电机学-交流绕组和电动势
电机学-交流绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢交流绕组的定义
感应交流电的绕组叫交流绕组
同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同， 因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢对交流绕组的要求 1）良好的导电性能； 2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势； 3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相 的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相 等； 4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁 动势中的谐波分量尽量小； 5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好； 6）制造工艺简单，检修方便。
8
9
10
S2
11 12 13
A
18
17 16 15 14
动势最大，应将第一个N极下的7、8槽也划
Y
24 12
13 1
14 2
归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽
23 11
Z 3 15
相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，
22 10
4 16
第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则 C
为X相带。
§8-2 三相单层绕组
➢三相单层集中整距绕组
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三
1
相对称电动势呢？可以作三相绕组电动
势相量的方法来说明。因槽间角 1 60 6 电角度，若规定导体电动势穿进纸面为
60°
2
正，则图8- 4(a)所示瞬间1槽导体电动势
为正的最大，当转子转过 1角后，2槽导
体电动势才最大，因此2槽导体电动势落 5
电机学3交流绕组
C
(1)旋转磁场的产生: )
定子三相电流瞬时表达式:
i A = I m cos ω t i B = I m cos( ω t 120 i C = I m cos( ω t 240 ) )
选择0度,120度,240度,360度四个旋转瞬时分 析,规定电流为正时:从首端ABC流出 ; 电流为负时,从首端ABC流入 .
5,槽电势星形图和分相:
1,2,3; 10,11,12 7,8,9; 16,17,18 13,14,15; 4,5,6
19,20,21;28,29,30 25,26,27; 34,35,36 31,32,33; 22,23,24 A X 12 29 11 28 10 2 3 30 B Y C Z
1
3,线圈与节距y1: 线圈:由一匝或多匝导线串联而成,有两个引出 线圈 线,一个称为首端,一个称为末端. 节距y1:线圈两个有效边沿定子内圆的距离 整距(y1 = τ),短距(y1 < τ),长距τ(y1 > τ) y τ y τ τ y τ 4.槽距角α: 相邻两槽之间的电角度 5.每极每相槽数q: 每相绕组在每一磁极下所占有的槽数 q = Z / 2pm (整数槽和分数槽) α = p*360 / Z
谐波磁势的特点: pν = ν p fν = f
τ τν = ν
利用付氏级数展开,坐标原点在线圈的中心线上, 单个线圈的磁势分解为:
f c (θ , t ) = ( Fc1 cos θ Fc 3 cos 3θ + Fc 5 cos 5θ + ) cos ω t 4 2 其中: Fc1 = N c I c = 0 .9 N c I c π2 1 Fcν = Fc1
y1
k q1
4,相电势和线电势:
电机学交流绕组知识点
交流绕组部分（感应电动势和磁动势）习题1.谐波电动势对电机运行有何影响？为什么同步发电机定子绕组采用星型接法？谐波电动势使电机的电动势波形非正弦，产生谐波转矩和附加损耗。
为了消除3次谐波，同步电机定子绕组采用星形接法。
（三相交流电流中，各相基波电动势相位差为120度，而各相的三次谐波电动势相位差为360度，即为同相。
同理，3的倍数的各奇次谐波也为同相位。
这样接成星形时，在线电动势中不可能出现3次和3的倍数奇次谐波电动势。
当三相绕组接成三角形，3次及3的倍数奇次谐波电动势在闭合的三角形电路中被短路而形成环流，引起附加铜损耗，虽然这时只残留微少的电压降，线电动势中仍不出现这类谐波。
因此多采用星形连接。
）2.为什么交流绕组的磁动势，既是时间函数又是空间函数？用单相绕组基波磁动势来说明。
交流绕组的电流是随时间而变化的正弦函数。
磁动势为空间函数，磁场在空间分布。
（见练习题书P.121）3.脉动磁动势和旋转磁动势有什么关系？脉动磁动势可以分解为两个旋转磁动势分量，每个旋转磁动势分量的振幅为脉动磁动势振幅的一半，旋转速度相同，但旋转方向相反。
（分解的表达式见笔记p.3）。
等式左边为脉动磁动势，等式右边第一项为正向旋转磁动势，在空间按正弦规律分布，幅值不变，幅值位置在wt-x=0处，随时间变化，磁动势波在空间移动，移动的速度为w，所以是旋转磁动势。
等式右边第二项为负向旋转磁动势。
4.产生圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有何不同？m相对称电流流入m相对称绕组时，产生圆形旋转磁动势。
m相不对称电流流入m相对称绕组，或者m相对称电流流入m相不对称绕组时，产生椭圆形旋转磁动势。
