电机学第四章交流电机绕组的基本理论09.9.24

《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
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5、绘制绕组展开图
连相绕组；按照同样的方法构造其他两相。
※ 10kW以上的电机主要采用双层绕组
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4.4
在正弦分布磁场下的绕组电动势
交流绕组的感应电势：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:
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4.1
交流绕组的基本要求
例：Z=36，2p=4
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
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3、采用60º相带可获得较大的基波电势
分相方法：将星形图圆周分 为六等份，每等份60º（称 60º相带）。A、B、C三相带 中心线依此互差120º ，X相 带中心线与A相带中心线互 差180º ，将X相带与A相带 电动势反向串联起来得A相 电动势。同理得到B、C相电 动势。各相电动势大于120º 相带时的值。
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4.3
三相双层绕组
大多数交流电机使用双层绕组。双层绕组的每个槽内 放置上、下层两个线圈有效边，线圈一条边在某槽上 层，另一个边则放置在相距y1槽的下层，因此每台电 机线圈个数＝槽数。
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相隔距离取决于节距
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例：Z=24，2p=4 =Z/2p
p 3600 1 Z
q
Z 2 pm
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单层绕组和双层绕组: 单层绕组一个槽中只放一个元件边 双层绕组一个槽中放两个元件边。
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将星形图圆周分为三等份， 18(36) 11(29) º º 每等份120 （称120 相带， 1(19) 相带是指一相绕组在一个磁 B相10(28) 2(20) 极下连续所占的电角度）， 9(27) 将每个相带内的所有导体电 3(21) 8(26) 动势相量正向串联起来（蓝 7(25) 4(22)A相 色为A相；黑色为B相，红色 6(24) 5(23) 为C相），得到相电动势。
Z q 2 pm
例：Z=36，2p=4
Z 36 q= = =3 2pm 2 ×2 ×3
相带的宽度恰好对应每极每相槽数q
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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）。 线圈组数 = 线圈个数/ q
A和X相带内的全部导体属于A相，B和Y 相带的全部导体为B相……
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4.2 三相单层绕组 ※ 与绕组有关的几个概念
铜(铝)线
线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线 圈按一定规律的排列和联结。
叠绕组线圈
波绕组线圈
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结构上区别：线圈的两个出线是靠拢还是远离线圈的对称轴线
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电动势的频率
f=pn/60
（p191）
转子为一对极 p＝1 转子旋转一周，绕组中的感应电动势正好交变一次 (一周期)； 设转子每分钟转数为n(r/min)，则转子每秒旋转 n/60(转/秒) f=n/60
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推导过程：v=D/(60/n1)=2pn1/60
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每极磁通：
l
Bav=2Bm/π
г l每极下面积
导体感应电势的有效值：
v=2pn1/60
（注意各物理量的单位）
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二、匝电势Et1 （一个线匝有两个导体）
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整距线圈: 线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置， 其感应电势相差180电角度。 短距线圈：
匝电势
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z362p4槽内放置绕组电机学第四章交流电机绕组的基本理论二设计原则1正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势2用槽电势星形图分布保证三相绕组的感应电动势对称3采用60相带可获得尽可能大的基波电动势电机学第四章交流电机绕组的基本理论保证励磁磁动势在气隙中产生的磁场在空间按正弦规律分布则它在交流绕组中感应的电动势就随时间按正弦规律变化coslv电机学第四章交流电机绕组的基本理论电动势的频率fpn60p191电动势的频率fpn60p191转子旋转一周绕组中的感应电动势正好交变一次一周期
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2、感应电势的频率

磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； 磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极； 转速为n1（r/min)的电机，每秒钟转过(pn1/60)对极； 导体中感应电势的频率 f=pn1/60 Hz 感应电动势的频率： 同步转速：
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3、感应电势的大小
Bm1——磁感应强度基波的幅值； l——导体A在磁场中的有效长度 v——导体与磁场的相对速度
导体与磁场的相对速度：v=2pn1/60

