1、電機學Electrical Machinery自動化系溫志明20121交流電機基本理論17.1 旋轉電機的基本結構17.2 什么是交流電機17.3 交流繞組的排列17.4 感應電動勢17.5 諧波電動勢的削弱方法2電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_旋轉電機的基本結構 旋轉電機一般是由定子和轉子兩部分組成的：3電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_旋轉電機的基本結構4電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_旋轉電機的基本結構5電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_旋轉電機的基本結構6電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明

2、，wasxty_旋轉電機的基本結構7電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_ 旋轉電機的定子和轉子中，有一側是勵磁側，另一側必是電樞側。 勵磁側就是產生磁場的一側；電樞側是能量轉換的樞紐；旋轉電機的基本結構8電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機交流電機的定義 輸入（或輸出）為交流電能的旋轉電機。交流電機分類 根據旋轉磁場的轉與和轉子的轉速是否相同分為同步電機和感應電機9電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機認識兩種交流電機的結構；認識兩種交流電機的電樞側和勵磁側認識兩種電機的勵磁方式；認識兩種電機的共同點和不同點

3、；10電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機11電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機12電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機13電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機14電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_什么是交流電機15電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_同步電機的工作原理一、同步電機的工作原理概述 為了簡明起見，定子上嵌放一組三相對稱繞組：三相繞組匝數相等，空間位置差120度的電角度。 轉子上裝有勵磁繞組，通入直流，產

4、生一對磁極。 原動機帶動轉子以恒定轉速旋轉，形成旋轉磁場，其速度稱為同步轉速。16電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_同步電機的工作原理nIfAZBXCYNS17電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_同步電機的工作原理 假設該磁場在氣隙中按正弦規律分布，根據電磁感應定律，定子繞組中的感應電動勢也是正弦規律交變，時間上相互差120度。18電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_同步電機的工作原理19電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_同步電機的工作原理 如果在三相的出線端上接上三相對稱負載，就會在三相繞組中流過三相對稱電流

5、，輸出電能。三相對稱電流在磁場中要產生電磁轉矩，發電機狀態下，電磁轉矩的方向與轉子方向相反，原動機必須不斷為轉子提供機械轉矩，才能維持電機的轉速。20電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_異步電機的工作原理二、異步電機的工作原理概述 異步電機的定子結構與同步電機相似，由鐵心和交流繞組構成。轉子結構與同步電機不同，其繞組是一個閉合的交流繞組。有鼠籠式和繞線式兩種。 當異步電機的定子三相對稱繞組通入三相對稱交流電時，會在氣隙內產生一個旋轉磁場。其旋轉磁場的性質與同步電機旋轉磁場的性質相同。同時交鏈定子和轉子的繞組，且與轉子的繞組之間有相對運動。會在閉合的導條內產生感應電動勢，形成

6、感應21電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_異步電機的工作原理電流，轉子繞組的感應電流與氣隙旋轉磁場相互作用產生電磁轉矩，驅動轉子轉動。 此時，如果在電動機軸上加上機械負載，電動機會帶機械負載轉動，實現輸出機械功率，這樣電動機就能完成電能轉換為機械能。 這種電機必須要求轉子的導條和旋轉磁場之間有相對運動，即轉子的轉速和旋轉磁場的轉速不能相同，所以稱其為異步電機。這種電機的關鍵在于轉子一側有感應電動勢和感應電流，使能量由靜止部分傳遞到運動部分或有運動部分傳遞到靜止部分。所以又成為感應電機。22電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列 交流繞組是按

7、一定規律排列和連接的線圈的總稱：交流繞組的作用和要求交流繞組的一組基本概念交流繞組的排列方法舉例23電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列交流繞組的作用和要求作用：交流繞組是交流電機的電路;作為能量的輸入 （或輸出）與能量交換的必備部件。要求：在鐵心中均勻排列；每側的繞組應該根據相 數均勻分配，而且要對稱；繞阻銅耗小，用 銅量少；絕緣可靠，機械強度高，散熱條件 要好，制造方便。 24電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列 交流繞組一組概念 1、極對數：指電機主磁極的對數，通常用p表示。 2、電角度：在電機理論中，我們把一對主磁極所