5.如果不考虑谐波分量，在任一瞬间，脉动磁动势的空间分布是怎样的？圆形旋转磁动势的空间分布是怎样的？椭圆形旋转磁动势在空间分布是怎样的？如果观察一瞬间，能否区别该磁动势是脉动磁动势、圆形旋转磁动势或椭圆形旋转磁动势？如果不考虑谐波分量，在任一瞬间，脉动磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势在空间分布均为正弦波，故不能区别三种磁动势。
第3章 交流电机的基本理论
第3章 交流电机的基本理论
河海大学 华侨大学 上海交通大学 南京理工大学
高等教育出版社、高等教育电子音像出版社
1
本章主要内容
3.1 交流电机的工作原理 3.2 交流电机的绕组和电动势 3.3 交流电机绕组的磁动势 本章小结
2
本章学习要求 基本要求：
1. 掌握旋转电机的基本作用原理。 2. 了解三相交流绕组的构成原则和连接方法，
7
3.1.2 异步电机的工作原理 定子绕组 （三相） 1. 三相异步机的结构 A
三相定子绕组：产生旋转 磁场。
Y
定子
Z
转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。
线绕式 鼠笼式 转子
Cபைடு நூலகம்
B
X
鼠笼转子
机 座
8
3.1.2 异步电机的工作原理
2. 电动机运行时的基本原理
定子接三相电源上，绕组中流过三相对称电流，气隙中 建立基波旋转磁动势，产生基波旋转磁场，转速为同步速 (后文将详细介绍):
32
3.2.3 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
3. 一个线圈（Nc 匝）电动势
设线圈匝数为 N C ，其电动势 Ec 为一匝线圈电动 Et 势的 N C 倍，故:
Ec NC Et 4.44 fNC KPΦ
33
3.2.3 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
（以三相双层绕组为重点）。
3. 掌握交流绕组电动势的分析和计算方法。
了解绕组系数的物理意义及其对改善波形的作用。 4. 理解绕组的谐波电动势，了解其削弱方法。
5. 掌握交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法。
分清脉振磁动势、圆形磁动势和椭圆性磁动势的区别及关系。
2009_21电机学-同步电机的基本知识和结构,交流绕组和电动势4
内容回顾对于单层绕组，每对极下每相只有一个线圈组，每个线圈组由q 个线圈串联组成；p 对极电机每相共有p 个线圈组；并联支路。
对于双层绕组，每对极下每相有2个线圈组，每个线圈组由q 个线圈串联组成；p 对极电机每相共有2p 个线圈组。
并联支路。
2.感应电动势的波形和谐波分析=eBlvax为了做出气隙磁密分布曲线，可把电机沿轴向剖开，并展开成一直线。
把纵坐标取在磁极中心线上，表示气隙磁密；横坐标放在转子表面，表示极面各点距坐标原点的距离以电角度α量度，整个坐标系统随转子旋转。
在整距情况下，线匝的一根导体 a 若处于S极下，则另一根导体a’正好处于N极下，此时两导体感应电动势的瞬时值大小相等，方向相反。
如果规定导体电动势方向如图中自下而上为正，则由于两导体在空问相差一个极距τ，即相当于基波磁场的180 度空间电角度。
所以a 、a’导体的感应电动势在时间上也差180度时间电角度，如图所示。
按照线匝电动势规定正方向，则111aa T E E E ′−=&&&因与反相位，故线匝电动势有效值为：1a E &1aE ′&111144.422.222Φ=Φ×==f f E E a T 若线圈匝数为w c ，则整距线圈基波电动势为11144.4Φ==c T c c fw E w Eν次谐波电动势与间的相位差为电角度，由于ν为奇数，因此电动势相位差仍为反相位，ν次谐波电动势有效值为结论：无论基波和谐波整距线匝电动势有效值都是一根导体电动势的两倍，且线匝电动势波形与单根导体电动势波形相同。
整距线圈电动势是整距线匝电动势的wc 倍，其波形不变。
νaE&νaE′&o180×ννννΦ=ccw fE44.4由于导体中感应电动势有效值的大小与导体所处磁场位置无关，仍可按前式计算，但两导体电动势间的相位与它们所处磁场位置，即空间位置有关。
两根导体基波电动势在时间相位上相差的电角度应等于它们在空间位置相差的电角度。
电机中磁动势与电动势的图文分析
1.交流绕组的磁动势图1图2 图3从图中可以看出三相电流产生的总的磁场是随着转子的旋转而旋转的，设转子开始的位置就是A 相的轴线位置，也就是0α︒=时，此时a F 在轴线+A 轴上，当转子逆时针转动1α角时，a F 也转动1α角，这样最大的磁动势线就对应在1α，1α也就是t ω。
值得注意的是，上面的图是三相电流合成之后的磁动势，而对于每一相电流，他们产生的基波磁动势的表达式是11cos cos cos cos k k k f N I t F t ωαωα==，这个式子可以傅里叶变换为：'''1111111cos()cos()22k k k k k f F t F t f f αωαω=-++=+，可以发现，一个脉振磁动势可以分解为两个极对数和波长与脉振波完全一样，类比上面的合成磁动势，这里的cos()t αω-可以看成是振幅为112k F 的磁动势沿着逆时针转动，也就是转子的转动方向旋转，并且旋转的角速度为d d tdt dtαωω==，也就是说，这个行波是电角速度为ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。
另外，cos()t αω+部分可以看成振幅为112k F 的磁动势沿着顺时针转动，这个行波是电角速度为-ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。
