交流电机统一问题

完整正弦波，相当于360°。如果磁极极对数是p，整 个圆周有p个完整正弦波，相当于p × 360°。从几何 的观点来看，整个圆周只有360°。
圆周的空间几何角度称为机械角度，而圆周上对 应于磁场分布的角度称为电工角度，简称为电角度。
电角度＝p×机械角度
(2) 槽距角和槽距电角
① 槽距角α：相邻两槽之 间的机械角度。
n0
问题
如何使定子磁场旋转起来？
2.2 同步电机基本原理
原动机拖动转子磁场以速度n0旋转
（相对定子）
U1
定子导体与转子磁场相对转速为n0
定子导体感生电动势 定子绕组带负载，有电流流过
V2
N
+ If
W2
定子源自文库流产生旋转磁场，速度为n0
Uf －
转子导体受电磁力，形成电磁转矩，W1
U11 W22 V11 U12 W11 V12 U21 W12 V21 U22 W2V122
UV
W P=2绕组展开图(Y联接)
(3) 三相绕组的接法
转子绕组 三角联接
U 定子 转子绕组
星形联接
uv
转子
W
w
V
(4)交流绕组的基本量
线圈 节距：整距、短距、长距 极距
线圈：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 。
(8)极距：一个磁极在铁心圆周表面上所占的范围称 为极距，用符号τ表示，通常以用槽数或长度计。
Z


2 p

πD
(槽) (米)
2 p
＝ y1

(整距) ( 短距) ( 长距)
y1
各个线圈的感应电动势有效值相等
相邻线圈的感应电动势相位差为槽距电角α1
链式绕组：
单层叠绕组
双层叠绕组
双层波绕组
(6)绕组构成中的特别处理
为消除电动势和磁动势中的谐波，在绕组 构成中应采用短距方法和分布方法。
分布方法：一个槽中的集中绕组，分别按 一定的规律放于多个槽中；
短（长）距方法：要消除的谐波为 次
时，绕组的节距值为：
y1

（3）主要应用场合 电力系统：发电机、变压器、输电线
火力发电（电能的产生）
热电厂
1 煤传送带 2 加煤机 3 粉碎机 4 锅炉 5 煤渣 6 空气预热器 7 静电除尘 8 烟囱 9 汽轮机 10 冷凝器 11变压器 12 冷却塔 13 发电机 14 输电线
大型汽轮机
2 交流电机基本原理
(1 1 )
分布绕组
集中整距绕组
U1
W2
V1
U2
W1
V2
123456789012345678
U1
U2
整距分布绕组
短距绕组
1上
1下
y1
极距
2 1'

fy
0 fy
2
iNy
0

2
单相双层短距线圈产生的磁通势
2'
1下
e 3 2
e 2
4 交流绕组构成
交流绕组的基本要求 基本物理量和概念 三相单层绕组 三相双层绕组 小结
感应电机的基本原理 同步电机的基本原理
2 交流电机基本原理
2.1 感应电机基本原理
定子磁场以速度n0旋转 转子导体与定子磁场相对转速
Δn 转子导体感生电动势 转子导体形成回路，产生电流
转子导体受电磁力，形成电磁 转矩
推动转子以转速n顺n0方向旋转
N 笼型转子 n n0
＝ y1

