电机理论与分析.doc

1、电机概述及其作用 电能是能量的一种形式，与其他形式的能量相比，它具有明显的优越性：适用于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。 电机一般有两种应用形式： 第一种是把机械能转换为电能，称之为发电机，它通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后再把机械能转换为电能，最后经输电、配电网络送往城市各工矿企业、家庭等各种用电场合； 第二种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的生产机械和其他装置，以满足不同的要求。 电动机根据应用场合的要求和电源的不同，可分为直流电动机、交流感应电动机（交流异步电动机）和交流同步电动机。 另外，运用电磁感应原理工作的变压器和控制电机也属于电机的类别。变压器是将一种交流电压、电流转换成同频率的另一种交流电压、电流的静止电器。控制电机的主要职能是在电气机械系统中进行调节、放大和控制电机是随着生产力的发展而发展的。 反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机。近一个世纪来，电机的基本结构似乎并没有大的变化，但是电机的类型却有了很大发展，在运行性能、经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算装置的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种高可靠性、高精度、快速响应的控制电机，成为电机学科的一个独立分支。 随着科学技术的快速发展和人民生活水平的不断提高，各类电机在工业自动化和人们的生活工作中正起着越来越大的作用。电机作为机电能量转换的重要装置，是电气传动的基础部件，其耗电量占据了全部用电量的60%以上，对国民经济、能源利用、环境保护和人民生活质量的提高都起着十分重要的作用 绕组是电机的主要部分，要分析交流电机的原理与运行问题，必须首先对交流绕组的构成和连接规律有一个基本的了解。交流绕组尽管形式多样，但其其构成原则基本相同，这些原则是： （1） 合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦波，幅值要大； （2） 对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，阻抗要平衡； （3） 绕组的铜耗要小，用铜量要省； （4） 绝缘要可靠，机械强度要高，扇热条件要好，制造要方便。 交流绕组可按相数、绕组层数、每极每相下槽数和绕法来分类。 按相数分，可分为单相绕组、两相绕组、三相绕组和多相绕组； 按槽内绕组层数，可分为单层绕组和双层绕组； 按每极每相槽数分，可分为整数槽和分数槽绕组； 按绕法，单层绕组可分为，链式绕组、交叉式绕组、同心式绕组；双层绕组可分为，叠绕组和波绕组。 与电机绕组相关的几个概念分别是： （1）极对数：指电机主磁极的对数，通常用p表示； （2）机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度360°； （3）电角度：在电机理论中，我们把一对主磁极所占的空间距离，称为360°的空间电角度。电角度=极对数×机械角度； （4）槽距角：相邻两槽间的距离用电角度表示，叫做槽距角，用α表示，α=p×360°/z； （5）极距：指电机一个主磁极在电枢表面所占的长度；用槽数表示：τ=z/2p；用空间长度表示：τ=πD/2p； （6）每极每相槽数：在交流电机中，每极每相占有的平均槽数q是一个重要的参数，如电机槽数为Z，极对数为p，相数为m。则得：q=Z/2pm，q=1的绕组称为集中绕组，q1的绕组称为分布绕组。 3.3 三相双层绕组 现代10kW以上的三相交流电机，其定子绕组一般均采用双层绕组。双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈边。 双层绕组：指电机每一槽分为上下两层，线圈（元件）的一个边嵌在某槽的上层，另一边安放在相隔一定槽数的另一槽的下层的一种绕组结构。双层绕组的线圈结构和单层绕组相似，但由于其一槽可安放两个线圈边，所以双层绕组的线圈数和槽数正好相等。根据双层绕组线圈形状和连接规律，三相双层绕组可分为叠绕组和波绕组两大类。 双层绕组的主要优点为： （1）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，来改善电动势和磁动势的波形； （2）所有线圈具有同样的尺寸，便于制造； （3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。 在介绍双层叠绕组之前，先介绍下槽电势星形图。 3.3.1 槽电动势星形图 槽电动势星形图：当把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用相量表示时，这些相量构成一个辐射星形图，槽电动势星形图是分析交流绕组的有效方法。 槽电动势星形图的画法： （1）计算每槽的电角度α； （2）在纸上水平的右方，作出第一根矢量，此后每隔α作一矢量(在槽电势矢量星形图上，电角度用几何角度表示)，在一个圆周内共作出360°/α根矢量； （3）把水平右方第一根矢量作为基准初相角，并按顺时针方向分别标出槽矢量号1，2，3??，依次落后一个α 角。 现用一台三相、四极、36槽的