这些都是电枢绕组上的电枢电流所产生的磁动势特征，分别通过对总的电枢磁动势a F 的旋转方向来过渡到单相电流产生的磁动势，由于转子是逆时针方向转动，所以电动势是逆时针转动，导致电枢电流逆时针转动，然后就有了a F 逆时针转动，可以形象的通过上面的图3看出随着α而转动。
1cos()f F αα=-2.图示说明分布、短距绕组的物理意义两槽单线圈磁场空间分布为矩形波，所以含有大量的谐波在里面，那么产生的电动势也就有大量的谐波。
图4 两槽单线圈磁力线分布6槽三相电机磁场空间分布为阶梯波，所以也含有大量的谐波。
电机学 交流电机的绕组及其感应电动势
交流绕组概述
作用：
– 通入电流→磁场（电动机） – 磁场与定子绕组切割→电势→电流（发电机）
分类（类型）
– 相数：单相、三相 – 层数：
单层：同心式、交叉式、链式 双层：叠绕组、波绕组
– 宽度：整距、短距 – 分布性：分布绕组、集中绕组
交流绕组的基本概念
绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称 ①要求磁势和电势的波形为正弦波形； ②要求磁势和电势三相对称，三相电压对称； ③电力系统都有统一的标准频率，我国规定工业标准
构造方法和步骤（举例：Z=24,2p=4,整距,m=3) •分极分相:
将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 •连线圈和线圈组： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈） 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？） 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） 以上连接应符合电势相加原则 •连相绕组： 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法构造其他两相。 •连三相绕组 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 △接法或者Y接法
整矩绕组：跨距y＝τ＝6，每个元件的上层边与下层边相距6
a规相个件律8槽。个为。同元l例理-72如件‘--8第2’分，-l槽83成’的-，9’4上，7个层4--1元边130应‘’件，-8与.-组..第1相4，7连’槽，，各的1共下元3计-层1件有边92‘组接-41个成的4元-一2连件个0’接。元，
每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、极对数p和 相数m为，则
华中科技大学版【电机学】（第三版）电子讲稿【第四章】
华中科技⼤学版【电机学】（第三版）电⼦讲稿【第四章】第四章：交流绕组及其电动势和磁动势主要内容：交流绕阻的构成，即绕阻连接规律及电势和磁势。
交流电机分：同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机异步：主要作为电动机，有时也作发电机上述两⼤类交流电机虽然激磁⽅式和运⾏特性有很⼤差别，但电机定⼦中发⽣的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性问题，可统⼀进⾏研究，这就是本章所要研究的交流电机的绕组，电势，磁势问题。
这些问题对于以后分别研究异步电机和同步电机的运⾏性能有着重要意义。
4-1交流绕组的构成和分类本节介绍交流绕组的连接⽅法。
电磁作⽤都与绕组有关，绕组构成了电机的电路部分，是电机的核⼼，必须对交流绕阻的构成和连接有⼀个基本了解。
⼀、交流绕组的构成原则虽然绕组的型式各不相同，但它们的构成原则基本相同，基本要求是：（1）电势和磁势波形要接近正弦波，数量上⼒求获得较⼤基波电势和基波磁势。
为此要求电势和磁势中谐波分量尽可能⼩。
（2）对三相绕组各相的电动势，磁动势必须对称，电阻电抗要平衡。
（3）绕阻铜耗⼩，⽤铜量少。
（4）绝缘可靠，机械强度⾼，散热条件要好，制造⽅便。
⼆、交流绕阻的分类按相数分：（1）单相（2）多相（两相，三相）按每极每相槽数分：（1）整数槽（2）分数槽按槽内层数分：（1）单层（2）双层（3）单、双层按绕阻形状分：（1）叠绕（双层）（2）波绕（双层）（3）同⼼式（单层）（4）交叉式（单层）（5）链式（单层）本章主要介绍三相整数槽绕阻4-2三相双层绕阻本节介绍三相双层绕组展开图。
对于10kw以上的三相交流电机，其定⼦绕组⼀般均采⽤双层绕组。
双层绕组每个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的⼀个边放在某⼀个槽的上层，另⼀个边则放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-1所⽰，见P 136 P113绕阻的线圈数正好等于槽数在介绍双层绕组之前，⾸先介绍⼀些有关的知识⼀、双层绕组的优点1、可选择最有⼒的节距，以改善电势、磁势波形；2、线圈尺⼨相同便于制造；3、端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度。
上海电力学院电机学期末考试题库--交流绕组电动势和磁动势
绕组电势磁势一、选择1设同步电机稳定运行时，定子电枢电流产生的旋转磁势相对定子的转速为n a, 转子励磁电流产生的旋转磁势相对定子的转速为n b,贝u:(1) n a>n b；(2) n a<n b ；⑶ n a=n⑷都有可能，与电机的运行状态有关。
2当采用短距绕组同时削弱定子绕组中的五次和七次谐波磁势时，以下那一种绕组是我们应该选用的：⑴绕组跨距为(4 / 5 h ;⑵绕组跨距为(5 / 6 # ;⑶绕组跨距为(6 / 7 ；⑷绕组跨距为(7/3。
3交流绕组每相感应电势公式Ei= 4 . 4 4 f康林中的枷是：⑴磁通随时间交变的最大值；⑵一台电机的基波磁通量；4公式F=l. 3 5 是指：⑴一相的磁势振幅；⑵三相一对极的合成磁势振幅；⑶三相一个极的合成磁势振幅。