(整距) ( 短距) ( 长距)
y1
各个线圈的感应电动势有效值相等
相邻线圈的感应电动势相位差为槽距电角α1
单层绕组的线圈节距均为整距
(5)三相绕组的形式
单层绕组
同心式 链式 交叉链式 叠式
双层绕组
叠式 波式
同心绕组：
(6)线圈：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.
y1
(a)单匝线圈 (b) 多匝线圈 (c) 多匝线圈简易画法
(7)节距：一个线圈的两个有效边在铁心圆周表面上所跨的距
离称为节距，用符号y1表示，一般以槽数计。
1 交流电机概述
1.1 电机的基本概念和分类
电机是依据电磁感应定律和电磁力定律，由电路和磁路构 成的能实现机电能量转换或信号传递与转换的装置。
e=Blv
电路
磁路
f=Bli
机械能
电能
1.2 异步电机简述
（1）主要作电动机使用 （2）主要优点
结构简单 制造容易 坚固耐用 运行可靠 价格低廉 有较高的效率 相当好的工作特性
建立电磁转矩和拖动转矩平衡
3 交流电机绕组概念
单线圈集中绕组 4极单线圈绕组 三相绕组接法 交流绕组基本量 三相绕组的排列和联结方法 三相绕组的形式 交流绕组中的特别处理
3 交流电机电枢绕组概念
(1)单线圈集中绕组
绕组空间三相对称：任意相旋转120度整倍数与另一 相完全重合
（3）缺点
目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速 必须从电网吸收滞后的无功功率
（4）分类：
北车唐山厂生产线车间
CRH3和谐号动车组
定子绕组
笼型转子
绕线型异步电动机的转子
1.3 同步电机简述
（1）主要作发电机使用 （2）常见类型
三相同步发电机 自控式同步电动机 磁阻同步电动机 永磁同步电动机 步进电动机
15
N
N
1144
14
1133
13
1122
12
1111
11
1100
10
99
9
88
8
77
7
66
6
S
S
55
5
44
4
33
3
22
2
11
1
由于60度相带产生的合成电动势要比120度相带产生 的合成电动势大，故一般采用60度相带。
120度相带
60度相带
(5) 每极每相槽数q
q Z 2mp
m为交流绕组相数， 三相绕组，m＝3。
S
异步电动机模型
感应电机原理特点
必须有一个旋转的磁场(实现能量转换的前提) 旋转磁场与转子导体存在转速差，即Δn≠0（必要
条件，异步） 转子导体形成回路（e→i≠0，产生电流） 建立转矩的电流由感应产生（称为感应电机）
感应电机最重要的参数：转差率
s n n0 n
n0
36
3355
35
3344
34
3333
33
N
N
3322
32
3311
31
3300
30
2299
29
2288
28
2277
27
2266
26
2255
25
2244
24
三相单层绕组60°相带
三相双层绕组60°相带
S
2233
S
23
2222
22
2211
21
2200
20
1199
19
1188
18
1177
17
1166
16
1155
4.1 交流绕组的基本要求
导体 交流绕组
同步发电机原理结构示意图
交流绕组的基本要求
① 绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波。 ② 三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称。 ③ 在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)
4.2 基本物理量和概念
(1)电角度 磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个
36 ω 1
20°
③按60°相带法分相
根据基波电动势星形相量图，把相关槽里的导体分配到3个 相里，从而连接成三相对称绕组
图中每 60°相带中有3个槽导体，每相每极下的槽数 q Z 36 3 2mp 23 2
④画绕组的连接图
将图沿轴剖开，展成一个平面 1， 2， 3槽和19，20，21槽属于A相带 10，11，12槽和28，29，30槽属于X相带 A与X相带之间相距180°空间电角度 1和10 2和11 3和12连接成整距线圈 由于都属于A相（X也属于A相），可以互相串连，引出线
三相2极单线圈绕组U、V、W
V2 U1 W2 W1 V1
U2
绕组空间位置
W2
U2
V2
U1
V1
W1
转子绕组展开图(星形联接)
(2) 4极单线圈绕组
由3个线圈增加到6个，依次滞后60度机械角度 对称分布
V22 W21
U22
U11 W22
V11
W2
U12
V21
W11
W12 U21 V12
绕组空间位置
相位差相同。将各槽导体电动势相量画在一起，组成一 个星形，称为槽电动势星形图。
(4) 相带
① 120°相带 ② 60°相带
120°相带
60°相带
N
3366
36
3355
35
3344
34
3333
33
N
3322
32
3311
31
3300
30
2299
29
2288
28
2277
27
B
三相单层绕组无120°相带连接法
2266
26
2255
25
S
三相双层绕组120°相带
2244
24
S
2233
23
2222
22
2211
21
2200
20
1199
19
1188
18
1177
17
1166
16
1155
15
N
N
1144
14
1133
13
1122
12
1111
11
1100
10
99
9
88
8
77
7
66
6
55
S
5
44
4
33
3
22 2
11 1
S
3366
步骤： ①画槽电动势星形图； ②分相； ③构成线圈； ④构成线圈组； ⑤画绕组展开图。
①首先计算定子相邻两槽之间的槽距电角α1
1

