第28章 步电机
281 步电机基结构工作原理额定值
2811 步电机基结构
() 隐极步电机(汽轮发电机例)
保证频率f50Hz发电机极数P少
特点转速高 (般二极2P2)
离心力需细长转子(隐极式)
05mm硅钢片叠压成
定子铁心 型电机扇型片拼成圆形
矩形开口槽径轴通风道
1 定子 定子绕组三相双层绕组扁铜线绕制成采成型线圈
外壳钢板焊接成
2 转子 (1)合金钢锻成转轴制成整体外园开槽齿齿
(2)励磁绕组心式绕组
(3)采高强度铝合金槽楔端部采保护环固定
3滑环(集电环)电刷装置
(二) 凸极步电机
特点转速低 保证f50Hz需发电机极数P增
保证放置P磁极需转子直径
1定子 定子铁心硅钢片叠成直径达20米矩形开口槽
定子绕组双层绕组
2转子 凸极式铁心厚钢板叠成
励磁绕组扁铜线绕制成
阻尼绕组(起动绕组)铜条端环构成步电动机异步起动
2812 步发电机基工作原理
步电动机工作时定子三相绕组中通入三相称电流转子励磁绕组通入直流电流定子三相称绕组中通入三相交变电流时气隙中产生旋转磁场转子励磁绕组中通入直流电流时产生极性恒定静止磁场转子磁场磁极数定子磁场磁极数相等转子磁场受定子磁场磁拉力作定子旋转磁场步旋转转子等旋转磁场速度方旋转步发电机基工作原理
定子旋转磁场转子速度 称步转速决定电源频率定转子极数p会负载变化改变
2813 步电机额定值
步电机额定值（铭牌值）种：
1 额定容量SN额定功率PN步发电机说额定容量指发电机出线端额定视功率般千伏安（kVA）兆伏安（MVA百万伏安）单位额定功率指发电机输出额定功功率般千瓦（kW）兆瓦（MW百万瓦）单位步电动机言指转轴输出效机械功率千瓦（kW）兆瓦表示步调相机发电机出线端输出功功率表示容量千乏（kvar）兆乏（Mvar）表示
2 额定电压UN指步电机额定运行时定子三相线电压单位伏(V)千伏(kV)
3 额定电流IN指步电机额定运行时流定子绕组线电流单位安（A）
4 额定功率数指步电机额定运行时功率数
5 额定效率指额定运行时效率
综合定义1~5条出间基关系
三相交流发电机说
三相交流电动机说
额定转速nN额定频率fN额定励磁电压UfN额定励磁电流IfN
282 步电机磁场电枢反应
2821 空载运行时步电机磁场
原动机带动发电机步转速运行励磁绕组通适励磁电流电枢绕组带负载时运行情况称空载运行空载运行步发电机简单运行方式
◆凸极发电机说定转子间气隙整电枢圆周分布均匀极面气隙较极间气隙较极面磁阻较极间磁阻极面极范围气隙径磁通密度分布似顶帽形极靴外气隙磁通密度减少快相邻两极中线磁通密度零气隙磁密付立叶谐波分析方法分解出空间基波系列谐波通常极靴极弧半径做成定子圆半径两圆弧圆心重合(称偏心气隙)形成极弧中心处气隙极弧中心线两侧方气隙逐渐增样气隙磁通密度分布较接正弦波形
◆隐极电机励磁绕组嵌埋转子槽转子圆周气隙视均匀励磁磁势空间分布阶梯形受齿槽影响气隙磁密呈现出波动变化谐波分析法求出基波分量合理选择齿宽度气隙磁密分布接正弦波
◆感应电势波形气隙磁密分布形状幅值紧密相关设计制造电机时应采取适措施获接正弦分布气隙磁密品质较高感应电势
2822 负载运行时步电机磁场电枢反应
空载时步电机中步转速旋转励磁磁势 电枢绕组中感应出三相称交流电势称励磁电势
电枢绕组接三相称负载电枢绕组负载起构成闭合通路通路中流三相称交流电流 知道三相称电流流三相称绕组时会形成步速度旋转旋转磁势
见负载步电机部会产生旋转磁势 电枢旋转磁势步发电机接三相称负载电机中轴转转子磁势 (称机械旋转磁势)外电枢旋转磁势(称电气旋转磁势)
气隙磁场成合成磁势电机气隙中建立起磁场 步转速旋转旋转磁场 见步发电机负载电机部磁势磁场发生显著变化变化电枢磁势出现致
电枢反应
▲电枢磁势存气隙磁场位置发生变化现象称电枢反应电枢反应会电机性产生重影响
▲电枢反应情况决定空间相量 间夹角夹角时间相量E0 Ia 间相位差相关连称功率数角负载性质决定
（1）y0者180度 时Ff间夹