5由三相定子绕组基波电流产生的五次空间磁势谐波，它的转速是：⑴静止不动：⑵是基波磁场转速的1/5⑶等丁基波磁场转速；⑷五倍丁基波磁场转速。
6由三相定子绕组基波电流产生的七次空间磁势谐波，它产生的磁通切割定子绕组感应电势的频率是：⑴等丁零；⑵等于某波频率；⑶等丁基频的1/7 ;⑷等丁基频的七倍。
7三相异步电动机定子绕组做成分布及短距以后，虽然感应电势的基波分量有所减少，但是它带来的优点主要是：⑴改善了电势的波形；⑵可以增加某次谐波电势；⑶可以增加电机的额定转速；⑷可以改善磁势的波形。
8整数槽双层迭绕组最大并联支路数为a,极对数为p,它们之间的关系是:①am=2p ②am=□③am=O. 5op①〔6 0相带〕；②〔1 2 0相带〕9整数槽单层绕组的最大并联之路数为a m,极对数为p ,它们之间的关系是：①am=2p ②am=□③am=0. 5op①〔q为偶数〕；②〔q为奇数〕1 0整数槽双层波绕组的最大并联之路数为a m ,极对数为p ,最大并联支路数为：①2 p; ②P ；③2。
①〔y = 2r+!B寸〕；②〔y = 2rH寸〕1 1单层交流绕组中，每相申联匝数N i同每个线圈的匝数N y ,每极每相槽数q ,极对数p ,并联支路数a之间的关系是：①2 p q y^ a =N; ②p q y/a = N③ 2 p q y^^ = N; ④ p q^a = N12交流双层绕组中，每相申联匝数N同每个线圈的匝数by ,每极每相槽数q,极对数p,并联支路数a之间的关系是：① 2 p q " a =必; ② p q W a = N;③2 p q哭③=肢④pq Na = N。
交流绕组感应电动势有效值的计算公式
交流绕组感应电动势有效值的计算公式交流绕组感应电动势的有效值（也称为RMS值）可以使用以下公式计算：
E = N * B * A * ω * sin(θ)
其中，E 为感应电动势的有效值（单位为伏特，V），N 为线圈中的匝数，B 为磁感应强度（单位为特斯拉，T），A 为线圈的有效面积（单位为平方米，m²），ω 为角频率，即电流的角速度（单位为弧度/秒，rad/s），θ 为磁场与感应电动势之间的相角差。
需要注意的是，上述公式仅适用于理想情况下，即感应电动势的线圈完全位于均匀磁场中，并且感应电动势和磁场之间的相角差保持恒定。
实际应用中，由于存在更复杂的磁场变化和线圈结构等因素，感应电动势的计算可能更加复杂。
此外，如果知道感应电动势的交流波形，可以通过波形分析的方法来计算感应电动势的有效值。
常见的波形如正弦波和方波等，可以通过对波形进行积分和平方根处理来计算有效值。
《电机学》交流电机绕组及其感应电动势练习题
《电机学》交流电机绕组及其感应电动势练习题班级 学号 姓名 成绩一、填空1. 有一个三相双层叠绕组，2p =4，Z =36，支路数a =1，那么极距τ= 槽，每极每相槽数q = ，槽距角α= ，分布因数k d1= ，y =8，节距因数k p1= ，绕组因数k N1= 。
2. ★若消除相电势中 次谐波，在采用短距方法中，节距y = τ。
3. 一个整距线圈的两个边，在空间上相距的电角度为 ，如果电机有p 对极，那么它们在空间上相距的机械角度为 。
二、选择填空1. 当采用绕组短距的方式同时削弱定子绕组中五次和七次谐波磁势时，应选绕组节距为 。
A τB 4τ/5C 6τ/7D 5τ/62. 三相四极36槽交流绕组，若希望尽可能削弱5次空间磁势谐波，绕组节距取 。
A y =7B y =8C y =93. 一般情况下，中大容量交流电机的绕组系数通常为 。
Ａ <1 Ｂ >0 Ｃ =14. ★三相对称交流绕组的基波电势幅值为E 1,绕组系数为 k N1，3次谐波绕组系数为k N3，则3次谐波线电势幅值为 。
Ａ ０ Ｂ 1311/3N N E k k Ｃ 131E /N N k k 5. ★交流绕组采用短距与分布后，基波电势与谐波电势 。
A 都减小B 不变C 基波电势不变，谐波电势减小三、判断1.★采用分布短距的方法，可以削弱交流绕组中的υ次谐波电势。
（ ） 2.三相对称交流绕组相电势中无三及三的倍数次谐波。
（ ） 6.要想得到最理想的电势，交流绕组应采用整距绕组。
（ ） 7.交流电机励磁绕组中的电流为交流量。
（ ） 8. 分布、短距绕组能改善电动势波形，每根导体中的感应电动势也相应得到改善。
（ ）四、简答1. ★★有一台三相交流电机，Z =36，2p =4，节距y =7，并联支路数a =2。
试绘制：(1) 槽电势星形图，并标出60°相带分相情况；(2) 一对极下A 相双层迭绕组展开图。
电机学第四章交流电机绕组的基本理论
1. 三相交流绕组的结构；
2. 三相交流绕组产生的磁势分析；
3. 三相交流绕组产生的感应电势分析； 是交流电机（感应电机和同步电机）的共同问题
4.1 交流绕组的基本要求
一、基本要求：
电气要求： 1、绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波 ---谐波分量少。 2、三相绕组的基波电动势对称 3、一定导体数下，产生尽可能大的基波电动势
从不过分消除基波和用铜考虑， 应选尽可能接近于整距
• 均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各 相绕组在每个极域内所占的槽数应相等； • 对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆 周空间互相错开120电角度。
•电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加； 线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 • 如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。
