1、3.1.1.1 同步發電機的基本工作原理同步發電機的基本工作原理 三相電流三相電流接負載接負載、感應感應切割定子繞組切割定子繞組建立旋轉磁場建立旋轉磁場原動機拖動轉子原動機拖動轉子主磁場主磁場產生轉子磁場產生轉子磁場勵磁繞組通直流勵磁繞組通直流CBAfeeeI0000 X1 定子 N 勵磁繞組 A1 S 轉子 S A2 N X1 定子繞組 min160rpfn 同同步步電電機機的的同同步步轉轉速速3 交流旋轉電機的共同問題交流旋轉電機的共同問題 旋轉磁勢的同步轉速旋轉磁勢的同步轉速n1= 60f1/1 (r/min)i Ut0i Vi W1202403603.1.1.2 交流繞組交流繞組產生的

2、旋轉磁場產生的旋轉磁場1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W0t 120t 240t 360t i U iW iV 0 120 240 360t 改變電源相序，即改變電源相序，即UiWiU1W1V1Vi0 t NS 120t NSU2U1V1W2V2W1U2U1V1W2W1V2WiVimIiotUi060120180 P=2時旋轉磁場在電流變化一周時，時旋轉磁場在電流變化一周時， 旋轉磁場在空間旋轉旋轉磁場在空間旋轉 180,同步轉速同步轉速n1=60f1/2 (r/min) 。 U1U2V1V2W1W2NSNS(a)1V2V2U1U1

3、W2WW1W2V2U2V1U1(b)NSSN2W1W2U1V1U2VU2U1W1V1W2V2(d )NNSS1U1V2U1W2V2WV1V2W1U2W2U1(c)NNSS1U1V2U1W2V2W060120180pfn1160 同步轉速同步轉速n1與定子電流頻率與定子電流頻率f1、磁極對數、磁極對數p有關。有關。同步轉速和極對數的關系（同步轉速和極對數的關系（f1=50Hz z) )3.1.1.3 3.1.1.3 異步電動機的基本工作原理異步電動機的基本工作原理1U1V1W2V2W2U1nnf。y1，元件或元件組串聯時是其電勢相加。，元件或元件組串聯時是其電勢相加。p機機電電 p2Q1 136

4、0Qp pmQq21 槽電勢星形圖槽電勢星形圖124375689101112131415161718192021222324U1U2V1V2W1W2161913823457181216151491024172322212011 NS S N n1 ，解解：62224p2Q11 槽電勢星形圖槽電勢星形圖 U1 13 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 W2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 U2 19n1 3024360236031 Qp 相相帶帶；繪繪出出槽槽電電勢勢星星形形圖圖，分分4，565y1 232224pm2Qq21 。的

5、展開圖，并聯支路數的展開圖，并聯支路數三相三相相相繪出繪出1aA5 N S N S n1 1 2 7 8 13 14 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 U1 U2 注：導體下磁極向右運動注：導體下磁極向右運動三相雙層繞組展開圖三相雙層繞組展開圖（a=2）AXAXAXAXAX112233441、 27、 813、 1419、 20 13 U1 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 W2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 19 U2-7

6、-6/2 - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相電勢疊加相電勢疊加 - - - - UE雙層波繞組雙層波繞組三相雙層波繞組展開圖AX12345678910 11 12 13 14 15 1617 18 19 20212223 24 1SNSN1122對多極、支路導線截面較大的交流電機，為節約極間連線對多極、支路導線截面較大的交流電機，為節約極間連線用銅，常采用波繞組。其特點是把所有同一極性下用銅，常采用波繞組。其特點是把所有同一極性下( (如如N N1 1、N N2 2)屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯組成一組；屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯組

7、成一組；再把所有另一極性下再把所有另一極性下( (如如S S1 1、S S2 2)屬于同一相的線圈按照屬于同一相的線圈按照一定的次序串聯組成另一組，最后把這兩大組線圈根據需一定的次序串聯組成另一組，最后把這兩大組線圈根據需要接成串聯或并聯，構成一相繞組。要接成串聯或并聯，構成一相繞組。多用于大、中型水輪多用于大、中型水輪發電機定子繞組和繞線轉子異步電機的轉子繞組中。發電機定子繞組和繞線轉子異步電機的轉子繞組中。 71982011324N極 下 繞 組S極 下 繞 組AX波繞組A相各線圈連接次序 雙層繞組的特點：雙層繞組的特點：1 1）線圈數等于槽數；）線圈數等于槽數；2 2）線圈數組數等于極數

8、，也等于最大并聯支路數）線圈數組數等于極數，也等于最大并聯支路數；3 3）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。優點可以選擇最有利的節可以選擇最有利的節距，使電動勢和磁動距，使電動勢和磁動勢波形更接近正弦波勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀所有線圈的形狀和尺寸相同，便和尺寸相同，便于實現機械化于實現機械化端部排列整齊端部排列整齊機械強度高機械強度高可組成較可組成較多的并聯多的并聯支路支路缺點嵌線困難用銅用銅量大量大 U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