角90度者270度 二者正交转子磁势作
直轴电枢磁势作交轴电枢反应
结果合成磁势轴线位置产生定偏移
幅值发生定变化种作交轴电枢反
应称交轴电枢反应简称交磁作
（2）y90时间夹角180度
二者反相转子磁势电枢磁势作直轴
方相反电枢反应纯磁作合成磁势幅值减
电枢反应称直轴磁电枢反应
（3）y90时间夹角0 二者
相转子磁势电枢磁势作直轴方相
电枢反应纯增磁作合成磁势幅值加电枢反
应称直轴增磁电枢反应
（4）般情况(y意角度时)分解直轴分量 交轴分量 产生直轴电枢磁势F
相反相起增磁者磁作产生交轴电枢磁势
正交起交磁作
283 隐极步发电机电势方程式步电抗相量图
步电机空载时气隙中步旋转磁场仅转子励磁电流（直流）建立
负载时定子绕组流电流产生磁势（称电枢磁势）励磁磁势作产生合成气隙磁场存电枢反应问题电枢磁场极磁场相静止二者身旋转
电枢反应：电枢磁势基波磁场影响样包括磁助磁交磁三种情况会气隙磁场畸变
电枢磁势基波励磁磁势转速转相静止励磁磁势转速n1定子称三相绕组产生电枢磁势基波转速
电枢电流滞励磁电动势锐角时电枢反应 0≤≤900
假设某时刻A相绕组交链磁通产生励磁电动势E0时刻作时间起点时刻电流滞ψ角达值磁通超前感应电势E0900
令时轴相轴重合（1）重合忽略磁滞涡流时重合（2）重合
时产生磁磁势产生交磁磁势
特殊： ψ0 0 Fa 交轴磁势ψ90 直轴磁势
知道时间相量相位关系便确定空间相量间相位关系进分析电枢反应情况性质
2831 隐极步发电机电枢反应电抗步电抗
隐极步电机气隙均匀电枢磁势极磁场影响气隙圆周位置样整体考虑电枢反应影响分成交直轴分量考虑
磁路饱：利叠加原理分考虑负载时电枢磁势Fa励磁磁势Ff1独立作然进行叠加
定子绕组产生三感应电动势滞产生磁通90度电角度
合成气隙磁通 气隙电动势
磁路饱：叠加原理电流产生磁势求合成磁势求合成气隙磁通感应电动势
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281 步电机基结构工作原理额定值
2811 步电机基结构
() 隐极步电机(汽轮发电机例)
保证频率f50Hz发电机极数P少
特点转速高 (般二极2P2)
离心力需细长转子(隐极式)
05mm硅钢片叠压成
定子铁心 型电机扇型片拼成圆形
矩形开口槽径轴通风道
1 定子 定子绕组三相双层绕组扁铜线绕制成采成型线圈
外壳钢板焊接成
2 转子 (1)合金钢锻成转轴制成整体外园开槽齿齿
(2)励磁绕组心式绕组
(3)采高强度铝合金槽楔端部采保护环固定
3滑环(集电环)电刷装置
(二) 凸极步电机
特点转速低 保证f50Hz需发电机极数P增
保证放置P磁极需转子直径
1定子 定子铁心硅钢片叠成直径达20米矩形开口槽
定子绕组双层绕组
2转子 凸极式铁心厚钢板叠成
励磁绕组扁铜线绕制成
阻尼绕组(起动绕组)铜条端环构成步电动机异步起动
2812 步发电机基工作原理
步电动机工作时定子三相绕组中通入三相称电流转子励磁绕组通入直流电流定子三相称绕组中通入三相交变电流时气隙中产生旋转磁场转子励磁绕组中通入直流电流时产生极性恒定静止磁场转子磁场磁极数定子磁场磁极数相等转子磁场受定子磁场磁拉力作定子旋转磁场步旋转转子等旋转磁场速度方旋转步发电机基工作原理
定子旋转磁场转子速度 称步转速决定电源频率定转子极数p会负载变化改变
2813 步电机额定值
步电机额定值（铭牌值）种：
1 额定容量SN额定功率PN步发电机说额定容量指发电机出线端额定视功率般千伏安（kVA）兆伏安（MVA百万伏安）单位额定功率指发电机输出额定功功率般千瓦（kW）兆瓦（MW百万瓦）单位步电动机言指转轴输出效机械功率千瓦（kW）兆瓦表示步调相机发电机出线端输出功功率表示容量千乏（kvar）兆乏（Mvar）表示
2 额定电压UN指步电机额定运行时定子三相线电压单位伏(V)千伏(kV)
3 额定电流IN指步电机额定运行时流定子绕组线电流单位安（A）
4 额定功率数指步电机额定运行时功率数