8、占 的空間距離，稱為360的空間電角度。 或者導 體每轉過一對磁極，電動勢變化一個周期。 3、機械角度：一個圓周真正的空間角度為機械角度 360。很明顯，電角度=極對數機械角度。25電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列交流繞組一組概念 4、槽距角：相鄰兩槽間的距離用電角度表示，叫做槽距 角，用 表示。 5、極距：極距指電機一個主磁極在電樞表面所占的長度。 或者是相鄰兩磁極對應位置兩點之間的圓周距離稱為 極距。其表示方法很多，一是用定子的內圓或轉子的 外圓的弧長。 二是用每極所對應的槽數。26電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列

9、27電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列6、每極每相槽數：在交流電機中，每極每相占有的平均槽數q是一個重要的參數，如電機槽數為Z，極對數為p，相數為m。則得：28電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列q=1的繞組稱為集中繞組，q1的繞組稱為分布繞組。q為整數稱為整數槽繞組；q為分數稱為分數槽繞組。一般普遍采用整數槽分布繞組。7、節距：線圈兩邊所跨定子圓周上的距離，用y表示，y應接近極距29電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列8、相帶：每極面下每相繞組占有的范圍稱為相帶，一般用 電角度表示。 方法

10、一：在每個極面下均勻分成三個相等范圍，每個相帶占有60度電角度。 方法二：把每對極面所占范圍均勻分為三等份，每個相帶占有120度電角度。 一般采用60度相帶繞組。30電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列例：下圖是一臺三相同步發電機的定子槽內導體沿電樞內圓周的分布情況，已知2p=4,電樞槽數Z=24,轉子磁極逆時針方向旋轉，試繪出槽電動勢星形圖。31電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列32電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列解：首先計算每極每相槽數、槽距角和相帶。參考上面的槽電動勢星形圖，根據交

11、流電機的基本要求，列出各槽號的分配表。先計算槽距角： 33電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列 設同步電機的轉子磁極磁場的磁通密度沿電機氣隙按正弦規律分布，則當電機轉子逆時針旋轉時，均勻分布在定子圓周上的導體切割磁力線，感應出電動勢。 由于各槽導體在空間電角度上彼此相差一個槽距角，因此導體切割磁場有先有后，各槽導體感應電動勢彼此之間存在著相位差，其大小等于槽距角。34電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列按照60度相帶法排列 極對相 帶 A Z B X C Y第一對極 1 23 45 67 89 1011 12第二對極13 14

12、15 1617 1819 20 21 22 23 2435電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列 從表中可以看出：屬于A相的共有8各槽，按電動勢相加原則構成線圈，再將一個極面下q各線圈串聯起來，構成一個線圈組，稱為極相組。 本例中兩個線圈組成一個線圈組，每相有p個線圈組，本例p=2，它們之間可以串聯或并聯，形成不同的并聯支路數。36電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列37電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列從槽電動勢星形圖上我們可以看出： 槽電動勢星形圖的一個圓周的距離使用電角度3600，即一對

13、磁極的距離。所以，113號相量和1224重合。 一般來說,當用相量表示各槽的導體的感應電動勢時，由于一對磁極下有Z/P個槽，因此一對磁極下的Z/P個槽電動勢相量均勻分布在3600的范圍內，構成一個電動勢星形圖。38電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列分類：按照線圈的形狀和端部連接方法的不同，三相單層繞組主要可分為鏈式、同心式、交叉式和等元件等型式。（一）、等元件繞組上例中，取各個線圈都是整矩，y=6,A相共有4個線圈，分別是1-7，2-8，13-19，14-20，4個線圈全部串聯形成繞組。 元件之間的跨距相等39電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，was