9、16 17 18 19 20 21 22 23 24 U1 U2 鏈式繞組的每個線圈節鏈式繞組的每個線圈節距相等并且制造方便；線圈端距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用部連線較短并且省銅。主要用于于q=2的的4、6、8極小型三相異極小型三相異步電動機。步電動機。 單層交叉式繞組由兩大單層交叉式繞組由兩大一小線圈交叉布置。線圈端一小線圈交叉布置。線圈端部連線較短，有利于節省材部連線較短，有利于節省材料，并且省銅。廣泛用于料，并且省銅。廣泛用于q1的且為奇數的小型三相異步的且為奇數的小型三相異步電動機電動機。單層同心式繞組端部單層同心式繞組端部連線較長，適用于連線較長，適用于q=4

10、、6、8等偶數的等偶數的2極小型極小型三相異步電動機。三相異步電動機。優點優點不適宜于大中型電機元件少，結構簡元件少，結構簡單，嵌線方便，單，嵌線方便，槽內無層間絕緣槽內無層間絕緣廣泛應用于廣泛應用于10kW10kW以下的以下的異步電動機定子繞組異步電動機定子繞組單層繞組為單層繞組為整距繞組整距繞組缺點電動勢和磁動電動勢和磁動勢波形較差勢波形較差鐵損和噪鐵損和噪聲較大聲較大起動性能較差三相三相單層單層繞組繞組的優的優缺點缺點三相定子繞組建立的磁場三相定子繞組建立的磁場m1 xtBxtFtxBm coscos1101，氣隙長度氣隙長度漏磁場漏磁場主磁場主磁場tcostcoslB2ldxxtcos

11、Bm1m221m1 氣隙磁通氣隙磁通U1 U2 f tsinNdtdNemyUy1y1y 線圈電勢線圈電勢整距線圈的感應電勢整距線圈的感應電勢 lB21mm 每極磁通量每極磁通量my1my1my1yNf44. 4Nf22NE 的的感應電勢感應電勢 1c1cy1yEEE1 的感應電勢的感應電勢 111yy1y11c1cy1ykE90ysinE22sinE2E 180y1 -6 -7 13 U1 V2 24 1 14 12 2 23 15 11 3 1 W2 1/2 22 10 4 16 W1 9 5 21 17 8 6 V1 20 7 18 19 U2 2sinR2E11yy 1 2 3 y1=

12、 的感應電勢的感應電勢 Ey10 Ey1-q Eq1 Ey1-212sinq2qsink1q 2qsinR2E1q 11y1111qyyyqkqE2sinq2qsinqEE - EU - - - - - -(23) -(24) EV - - (21) (22) - EW - 相電勢疊加相電勢疊加myq1111kNkf44. 4E 相電勢相電勢yNapq2N 又，又，例例: 一臺三相異步電動機（雙層迭繞組），一臺三相異步電動機（雙層迭繞組），Q1=48，p=2，N=200，y1=11，a=1， f=50Hz，額定運行時每相電勢為，額定運行時每相電勢為238V，求每極磁通量。，求每極磁通量。122

13、248p2Q1 解解：1548360pQ360p1 991.0901211sin90ysink11y 432248pm2Qq1 958.0215sin42154sin2sinq2qsink1q Wb1064.5958.0991.02005044.4238Nkf44.4E31W11m 232212221 xiNxiNfyyy，氣氣隙隙磁磁勢勢U1 U2 f f Nyi/2 -/2 /2 3/2規定：定子指向轉子的磁場為正向；相反為負。規定：定子指向轉子的磁場為正向；相反為負。氣隙均勻，氣隙均勻，忽略鐵心忽略鐵心磁壓降磁壓降矩形波矩形波 t1 t2 t3 t4 t5 0 t it=t1 t=t2

14、t=t3 t=t4 t=t5 tcosI2i 設設線線圈圈電電流流矩形波矩形波(t=t1)幅值幅值x tcosF23x2tcosIN222x2tcosIN22txfymyyy ， txxxINtxfINFyyyy cos5cos513cos31cos9 . 09 . 01 ，高高次次諧諧波波： ININdxxxFFtxFxFxFffftxFtxfyyymyyyyyyyymy9 . 0224cos1cos5cos3coscoscos201531531 因因，矩形波磁勢的諧波分析矩形波磁勢的諧波分析AXAXFymFy1Fy3Fy518003600 /3 1 2 3 y1= 2 f Fq1 Fy1

15、- 0 基波組磁勢圖基波組磁勢圖 f 4Nyi/2 Nyi/2 x-/2 /2 3/22sinR2F1y Fy10 Fy1-q Fq1 Fy1-2 qyqkqFF 12sinq2qsink1q 令令，2sinq2qsinqFF11yq 2qsinR2F1q 11111qyqyyqIqkN9 . 0kqF2sinq2qsinqFF 2sinq2qsink11q 180- F1 Fq1 0 1qF 2 1qF1F ， 1y1111119 . 0222cos2yqyyqqkIkqNkFFF 90sin21 ykkFFyyvqv 90ysin2cosk11y IaI pINkFW 9 . 0 tcosxcoskpNI9 . 0tcosxcosFf1w11 相相繞繞組組基基波波磁磁勢勢瞬瞬時時：111119 . 0WqyWkpNIFkkk 令令，yyqN2paNapqN2N 數數：每每相相每每一一條條支支路路串串聯聯匝匝3.3.3 三相繞組的基波合成磁勢三相繞組的基波合成磁勢圓形旋轉磁勢圓形旋轉磁勢 tcosxcosFtxf11U ， xtcosF21xtcosF21txf111U ，整整理理得得： xtcosFxtcosF23txftxftxftxf111W1V1U1 ，三三相相合合成成磁磁勢勢基基