5 额定效率指额定运行时效率
综合定义1~5条出间基关系
三相交流发电机说
三相交流电动机说
额定转速nN额定频率fN额定励磁电压UfN额定励磁电流IfN
282 步电机磁场电枢反应
2821 空载运行时步电机磁场
原动机带动发电机步转速运行励磁绕组通适励磁电流电枢绕组带负载时运行情况称空载运行空载运行步发电机简单运行方式
◆凸极发电机说定转子间气隙整电枢圆周分布均匀极面气隙较极间气隙较极面磁阻较极间磁阻极面极范围气隙径磁通密度分布似顶帽形极靴外气隙磁通密度减少快相邻两极中线磁通密度零气隙磁密付立叶谐波分析方法分解出空间基波系列谐波通常极靴极弧半径做成定子圆半径两圆弧圆心重合(称偏心气隙)形成极弧中心处气隙极弧中心线两侧方气隙逐渐增样气隙磁通密度分布较接正弦波形
◆隐极电机励磁绕组嵌埋转子槽转子圆周气隙视均匀励磁磁势空间分布阶梯形受齿槽影响气隙磁密呈现出波动变化谐波分析法求出基波分量合理选择齿宽度气隙磁密分布接正弦波
◆感应电势波形气隙磁密分布形状幅值紧密相关设计制造电机时应采取适措施获接正弦分布气隙磁密品质较高感应电势
2822 负载运行时步电机磁场电枢反应
空载时步电机中步转速旋转励磁磁势 电枢绕组中感应出三相称交流电势称励磁电势
电枢绕组接三相称负载电枢绕组负载起构成闭合通路通路中流三相称交流电流 知道三相称电流流三相称绕组时会形成步速度旋转旋转磁势
见负载步电机部会产生旋转磁势 电枢旋转磁势步发电机接三相称负载电机中轴转转子磁势 (称机械旋转磁势)外电枢旋转磁势(称电气旋转磁势)
气隙磁场成合成磁势电机气隙中建立起磁场 步转速旋转旋转磁场 见步发电机负载电机部磁势磁场发生显著变化变化电枢磁势出现致
电枢反应
▲电枢磁势存气隙磁场位置发生变化现象称电枢反应电枢反应会电机性产生重影响
▲电枢反应情况决定空间相量 间夹角夹角时间相量E0 Ia 间相位差相关连称功率数角负载性质决定
（1）y0者180度 时Ff间夹
角90度者270度 二者正交转子磁势作
直轴电枢磁势作交轴电枢反应
结果合成磁势轴线位置产生定偏移
幅值发生定变化种作交轴电枢反
应称交轴电枢反应简称交磁作
（2）y90时间夹角180度
二者反相转子磁势电枢磁势作直轴
方相反电枢反应纯磁作合成磁势幅值减
电枢反应称直轴磁电枢反应
（3）y90时间夹角0 二者
相转子磁势电枢磁势作直轴方相
电枢反应纯增磁作合成磁势幅值加电枢反
应称直轴增磁电枢反应
（4）般情况(y意角度时)分解直轴分量 交轴分量 产生直轴电枢磁势F
相反相起增磁者磁作产生交轴电枢磁势
正交起交磁作
283 隐极步发电机电势方程式步电抗相量图
步电机空载时气隙中步旋转磁场仅转子励磁电流（直流）建立
负载时定子绕组流电流产生磁势（称电枢磁势）励磁磁势作产生合成气隙磁场存电枢反应问题电枢磁场极磁场相静止二者身旋转
电枢反应：电枢磁势基波磁场影响样包括磁助磁交磁三种情况会气隙磁场畸变
电枢磁势基波励磁磁势转速转相静止励磁磁势转速n1定子称三相绕组产生电枢磁势基波转速
电枢电流滞励磁电动势锐角时电枢反应 0≤≤900
假设某时刻A相绕组交链磁通产生励磁电动势E0时刻作时间起点时刻电流滞ψ角达值磁通超前感应电势E0900
令时轴相轴重合（1）重合忽略磁滞涡流时重合（2）重合
时产生磁磁势产生交磁磁势
特殊： ψ0 0 Fa 交轴磁势ψ90 直轴磁势
知道时间相量相位关系便确定空间相量间相位关系进分析电枢反应情况性质
2831 隐极步发电机电枢反应电抗步电抗
隐极步电机气隙均匀电枢磁势极磁场影响气隙圆周位置样整体考虑电枢反应影响分成交直轴分量考虑
磁路饱：利叠加原理分考虑负载时电枢磁势Fa励磁磁势Ff1独立作然进行叠加
定子绕组产生三感应电动势滞产生磁通90度电角度
合成气隙磁通 气隙电动势
磁路饱：叠加原理电流产生磁势求合成磁势求合成气隙磁通感应电动势
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