旋转电机交流绕组的电势

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第11章  旋转电机交流绕组的电势旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流同步电机理论中有两种旋转磁场：(1)电气旋转磁场；(2)机械旋转磁场通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。三相对称电流通入三相对称绕组时在电机内部会自动产生一个圆形的电气旋转磁场。交流绕组处于旋转磁场中，并切割这个旋转磁场，便产生感应电势。 11、交流电机绕组的感应电动势11.1一个线圈的感应电势 交流绕组的感应电势研究电势的次序：导体--线圈--线圈组--每相绕组的电势 一、导体中的感应电势1.感应电势的波形ex(t)=Bxlv感应电势随时间变化的波形和磁感应强度在空间的分布波形相一致。只考虑磁场基波时,感应电势为正弦波。2.感应电势的频率转速为n（r/min)的同步电机，导体中感应电势的频率f=(pn/60) Hz. （转子转速单位为：）电机的磁极对数（极对数）、感应电势的频率及电机转速的关系一对磁极电机()两对磁极电机()对磁极电机 电机气隙磁密波及其分解: 3.感应电势的大小：Em=Bmlvv=πDn1/60=2（πD/2p）*(pn/60)=2fτBm=πBpj/2=πΦl/(lτ2）Em=l×2τf×πΦ1/(lτ2）=πfΦ1导体电势的有效值为Ed=2.22fΦ1小结：绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电势有效值、频率、波形均相同；但是它们的相位不相同。 单根导体感应电动势分析基波磁场感应的电势基波磁场感应的电势有效值 单根导体感应电动势分析3次谐波磁场感应的电势有效值3次谐波磁场感应的电势次谐波磁场感应的电势有效值思考：红色导体感应的电动势和黄色导体感应电动势有何区别？ 线圈的感应电动势及短距系数一、一根导体的电动势二、整距绕组的电动势每个整距绕组由Nc个相同和线匝组成，每个整距线圈的电动势:电动势频率:电动势大小:电动势波形:随时间变化的波形取决于气隙磁密在空间的分布波形 二、线圈中的感应电势1.整距线圈中的感应电势线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相位差为180电角度。Ey=En1-En2=2En1考虑匝数后:Ey=4.44NyfΦ1其次谐波电势： 整矩线圈 2.短距线圈中的感应电势线圈两有效边在磁场中相距为y,其感应电势相位差是180-β电角度。β=α(τ-y)(电角度)Ey=2En1cos(β/2)=4.44NyfΦ1ky短距系数:ky=(短距线圈电势)/(整距线圈电势)=cos(β/2)小结：短距系数ky小于等于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波 短矩线圈 短距线圈的感应电动势计算基波电动势τ头尾 短距线圈谐波电动势有效值基波短距系数短距线圈基波电动势有效值次谐波短距系数短距系数的物理意义：采用短距线圈要比相同匝数的整矩线圈感应电势要小，其减小的倍数即为短距系数。 三、短距线圈的电动势每个短距线圈的电动势:称为短距系数：线圈短距时电动势比整距时打的一个折扣． 线圈组：由依次相邻一个槽的个结构相同的线圈串联构成的一组线圈组，称为线圈组。每极每相槽数：每个主磁极下一相所占的槽数。当集中绕组分布绕组分数槽绕组 12345678AX分布绕组实例 分布绕组基波与谐波电势分析 11.2线圈组的感应电动势 一组线圈由q个线圈组成,若q个线圈为集中绕组时,各线圈电动势大小相等、相位相同，线圈组电动势为:若q个线圈为分布绕组,放在q个槽内,各线圈电动势大小相同,相位相差α电角度,电动势为:称为基波分布系数:线圈组电动势等于集中线圈组电动势打的一个折扣.称为基波绕组系数。 分布系数的物理意义：采用分布放置的绕组要比相同匝数下集中放置的绕组产生的感应电势要小，其减小的倍数即为分布系数。次谐波分布系数基波分布系数线圈组的谐波电动势 属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。每个线圈的感应电势由两个圈边的感应电势相量相加而成。整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势相量相加。在该例中，该组的感应电势为3个线圈的感应电势相量相加。Eq=Ey1+Ey2+Ey3分布系数：kq=Eq/(qEy)=sin(qα/2)/(qsinα/2)线圈组的电势：Eq=4.44fqNyΦ1kqky注：分布系数小于1，而且kq在0.93～1.0之间。 4.每相绕组的电势单层绕组的相电势 单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。若p个线圈组全部并联时：相电势=线圈组的电势若p个线圈组全部串联时：相电势=p*线圈组电势实际线圈组可并可串，单层绕组每相每个支路的总(串联)匝数：N1=pqNy/a则此时每相电势：Ep=4.44fN1Φ1kq 一相绕组的电动势“等于”一条支路中线圈组的数目乘以每个线圈组的电动势。对于单层绕组：一相有p个线圈组，它们可以串、并、混三种连接方法。1)全并联：有p条并联支路，a=p，每条支路只有一个线圈；2)全串联：a=1，每条支路有p个线圈串联；3)混联：每条支路有个线圈串联。 双层绕组的电势 双层绕组的电势双层绕组每极每相有q个线圈，构成一个线圈组，共有2p个线圈组这2p个线圈组可并可串，则双层绕组每相每个支路的总（串联）匝数：N1=2pqNy/a双层绕组要考虑到短距系数，则每相电势：Ep=4.44fN1Φ1Kw1其中，绕组系数：Kw1=kykq 对于双层绕组：一相有2p个线圈组，它们也可以串、并、混三种连接方法。1)全并联：有2p条并联支路，a=2p，每条支路只有一个线圈；2)全串联：a=1，每条支路有2p个线圈串联；3)混联：每条支路有个线圈串联。 一相绕组的基波感应电动势一绕组有2a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势一相绕组的基波电动势对单层绕组：对双层绕组： ――每相串联匝数；――电机极对数；――每极每相槽数；――每相绕组并联支路数。一相绕组基波、谐波电势有效值―基波绕组系数；―谐波绕组系数； 二、短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响对V次谐波： 转子三次谐波磁场模型基波、谐波电动势有效值总结 11.3高次谐波电势及消弱方法以三相凸极同步电机为例磁场是由转子电流激励产生的气隙磁通密度实际是一个平顶波，可分解出基波和各奇次谐波(由于对称性)基波磁场和各次谐波磁场均随转子而旋转在定子绕组中不仅感应基波电势，还感应有各次谐波电势。 1NNNSSSSSSSSNNNNN转子磁通密度分布波 谐波电势 谐波电势的影响高次谐波电势对电势大小影响较小主要影响电势的波形1.在基波电势上叠加有高次谐波电势使波形变坏，引起发电机损耗增加，温升增高、效率降低。2.在输电线路上，谐波电势产生高频干扰，使输电线路时近的通信设备不能正常工作。3.输电线路自身有电感和电容，在某一高频条件下，将产生自激振荡而产生过电压。4.在异步电机中产生有害的附加转矩和损耗 改善电动势波形的方法:（１）采用短距绕组来削弱高次谐波（２）采用分布绕组来削弱高次谐波１．改善主磁极磁场的分布２．改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势３．采用Ｙ接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波 小结：正弦分布的以转速n1旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应出三相对称交流电势。感应电势的波形与磁场分布波形相同，为正弦波。感应电势的频率为f=pn/60（Hz）每相电势的大小为Ep1=4.44fN1Φ1Kw1绕组系数:Kw1=kykqkq=sin(qα/2)/(qsinα/2)ky=cosβ/2