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电机学 第四章 交流电机共同问题 2.同步电机工作原理(发电） 2.同步电机工作原理(发电） 2.同步电机工作原理(发电） 从上面两类电机原理介绍可知，电枢是电机中电能量转换的关键部分，直流电机电枢指转子部分，而交流电机的电枢是指的定子部分。 对交流电机电枢绕组的要求，首先是能感应出有一定大小而波形为正弦的电动势，对三相电机来说，要求三相电动势对称。 安排绕组时，既能满足电动势要求，又能满足绕组产生磁动势的要求。 交流电机的共同问题 两种型式的交流电机在涉及的理论、基本结构原理方面具有下面三个共同部分： 4.1 交流电机电枢绕组的电动势 1、导体电动势 1、 导体电动势——电势频率 1、导体电动势——电势频率 1、 导体电动势——电势波形 1、导体电动势——电势的大小 e= b? lv =Emsin ?t ?用频率f 表示： 2、整距线匝电动势 两根导体A与X，相距一个极距（ ?= 180o）的整距线匝的电动势 2、整距线匝电动势 两根导体A与X，相距一个极距（ ?= 180o）的整距线匝的电动势 4、 短距线圈电动势 节距y1=y?，y是一个大于0小于1的数。 5、整距分布线圈组的电动势 为了充分利用电机定子内圆空间，定子上均匀地放上几个整距线圈并串联起来构成线圈组。 4.2 交流电机电枢绕组 1、三相单层绕组 1）三相单层集中整距绕组是最简单的三相对称绕组，每相只有一个整距线圈，三相共六个引出线，A、X，B、Y，C、Z。可接成Y形或Δ形。 1、三相单层绕组 2）三相单层分布绕组 一台电机Z=24，p=2，转子逆时针转，试连接成三相单层分布绕组。 2、三相单层分布绕组 *按60o相带法分相 每相在每极下的槽数q 2、三相单层分布绕组 *画绕组的连接图 2、 三相单层分布绕组 *确定绕组并联的路数 如果要求一路串联绕组，把X1与A2相连（如上图实线）；如果要求一路并联绕组，把A1和A2连接，X1和X2连接（如图中虚线）。 单层绕组最多可并联支路数等于极对数p。 串联每相的基波电动势比并联的大，而电流比并联的小。 *计算相电动势：E?=4.44 f N kd? 3、绕组的谐波电动势 电机气隙除了基波外，还有三次、五次、七次奇次谐波。 绕组采用了短距、分布连接法，基波电动势削弱得很少，谐波电动势被削弱的很多。 由于谐波电动势较小，在后面分析异步电机和同步电机时不再做考虑。 1、 整距线圈的磁动势——大小 磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙 ， 相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计 ，则可认为全部磁动势消耗在两段气隙中，线圈在一个气隙上施加的磁动势为： 1、 整距线圈的磁动势——分布 将直角坐标安放在电机定子内表面，横坐标用空间电角度 ，坐标原点选在线圈轴线上，磁动势由定子指向转子为正，则可画出磁动势分布 1、 整距线圈的磁动势——分布 下图为四极电机绕组，当某瞬时通过线圈电流如图示方向时 ，磁通方向如虚线所示。如果只研究每对极的磁动势，则与一对极分布相同。因此多极绕组只研究每对极磁动势即可。 1、整距线圈的磁动势——交流电流 如果通过线圈的电流为余弦波， 则矩形波的高度也将按正弦变化，称为脉振波。 1、整距线圈的磁动势 磁动势展开 矩形波展开成傅氏级数，奇数仅含奇次的余弦项 1、整距线圈的磁动势 基波及各次谐波磁动势的特点： 1）基波及各次谐波磁动势的最大幅值 Fc3=Fc1 /3， Fc5=Fc1 /5 ， … … Fc?=Fc1 / ? 1、整距线圈的磁动势 2）基波及各次谐波磁动势的极对数 基波与原矩形波极对数一样多，3次谐波极对数是基波的3倍， 5次谐波极对数是基波的5倍， ?次谐波极对数是基波的?倍。 3）基波及各次谐波磁动势随时间的关系 不论基波还是谐波磁动势，它们的幅值都是随时间按电流的变化规律而变化的，在时间上是脉振波。 基波及各次谐波磁动势随时间的关系 基波脉振磁动势 三角公式 基波脉振磁动势 脉振磁动势分成两个旋转波 2、短距线圈的磁动势 比较单相单层整距的基波脉振磁动势 3、单层分布线圈的磁动势 分布线圈组磁动势的最大幅值： q为每相分布线圈个数，kd11为分布系数。 分布短距对磁动势波形的影响 为了改善电机性能，削弱各次谐波磁动势，要用短距、分布绕组，只要设计合理就能大大削弱各次谐波磁动势。 一般情况下，取y=0.8左右，以把五、七次次谐波磁动势大大削弱。至于三次谐波以及三的倍数的谐波的磁动势，在三相绕组连接中互相抵消。 4.4 三相电枢绕组产生的磁动势 1、基波磁动势 1、基波磁通势 把一个脉振波分解成两个旋转波： 三相电流基波