【电机学复习笔记】第四章 交流电机

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1-基本概念和单层绕组

—-交流电机基本工作原理—-

1.同步发电机的工作原理

给励磁绕组通以直流电流，电机中产生磁场；原动机拖动转子以恒速旋转，磁场与定子导体之间存在相对运动，定子绕组中感应产生交流电动势。

2.同步电机

转速:转子每分钟转 $n_1(n_s)$ 转
若电机有 $p$ 对极，则转子旋转一周，感应电动势将交变 $p$ 次
$n_1=3000/p$
$f=50Hz$

根据转速确定电机极数： 转速3000-极数1，转速1500-极数2，转速1000-极数3…

3.异步电机

4.三相交流绕组产生旋转磁场

(1）三相对称电流流经三相对称绕组，合成磁场是大小不变、转速恒定的旋转磁场；
(2）电流变化一周，两极磁场旋转一周，若电流频率为 $f$，即磁场旋转一周用时 $1/f$ 秒，则旋转磁场转速为 $n_1=60f$；
(3）当某相电流达最大幅值时，则旋转磁场磁极轴线位于该相绕组轴线上；
(4）假设有 $p$ 对磁极，电流变化一周，磁场旋转 $1/p$ 周，若电流频率为 $f$，则旋转磁场转速为 $n_1=60f/p$ 。

5.电角度

假设磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波。圆周上对应于磁密分布的角度称为电工角度，简称电角度，一对磁极占有的电角度为360°。
如果磁极极对数是 $p$，整个圆周有 $p\times 360°$ 电角度。
推论：在定子圆周空间中，电角度=p×机械角度

—交流绕组的基本概念—–

6.对交流绕组的基本要求

◆一定导体数，获得较大的基波电势和基波磁势；
◆电势和磁势的波形要接近于正弦波，为此它们的谐波分量要小；
◆三相绕组各相的电势和磁势要对称，为此各相绕组的结构相同、阻抗相等，空间互差120°电角度；
◆绕组的铜耗要小，用铜量要省；
◆绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。

7.交流绕组的基本术语

在电机制造过程中，构成交流绕组的基本单元一般不是导体而是线圈。线圈是串联好的两根导体或多根导体，相应地称为单匝线圈或多匝线圈。

（2）极距 $\tau$
一个磁极在定子铁心内圆表面所占的距离，通常用槽数或长度表示。

式中，$z$ 为定子总槽数，$D$ 为定子内圆的直径。

（3）线圈节距 $y_1$
$y1<\tau$ 短距绕组
$y1=\tau$ 整距绕组
$y1>\tau$ 长距绕组
★一般的单层绕组(每槽只嵌放一个线圈边)的线圈节距均为整距。
一个线圈的两个有效边在定子内圆所跨的距离，用所占槽数表示。

（4）槽距角 $\alpha$
指相邻两槽之间相距的空间电角度，即相邻两槽中导体感应电动势的相位差；
根据电角度的定义，得知槽距角 $\alpha$ 等于极对数 $p\times$ 相邻两槽之间相距的空间机械角度。

（7）每极每相槽数 $q$
每个磁极极面下每相占有的槽数。
已知电机的总槽数 $Z$、极对数 $p$ 和相数 $m$，则

q=1，集中整距绕组，每相只有一个整距线圈。
优点：集中整距绕组结构简单。
缺点：电压波形不好；绕组集中，运行时散热困难；电枢表面尚有许多空间没有充分利用，不经济。

8.三相单层绕组

线圈数是槽数的一半

9.单层分布绕组的特点

• 单层绕组是整距分布绕组；
• 每个槽内只有一个线圈边，线圈数等于 Z/2；
• 每相有 p 个线圈组，每个线圈组由 q 个线圈串联而成。

单层分布绕组的优缺点及应用：

• 槽内只有一个线圈边，嵌线方便；
• 无层间绝缘，槽的利用率高；
• 不能利用短矩来削弱电动势和磁动势中的高次谐波；
• 10kw以下的交流电机大多数采用这种绕组。

2-双层绕组

10.三相双层绕组

3-感应电动势

4-单相磁动势

5-三相磁动势