（2）、槽电动势的星形图
槽内导体感应电动势的相量图，亦称为槽电动势星形图。
600相带： 如图
以A相位例，由于 q 3，故A相共有12个槽 相带：每极下每相所占的区域。 A相带： 1、2、3线圈组（ ）与19、20、21（ ） ）
X相带：10、11、12 （
） 与28、29、30（
将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。
二、相电动势和线电动势大小
交流绕组合成 相电势:
E E E E
2 1 2 3 2 5
E 1 1 (
交流绕组线电势
星形
E 3 E 1
2 l1
) (
2
E 5 E 1
)
2
El E E
2 l5
3 E E
2 1 2 5
三角形
华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)
◎ 并联支路数a：一相绕组中并联支路的个数，即因各个线圈组 的感应电动势相等，可以采用串、并联方式将q个线圈组连接，形 成a条并联支路。 ◎ 单层绕组每相最大并联支路数 amax = p
a=1
A1 A
X1
A2
X2 X
a=2
26
④ 画出三相绕组：
每极磁通 1
2
Bm1l
1 f 2
导体感应电动势
Ec1 2.22 f1
44
2. 线圈电动势与短距系数
线圈电动势有效值
y1 π E y1 N c Ec1 2 sin( ) 2
将一对极下属于同一 相的某两个导体连接 ，构成一个线圈 将一对极下属于同一 相的q个线圈连接，构 成一个线圈组
A1
X1
A2
X2
24
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。 线圈组 线圈组
A1
X1
A2
X2
线圈
25
④ 构成一相绕组：
A相绕组整体右移120°得B相绕组，整体右移240 °得C相绕组
27
总结：单层叠绕组构造方法和步骤
画槽电动势星形图
分极分相:
将总槽数按极数均匀分开，N、S极相邻分布 将每个极的槽数按三相均匀分开，三相在空间错开120°电角度
构成线圈和线圈组：
将一对极下属于同一相的某两个圈边连接，构成一个线圈 将一对极下属于同一相的q个线圈连接，构成一个线圈组
构成一相绕组：
将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端 根据并联支路数将线圈组串联、并联或串并联，均符合电势相加原则
电机学3交流绕组的电动势和磁动势
第五章 交流绕组和电动势 第六章 交流绕组的磁动势
李艳
第五章 交流绕组和电动势
5.1交流电机的基本工作原理及对绕组的要求 5.2三相单层集中整距绕组及其电动势 5.3三相单层分布绕组及其电动势 5.4三相双层分布短矩绕组及其电动势
第六章 交流绕组的磁动势
6.1单层集中整距绕组的磁动势
基波磁动势最大值为:
4 2 F NI 0 . 9 NI y 1 y y 2
整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线， 空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化——仍然为脉动磁动势。
单相脉动磁动势的分解
1 1 f(, t ) F c o s t c o s F c o s ( t ) F c o s ( t ) 1 1 1 1 2 2 + = f(, t ) + f(, t ) 1 1
5.4三相双层分布短距绕组及其电动势
短距线圈的电动势
E 4 . 4 4 f N Φ k y 1 ( y ) y 1 1 y 1
1
2 B m1 l
E y y 1 ( y τ ) 0 1 k s in ( 9 0 ) y 1 E τ y 1 ( y τ )
ห้องสมุดไป่ตู้
称为短距系数： 线圈短距时电动势 比整距时打的一个 折扣．
Z q 2 pm
• 7.相带：60度相带——将一个磁极分成m份，每份 所占电角度 120度相带——将一对磁极分成m份，每份 所占电角度 • 8.极相组——将一个磁极下属于同一相（即一个 相带）的q个线圈，按照一定方式串联成一组，称 为极相组（又称为线圈组）。 • 9.线圈组数 = 线圈个数/ q
电机学第7章
(7-2)
• 7.4 三相单层绕组 • 7.4.1 链式绕组 • 7.4.2 交叉式绕组 • 7.4.3 同心式绕组
图7.6 q=2时A相的槽电动势相量
图7.7 单层整距线圈A相绕组展开图
图7.8 单层链式A相绕组展开图
图7.9 Z=36,2p=4的槽电动势星形图
p=2，则在360°空间角度上磁极电角度有：2× 360°=720° 。
如果电机有p对主磁极，则对应的电角度为：
5、每极每相槽数q 三相交流电机的定子绕组是三相对称绕组，每相匝数相 等，在空间互差120°电角度。 由于一对磁极对应的电角度是360°，故一对磁极下按
以
上顺序各槽位置互差60°电角度。而实际电机定子槽数为z， 在每一极距下的槽均匀地被三相绕组所占有，那么每极每相
2、工作原理
• ◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性 相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 ◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感 应电势或者感应电流的载体。 ◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能） ，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相 绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 ◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切 割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化 的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。