v=电机圆周长/转一周需时间
:以长度计的极距（m),
=D/2p（D：电枢内径） (s/r)
n1为转子转速（r/min)，转一周需要时间60/n1
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1、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势
B( ) Bm cos
ec B( )lv Bmlv cos
t0
0
某根导体对准磁极轴线
t
ec = B()lv = Bmlv cost
保证励磁磁动势在气隙中产生的磁场在空间按正弦规 律分布，则它在交流绕组中感应的电动势就随时间按 正弦规律变化
1.
机械旋转磁场:通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋 转磁场. 电气旋转磁场: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
2.
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 的电磁感应效果是一样的。
交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。
转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360º。 从电磁角度看，一对N,S极构成一个磁场周期，即1对极为360º
电角度。
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2p＝4
机械角度＝360º 电角度=p×360º=720º 两对N,S极构成2个感应电势周期 电角度=p×机械角度
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60×f 3000 n= = p p p = 1时，n = 3000r / min;p = 2时，n = 1500r / min
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2、用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称
电角度的定义：
2p＝2 一周360º(2π ) 机械角度——空间角度 一对极一周360º 电角度 ——空间角度
用长度表示：=D/2p
例：Z=36，2p=4 例：Z=36，2p=2
=36/4=9 =36/2=18
y1=τ 时，线圈称为整距线圈； y1<τ 时，线圈称为短距线圈； y1>τ 时，线圈称为长距线圈；
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每极每相槽数：
每个极下每相占有的槽数。 已知总槽数Z、极对数p和相数m，则
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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，这些相量构成一个辐射星形图，称槽电势星 形图。
槽距角：一个槽所占的机械角度，用α
表示
槽距电角：一个槽所占的电角度，用α 1表示
3600 3600 10 Z 36
p 3600 p 3600 1 pa 20 Z 36
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交流绕组构成：导体→线圈→线圈组→一相绕组→三相绕组
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一、导体感应电势（ÉC1） 1、感应电势的波形 感应电势随时间变化的波形和磁感应强度在空间的分 布波形相一致。只考虑磁场基波时，感应电势为正弦 波。
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3. 确定并联支路数 单层绕组：每相最大并联支路数等于极对数 amax=p 4. 画出三相绕组展开图 (a=1)
头尾相连
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二极交流电机，其线圈节距y≈τ ，故其端接线几乎跨过 半个定子内圆，其嵌线及端部整形困难，为减少嵌线难度， 可以将线圈制成大小不同、同心套置在一起的绕组，称为 同心式绕组，连接绕组仍应保持电动势相加的原则。
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例：已知一交流电机槽数Z＝36，极数2p＝4，并联支路 数a＝1，绘制三相单层绕组展开图。 1. 绘制槽电动势星形图 2. 分相，构成线圈。
Z 36 q 3 2 pm 2 2 3
p 3600 2 3600 1 20 Z 36
600相带
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第四章
交流电机绕组的基本理论
抽象 交流电机的基础 掌握重要内容
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主要内容：交流绕组构成；电势；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
区别：两类交流电机在励磁方式和运行特性有很大差别 相同点：电机定子中发生的电磁现象和机电能转换的原理 基本相同
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电机有p对极
转子旋转一周，感应电动势交变p次(即p个周期)； 转子每秒钟旋转n/60(转/秒)
，感应电动势每秒交 变pn/60次，即电动势的频率为： f=pn/60
磁极切割导体角速度
2f 2pn1 / 60
※ 我国国标工业交流电动势的频率为50Hz，因此电机 的极数和转速成反比关系。
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说明 1. 单层绕组虽然因线圈形状或端接连接方式不同，而 分成许多不同形式，本质上各类型单层绕组均为整 距绕组，即短距系数Kp＝1(Kp意义将在后续章节中介 绍)。因为虽然线圈实际跨距可能大于或小于极距， 但相电动势大小仍为各相带全部有效边导体电动势 之矢量和，并不减小。 2. 与双层绕组比较，单层绕组线圈数少(节省线圈制造 工时)，槽内不需层间绝缘，因而槽面积利用率高。 但其磁动势、电动势波形较差，目前只用在10kw以 下的小型异步电机中。
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例：Z=36，2p=4, 绘制槽电势星形图。 一般地，如电机有p对极，则
有p个重叠的槽电势星形。
解： 槽距角α=360º/Z=10º 槽距电角α1=p×360º/Z=20º
14(32) 13(31)
12(30) 15(33)C相 16(34) 17(35)
极距=Z/2p=9
整距
则y1==9 本例：y1=7
2、绘制槽电势星形图： 3、分相： 每极每相槽数：q=Z1/2pm=3 按600相带各相带分配的线圈号为：
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4、确定并联支路
条件：各条支路电动势相量相等 双绕组：最大并联支路数amax=2p
元件的总数等于槽数，每相元件数即为槽数的三分之一。
主要优点：
1. 可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，以 改善电动势和磁动势的波形； 2. 所有线圈具有相同的尺寸，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。
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例4.2 一台相数3，极数2p=4，槽数36的定子的三相双 层叠绕组展开图 1、选择节距：Leabharlann 4. 绕阻铜耗小，用铜量少。
5. 绝缘可靠，机械强度高，散热 条件要好，制造方便。
槽 槽内放置绕组
4
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二、设计原则
1、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势
2、用槽电势星形图分布保证三相绕组的感应电动势 对称
3、采用60º相带可获得尽可能大的基波电动势
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与线圈相关的概念： 有效边；端部；
线圈节距：一个线圈两个有效边之间所跨的槽数，用 y1表示。
y1
y＝4 (1－5)
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论 15
极距：相邻极所距距离；沿定子铁心内圆每个磁极所占的 范围（槽数）
用槽数表示：=Z/2p