p 360 Z

2 360 36
20
Z 36 9
2p 4
②画基波电动势星形相量图
先假设定子槽里只放一根导体， 并规定导体感应基波电动势的正方 向出纸面为正。
S
V1
和拖动转矩平衡（绕线式转子）
把机械功率转换为电功率
U2
同步电机原理特点
转子励磁电流是直流，磁场的旋转由原动机拖动 实现，此转速决定电机的电动势频率
转子磁场与定子绕组的转速差为n，在定子绕组中感 应电动势
定子绕组带负载时形成回路，有电流流过，此电 流产生旋转磁场，转速和转子磁场转速相同（同 步，称为同步电机）
y1
(a)单匝线圈 (b) 多匝线圈 (c) 多匝线圈简易画法
节距：一个线圈的两个有效边在铁心圆周表面上所跨
的距离称为节距，用符号y1表示，一般以槽数计。
极距：一个磁极在铁心圆周表面上所占的范围称为 极距，用符号τ表示，通常以用槽数或长度计。
Z


2 p

πD
(槽) (米)
2 p
★ 单层绕组每相最 大并联支路数 amax = p (极对数)
a=1 a=2
4.3 三相单层绕组
(1)三相单层集中整距绕组
三相绕组感应三相对称 基波电动势
ω EC
120度
EA
EB
V2 U1 W2 W1 V1
U2
绕组空间位置
W2
U2
V2
U1
V1
W1
转子绕组展开图(星形联接)
A B C三绕组等效整距线圈 EA EB EC 互差120°时间电角度 A B C三绕组互差120°空间电角度 每相只有一个整距线圈，两根引出线
360 α
Z
② 槽距电角α1：相邻两槽 中导体感应电动势的相位
差。
α1

p 360 Z

pα
例图中：Z=36
α 33660o0o 3603o601o0o 10o ZZ 36 36
α1

p 360o Z

2 360o 36
20o
(3)槽电动势星形图 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势
交流电机共同问题
电气工程学院 郭冀岭 jilingguo@163.com
交流电机概述 交流电机工作原理 交流电机电枢绕组概念 交流电机电枢绕组构成 交流电机电枢绕组磁场(△) 交流电机电枢绕组电势(△)
1 交流电机概述
电机的基本概念和分类 异步电机简述 同步电机简述
A X B Y C Z 星接或三角接
由于每相只有一个集中整距线圈，定子上每个 槽里只放一个圈边，因此叫做三相集中单层整 距绕组
感应电动势波形不理想，电枢表面空间没有充 分利用
(2) 三相单层分布绕组 【例】一台交流电机定子槽数Z=36，极数2p=4，并 联支路数a=1，试绘制三相单层绕组展开图。
单层绕组的线圈节距均为整距
单层线叠圈绕组组A相展开图，并联支线路圈数组a=1。
线圈 (9)线圈组：每相绕组中，相邻的线圈串联在一起，称 为一个线圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相 槽数q。
(10) 并联支路数 每相的各个线
圈组的感应电动势 有效值相等，相位 同相或反相。采用 串并联方式形成a 条并联支路。
A1X1 同理，得到A2X2
N
S
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
N
S
分磁极
N
S
36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1