对三相交流电机，要求三相绕组能感应出波形接近正弦、 有一定数值的三相对称电动势；
当三相绕组中流过三相对称的电流时，能产生接近圆形的 旋转磁动势。
绕组的相关概念： 1、线圈 • 绕组通常由外敷绝缘的铜线或铝线(例 如漆包电磁线)绕制成一定形状的线圈组
电机学_(孙旭东_著)_科技出版社_课后答案_电机学习题与题解第四章 交流绕组及其电动势和磁动势
⇒ f A1 = Fφ1 cos x cos ωt ⇒
f B1 = Fφ 1 cos( x − 90o − α ) cos( ωt − β )
设 i A = I m cos ωt , 则 iB = − I m cos ωt
f A1 = Fφ1 cos x cos ωt
f B1 = − Fφ1 cos( x − 120o ) cos ωt
所以合成磁势
f1 = f A1 + f B1 = Fφ 1 cos x cos ωt − Fφ 1 cos( x − 120o ) cos ωt
4-12 有一三相双层绕组， Q=36，2p=4， f=50Hz， y1 =
齿谐波的绕组因数。若绕组为星形联结，每个线圈有两匝，基波磁通φ1 =0.74Wb，谐 波磁场与基波磁场之比 B5 B1 = 1 25 ， B7 B1 = 1 49 ， 每相只有一条支路， 试求基波、 5 次和 7 次谐波的相电动势。 解： q =
Nk w1 I φ = 18271A p
相磁动势幅值 Fφ 1 = 0.9
三相磁动势幅值 F1 =
m1 Fφ 1 = 1.5 × 18271A = 27407 A 2
4-21 试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称 两相正序电流时； （2）三相绕组一相（例如 C 相）断线时。 解：(1) 设 i A = I m cos ωt , 则 iB = I m cos( ωt − 90 )
Q 36 = =3 2mp 3 × 4
第6章 交流电机电枢绕组电动势与磁通势
Ec1
这是一个导体内的电动势， 下面我们展开看线圈内的。
相量图P171
二、线圈电动势和短距系数：
线圈一般由Nc匝构成，当Nc=1时，为单匝线圈。 1、单匝时：y1 称为整距线圈。如图所示：
由于整距线匝两有效边感应电动势的瞬时值大小 相等而方向相反，故整距线匝的感应电动势为：
Ec1
绕组的分类:
由于交流电机应用范围非常广，不同类型的交流 电机对绕组的要求也各不相同，因此交流绕组的 种类也非常多。其主要分类方法有： （1）按槽内层数分。 （2）按相数分。 （3）按每极每相槽数。
尽管交流绕组种类很多，但由于三相双层 绕组能较好地满足对交流绕组的基本要求 ， 所以现代动力用交流电机一般多采用三相 双层绕组。
ic I cm sin t 2 I c sin t
则气隙中的磁通势为：
1 f c N c ic 2 2 N c I c sin t Fcm sin t 2
其中 Fcm 为磁通势的最大值
一般每一线圈组总是由放置在相邻槽内的q个线圈 组成。如果把q 个空间位置不同的矩形波相加， 合成波形就会发生变化，这将给分析带来困难。 所以，为了便于分析，我们一般将矩形磁通势波 形通过傅立叶级数将其进行分解，化为一系列正 弦形的基波和高次谐波，然后将不同槽内的基波 磁通势和谐波磁通势分别相加，由于正弦波磁通 势相加后仍为正弦波，所以可简化对磁通势的分 析。矩形波用傅立叶级数进行分解，若坐标原点 取在线圈中心线上，横坐标取空间电角度α，可得 基波和一系列奇次谐波（因为磁通势为奇函数）， 如图所示。其中基波和各奇次谐波磁通势幅值按 照傅立叶级数求系数的方法得出，其计算如下：
设同步电机的转子磁极磁场的磁通密度沿电机气隙按正弦规律分布， 则当电机转子逆时针旋转时，均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力 线，感应出电动势。由于各槽导体在空间电角度上彼此相差一个槽距 角α，因此导体切割磁场有先有后，各槽导体感应电动势彼此之间存 在着相位差，其大小等于槽距角α。
电机学课件第11章旋转电机交流绕组的电势和磁势
端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通
谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。电机正常运转时，谐波磁通 不会产生有用的转矩。尽管谐波磁通也能同时匝链定子和转子绕组， 也将其归入漏磁通。
漏电抗:漏磁通在定子绕组中感应漏磁电势,用漏抗压降表示: E1 jX1I1
转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势: E2jX2I2
三、影响漏电抗大小的因素
漏电抗对电机的性能有很大的影响。
电抗公式:
X2 fL2 fN 2 fNN i2 fN 2
i
i m m
即 电流频率、绕阻匝数、漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。
比如，槽口宽则槽口漏磁通小；匝数多时，则端部漏磁通增大较多。
第11章 旋转电机交流绕组的电势和磁势
内容提要
❖旋转磁场是交流电机工作的基础。 ❖在交流电机理论中有两种旋转磁场：
(1)机械旋转磁场（二极机械旋转磁场，四极机械旋转磁场） (2)电气旋转磁场（二极电气旋转磁场，四极电气旋转磁场）
