绕组；
三相对称交流绕组实例 例题：电枢铁心表面均匀分布24个槽， 设计三相4极对称电枢绕组。 解答：基本参数 相数m=3, 电角度=极对数×机械角度， 其中A与X,B与Y,C与Z相带分别相差1800 电枢槽数Z=24, 电角，相应相带构成一相绕组； 电机极数2p=4, 三相空间互差120电角。 每极每相槽数q=2, 极对数与槽数的最大公约数为2，说明电机 整数槽极距=6， 分为两个完全对称的单元，连续12个槽空间 采用60相带绕组， 占据一对磁极，构成一个单元电机，这是整 顺序为AZBXCY, A相带 数槽绕组的特点。 00.600, Z相带600-1200， 对于分数槽绕组，每极每相槽数q=N/D; 当D为奇数时，D对极构成一个单元电机； B相带1200-1800， 当D为偶数时，D极构成一个单元电机 X相带1800-2400， 如15槽4极，72槽20极。 C相带2400-3000， Y相带3000-3600 2022-3-12 9
2022-3-12 9 三相对称交流绕组实例 例题：电枢铁心表面均匀分布24个槽， 设计三相4极对称电枢绕组。 解答：基本参数 相数m=3， 电枢槽数Z=24， 电机极数2p=4， 每极每相槽数q=2， 整数槽极距=6， 采用600相带绕组， 顺序为AZBXCY， A相带 00- 600 ， Z相带 600-1200 ， B相带1200-1800, X相带1800-2400 ， C相带2400-3000 ， Y相带3000-3600 电角度＝极对数机械角度， 其中A与X，B与Y，C与Z相带分别相差1800 电角，相应相带构成一相绕组； 三相空间互差1200电角。 极对数与槽数的最大公约数为2，说明电机 分为两个完全对称的单元，连续12个槽空间 占据一对磁极，构成一个单元电机，这是整 数槽绕组的特点。 对于分数槽绕组，每极每相槽数q=N/D； 当D为奇数时，D对极构成一个单元电机； 当D为偶数时，D极构成一个单元电机； 如15槽4极，72槽20极
三相对称交流绕组实例 8 槽电角度和相属划分 槽号 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电角度 00 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 相属 A A Z Z B B X X C C Y Y 槽号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 电角度 00 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 300 3300 相属 A A B B X C 在正弦磁场下槽导体电势正弦变化， Z相带 B相带 用复矢量表示槽导体电势，称槽电势 4,16 5,17 3,15 星形图 6,18 2,14 A相带 所有线圈大小相同，为了获得最大电 7,19 1,13 势，线圈的两个边处在相反的磁极极 性下，即相差一个极距；但是极距用 X相带 槽数表示时必须是整数，即q必须是 8,20 整数，这样构成单层整距绕组。 9,21 否则，采用双层短距线圈。 10,22 C相带 2022-3-12 10
2022-3-12 10 三相对称交流绕组实例 槽电角度和相属划分 槽号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 电角度 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0 210 0 240 0 270 0 300 0 330 0 相属 A A Z Z B B X X C C Y Y 槽号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 电角度 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0 210 0 240 0 270 0 300 0 330 0 相属 A A Z Z B B X X C C Y Y 所有线圈大小相同，为了获得最大电 势，线圈的两个边处在相反的磁极极 性下，即相差一个极距；但是极距用 槽数表示时必须是整数，即q必须是 整数，这样构成单层整距绕组。 否则，采用双层短距线圈。 在正弦磁场下槽导体电势正弦变化， 用复矢量表示槽导体电势，称槽电势 星形图 1，13 2，14 3，15 4，16 12，24 11，23 10，22 9，21 8，20 5，17 6，18 7，19 A相带 Z相带 B相带 X相带 C相带 Y相带