14、xty_交流繞組的排列40電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列（二）鏈式繞組上例中，4個線圈分別是2-7，8-13，14-19，20-1，4個線圈按照電動勢相加的原則，全部串聯形成繞組。特點是端部接線較短，節省銅線，較適合于q=2,p1的小型交流電機。41電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列42電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列（三）交叉式繞組較適合于q=3的小型交流電機。可以看成是鏈式繞組中q=3。無法均分為兩半，只能一邊為1，另一邊為2，跨距也不相同。如：Z=36,p=2,m=3,求出q

15、、。43電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列44電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列（四）同心式繞組對于q較大的小型交流電機。如：Z=24,p=1,m=3,求出q、。A相線圈為1-12，2-11；13-24，14-23兩組線圈，均為一大一小組成一個同心式線圈組，然后把兩個線圈組反向串聯，保證電動勢相加。45電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_交流繞組的排列46電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_正弦分布的氣隙磁場一根導體的感應電動勢單匝整距線圈的感應電動勢一個整距線圈的感應電動勢（Nc匝

16、）一個短距線圈的感應電動勢（y1）一個短距線圈組的感應電動勢（q個線圈）一相繞組的感應電動勢（2p個線圈組）三相繞組的感應電動勢重點，記憶感應電動勢47電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_兩極同步發電機模型正弦分布的氣隙磁場48電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_Ot360180e1一根導體的感應電動勢49電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_Ot360180e1同步轉速 synchronous speed極對數123同步轉速300015001000f=50Hz50電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_Ot360180

17、e1一根導體電動勢的有效值bO2B1Bav51電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_E”1整距線圈的感應電動勢y1=E”1E1E1-E”1Ec1NS一個整距線圈如果有Nc匝：52電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_E”1短距線圈的感應電動勢y1E”1E1E1NS一個短距線圈如果有Nc匝：-E”1Ec1基波節距因數pitch factor53電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_線圈組的感應電動勢集中線圈q個線圈分布線圈q個線圈集中線圈分布線圈54電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_線圈組的感應電動勢基波分布因數dist

18、ribution factor基波繞組因數winding factor55電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_一相繞組的感應電動勢一個線圈組有qNC匝：一相繞組每支路有N匝：雙層繞組：N=2pqNC /a單層繞組：N=pqNC /a56電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_三相繞組的感應電動勢三角形聯結：星形聯結：57電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_與變壓器的對比變壓器相電動勢：交流電機相電動勢：符號含義符號含義變壓器N1一相繞組的實際匝數m主磁通幅值交流電機NkN一相繞組的等效匝數1每極磁通量58電機學教案， 太原工業學院自動化系

19、溫志明，wasxty_削弱高次諧波的方法高次諧波電動勢的計算高次諧波電動勢的危害高次諧波電動勢的抑制59電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_高次諧波的計算方法bOb1bb3b560電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_高次諧波的計算方法相電動勢：線電動勢：連接：連接：abcEa3Eb3Ec3I3交流發電機一般采用61電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_高次諧波的計算方法諧波的衡量標準 由于諧波電勢對電機的危害，所以，在設計電機時，應盡可能削弱電勢中高次諧波分量，國標規定（GB755-81電機基本技術要求）對300KVA以上的同步發電機，

20、線電壓波形的正弦波畸變率不應超過5%62電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_高次諧波的危害1、電動勢中如存在高次諧波，將使電動勢波形變壞，產生很多不良影響：2、發電機附加損耗增大，效率下降，溫升增加。3、在輸電線路上，高次諧波產生的電磁場對鄰近的通訊線路產生干擾，通信設備不能正常工作。4、異步電機中產生有害附加轉距，造成電機運行性能變壞5、輸電線路自身有電感和電容，在某一高頻條件下，將產生自激振蕩而產生過電壓。63電機學教案， 太原工業學院自動化系溫志明，wasxty_削弱高次諧波的方法削弱諧波的方法1、選用短距繞組2、采用分布繞組3、減小諧波磁場的幅值（改善主極極靴外形）4、三的倍數磁諧波的消除；5、改善