❖通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。 ❖三相对称的交流绕组通入三相对称的交流电流时会在电机的气隙空间 产生电气旋转磁场。 ❖两种旋转磁场尽管产生的机理不相同，但在交流绕组中形成电磁感 应的效果是一样的。 ❖交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。
总串联匝数
N1
2 pqN y a
双层绕组要考虑到短距系数: E p 4 .4 4 f1 N 1 k q k y 1 4 .4 4 f1 N 1 k w 1
绕组系数：kw1= ky kq
5.本节小结：
❖正弦分布的以转速n1旋转的旋转磁场，在三相对称交流绕组中会感应 出三相对称交流电势。 ❖感应电势的波形与磁场分布波形相同，为正弦波。 ❖感应电势的频率为 f = pn/60（Hz） ❖每相电势的大小为 Ep1 =4.44 f N1Φ1Kw1 ❖绕组系数:kw1= ky kq, kq= sin(qα/2) / (q sinα/2) ,ky= cosβ/2
电机学-交流绕组电动势与磁动势
Ec1
y1 90
2E1k p1
4.44 fk p1Φ1
3、多匝线圈电动势 EC1(Nc 1) 4.44 fN ckp1Φ1
33
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.3.3线圈组电动势和分布因数
Ec3 Eq1
αα
Ec1 Ec2 Ec3
E c 2
q α
αα
E c1
R
Eq1
电动势相量图
q=3的线圈组
为了使每个线圈 获得最大的电动 势，线圈的节距
应接近极距
1234567 8
A
X
10
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.2.2交流绕组的基本概念
5、槽距角
相邻两槽之间的电角度为槽距角(α)
＝ p 360
Q
6、每极每相槽数
Q为定子槽数
每一个磁极下每一相绕组所占的平均槽数称为每极每相槽数(q)
f pn 60
单位为Hz。
7
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.2.2交流绕组的基本概念
2、极距
相邻两个磁极轴线之间沿定子内圆周的距离称为极距
用电角度表示 为180
Y S C×
X
C× S×
Y
B× N
Z
用槽数表示 用长度表示
Q
2p
D
2p
A
×X A
A
Z
Y
×
ZN B
N×
B
×S
×
C
X
Q为定子槽数
双层有叠绕组，波绕组
6
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.2.2交流绕组的基本概念
1、电角度
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
q1
Z 2 pm
p 360 Z
360 23
60
称为60度相带绕组。
Y
C
AA 60°
xX
Z
B
C Y
A 60°
Z
B X
X B
Z
A
Y C
交电机的绕组和电动势
一对极下有六个相带，为了获得三相对称 电动势，各绕组在空间相隔120 度电角度， 因此六个相带可依次命名为A、Z、B、X、 C、Y，(a)为一对极电机的相带排列情况。 (b)为两对极电机的情况。图中A与X，B与 Y，C与Z相带的导体,处于不同极性的磁极 下,相隔180度电角度，故电动势方向相反。
A -4
1
120°
120°
5
-2
C
120°
3
-6 B
➢2）三相单层集中整距绕组绕组展开图
为了表示各线圈的位置和连接，通常采用所谓绕组展开图， 它是把定子沿轴向剖开，然后把它展开，每一槽用一直线 表示，槽上编以号码，按照节距连成线圈，这就是 最简单 的三相单层集中整距绕组展开图。
按照需要，三相绕组可以连成星形或三角形，星形联结； 若接成三角形，则按A－Z、B－X、C－Y或A－Y、B－ Z、C－X连接．然后由A、B、C引出。
如图8-3所示线圈，若它的一个边放在第1槽， 另一个边放在第10个槽，则节距y＝9，为了使 线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等 1 于或近于极距。
整距绕组：y＝ τ 短距绕组： y< τ 长距绕组： y> τ，端接较长，较少采用。
y=y9 = 9
10
线圈的节距
7）槽间角α 相邻两槽相隔的空间电角度称为槽间角，用α表示。当总槽数
C、Y六个相带，每个相带有q(2)个槽 。
3）把槽中导体连成线圈。单层绕组只能将不同极性下同一相 的槽导体组成线圈，如A相只能把A相带与X相带的槽内导体连 成线圈，在连接时，导体间连接的先后次序对合成电动势并无 影响，因此连接方法有好几种。
3. 绘制绕组展开图(三相单层分布叠绕组)
2 三相单层绕组
同心绕组：两个线圈的节距不相等，它的特点是同一相线圈端部不交叠，布置 和嵌线方便，常用于小型两极异步电机，由于是一个线圈套着一个线圈，同一 组的几个线圈是“同心”的，故称同心式绕组。
绕组的不同 端接方式 链式绕组 三相单层链式绕组展开图（A相）
绕组的不同 端接方式
同心绕组
不同的端接形式 会改变绕组的节 距，但不会改变 其感应电动势
称。
8
20
7
19
X
14 2
Z 3 15
4 16
5 17
6 18
B
交流电机的绕组和电动势
2 三相单层绕组
2） 分相 q Z 24 2 2 pm 43
以A相为例，由于q=2，故每个极下A
相有2槽，整个电机A相共有8槽，若在第一
A
个N极下取1、2槽作为A相带，为使合成电 动势最大，应将第一个S极下的7、8槽也划
布的办法来改善电动势和磁动势波形。
2）可以组成较多的并联支路。
上层
3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强
机械强度。所以现代10kW以上的三相交流
下层
电机，其定子绕组均采用双层绕组。
➢双层绕组的分类 三相双层绕组有叠绕组和波绕组两种。
双层绕组
交流电机的绕组和电动势
3 三相双层绕组
➢双层叠绕组 某交流电机定子绕组的Z＝24，p=2，m=3，采用短 距，且y=5，（节距为1～6），试作出线圈电动势的星形图及绕
1） 作槽电势星形图
2 三相单层绕组
1. 作槽电势星形图
1
p 360 Z
2 360 0 24
30
规定电动势穿出纸面为正，则在图所
A
13
示位置，1槽导体电动势为正的最大，
Y
24 12
1
依次作出其它槽导体的电动势相量，
23 11
如图所示,由于是两对极，电动势星
形重复两圈,一般地说,p对极电机， 电动势星形重复p圈。
为Z，极对数为p时，槽间角为
1
p 360 Z
导体在空间上有相位差，造成了它在时间上有相同的相位差。
8、相带
为了使绕组对称，通常令每个极面下每相
绕组所占的范围相等，这个范围称为相带。
Y
C
即：每极下每相所占有的区域称为相带。
有600相带 和1200相带两种，一般采用600 AA 60°
xX
Y
C
AA 60°
xX
Z
B
(a)
C Y
X B
A
Z
60°
Z
A
B X
Y C
(b) 60度相带的划分
交流电机的绕组和电动势
2 三相单层绕组
➢（1）单层绕组的特点
单层绕组的每个槽内只有一个线圈边，因此，每一线圈需占 用两个槽，整个绕组的线圈数等于总槽效的一半。
由于每槽内仅放置一个线圈边，不需要层间绝缘，这就提高 了槽的利用率，同时也没有层闻绝缘击穿的问题，增加了电机工 作的可靠性，此外单层绕组嵌线也比较方便，
交流电机的绕组和电动势
3 三相双层绕组
➢双层绕组
双层绕组的每个槽内有上、下
两个线圈边，线圈的一条边放
上层边
在某一槽的上层，另一条边则
放在相隔y槽的下层，如图8－ 下层边
ll所示，对于双层绕组，整个
电机的线圈数正好等于槽数。
双层绕组
交流电机的绕组和电动势
3 三相双层绕组
➢双层绕组的优点 1）可以选择有利的节距，并可同时采用分
正，所示瞬间1槽导体电动势为正的最大，电动势规
当转子转过 角后1 ，2槽导体电动势才最 定正方向
大，因此2槽导体电动势落后于l槽导体电 动势 60度电角度，这样依次作出相差
电角1度的所有槽导体基波电动势相量，
所得的相量图称为槽电动势星形图。
槽电势星形图：
1槽导体与4槽导体串联组成的整距线圈构成A相绕组，由于1 槽导体与4槽导体处于不同的极性下，因此A相电动势应为1槽 导体电动势与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动势应 为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相量差，C相电动势应为 5槽导体电动势与2槽导体电动势的相量差，如图所示，由图 可知三相绕组的基波电动势为三相对称电动势。
组展开图。
首先进行计算：
q Z 24 2 2 pm 4 3
1
p 360o Z
2 360o 24
30o
Z 24 6 （节距为1～6），
2p 4
绘制线圈电动势相量图并分相
交流电机的绕组和电动势
3 三相双层绕组
3.画绕组展开图
1）把电枢展开，每槽以一实线表示线圈的上层边，一虚线表 示线圈的下层边，并在实线旁标以槽号，然后把槽按极数等分 成4份，如图所示。 2）按电动势星形图把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y 六个相带。注意这些相带只表示该相线圈上层边所在的槽。
相带
Z
B
当把各槽内导体感应的电势分别用矢量表示时，这些矢
量构成一个辐射星形图，称为槽电势星形图。
每个极下每相所占有的区域称为相带。
8） 相带
一般将每对磁极下的导体平均分给各相， 每 相绕组在每个极面下所连续占有的宽度(用电 角度表示)称为相带。
每一极的电枢表面分为三等分，每相占一 等份，每一等份为一个相带。因为每个磁 极占有的电角度是180°，所以对三相绕 组而言，每相占有60°的电角度，称为 60°相带。
S1
N1
S2
N2
AZ BX CY AZ B X CY
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ZA
B
C
X
Y
交流电机的绕组和电动势
（4） 三相单层绕组的不同端接形式
链式绕组：图 8－8中线圈的节距y＝5，即节距为l一6，端接较短，可节省铜线， 常用于4极、6极及部分8极的小型电机，由于各线圈的捧列形如长链，故称链 式绕组。
单层叠绕组：图中，A相带中的l槽和2槽导体分别与X相带的7槽和8槽导体组成 两个整距线圈， 它们串联后形成一个线圈组(也称极相组)。一般说，这种连接， 一个线圈组由 q个线圈组成，一对极每相有一个线圈组，p对极电机一相有p个 线圈组，由于一个线圈组的q个线圈端部相叠，故称单层叠绕组。这种连接的 端接长，费铜线。
交流电机的绕组和电动势
2 三相单层绕组
讨论：链式、同心式绕组，虽然线圈节距不等于整距，但由于各 种连接形式只改变了同一相中各线圈边电动势相加的先后次序， 所以它不影响相电动势的大小，仍算整距绕组。
交流电机的绕组和电动势
2 三相单层绕组
根据电压和电流的要求．把一相的各个线圈组连成一相绕组 连接的原则是应使串联的线圈组电动势相加，而且各条支路的电 动势应相等。 一相的各线圈组可以串联，也可以并联，或一半线圈组串联后再 并联。若为串联，支路数a=1，为使线圈组的电动势相加，为顺 向串联，即按“尾接头”连线，而反向串联，即按“尾接尾”或 “头接头”接线。 同一绕组，如用串联，则每相感应电动势可较大，允许通过的相 电流小；如用并联，每相感应电动势减小，允许通过的相电流则 增大。
首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定 子内圆总槽数为Z，定子内圆直径为D
电机圆周的几何角度恒为360°，这称为机械角度。从电磁观点 来看，若电动机的极对数为p，则每经过一对磁极， 磁场就变化 一周，相当于360°电角度。
注意：空间电角度（弧度）和时间电角度（弧度）相等，没有区别。
f np 60