3第三篇--交流电机理论的共同问题20150203.
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第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 一、同心式绕组
优点：下线比较 方便，端部重叠层 数少，便于布置， 散热情况好。 缺点：绕线不方 便，端部亦较长。 通常用于二极的小 型三相感应电机中 。
a) 端视图
b) A相展开图 图8-7 同心式绕组
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第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 二、链式绕组
视作若干个两极电机
拼合而成。
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第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 单层绕组多用于散下线的10kW的小功率交流电机中。 极距 ：对应于一个极空间电角度的定子内面圆周长度。
Q 2p
y1 ：一个线圈的两个线圈边之间的圆周宽度。 每极每相槽数 q ：每个极下每相所占的槽数。
节距
Q q 2pm
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2
B 1l
第九章 交流绕组的感应电动势
第三节 线圈基波电动势及节距因数 E E 2E 匝电势 E c1 1 1 1
b) 向量图 a) 线圈 图9-3 匝电动势 南京邮电大学
第九章 交流绕组的感应电动势
第三节 线圈基波电动势及节距因数
E
c1
E 1 E 1 2E 1
A
Z
B
X
C
Y
19,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36
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第九章 交流绕组的感应电动势
第二节 导体基波电动势 一、电动势的波形
e blv B 1lv sin t
二、正弦电动势的频率 感应电动势的频率： f 同步转速： n
第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算 从主磁极产生磁场及其谐波分解的特点看，谐波磁场的 极对数应为基波的 倍，即 极距为基波的 1 ，即
p p
相邻槽电角度亦为基波的 倍，即
谐波磁场随主磁极一起以同步速度旋转，即
n n1 ns
式中 B — 次谐波磁通密度的幅值，乘以系数 2/ 得到一个极下的平均值。
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第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算 考虑谐波的相电动势的有效值为：
E
E
2 1
2 2 E 3 E E 5 7 ...
2
星形接法时，线电动势的有效值为:
sin sin
q
2 qE c1 2
E q1 E c1
sin sin
q
2 qE k c1 d1 2
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第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数 式中 qEc1 为 q 个线圈电动势的代数和；
k d1 —
绕组的基波分布因数； q sin E q1 2 k d1 qE c1 q sin 2
第八章 交流绕组
第三节 三相双层绕组
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第八章 交流绕组
小结 1）当转子磁极以同步速旋转时，定子绕组产生对称的 三相感应电动势；反过来，当绕组通入对称的三相电流， 各相带按AZBXCY排序，便可形成二极磁场。 2）单层绕组的差别仅仅是导体连接次序有所不同；各 种双层绕组的差别也仅仅是线圈连接次序的不同。 3）采用分布、短距的目的是改善电机的性能。端接部 分的联接应保证三相对称、接线最短、线圈容易制造。 4）磁场越接近正弦分布，越能减小谐波磁场的不良影 响。
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第八章 交流绕组
8.3 三相双层绕组
第三节 三相双层绕组 功率大于10kW 的三相交流电机，其定子绕组大多采 用双层绕组。 特点：绕组的线圈数等于槽数。 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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第九章 交流绕组的感应电动势
第一节 导体电动势星形图 60°相带绕组：每个相带各占60°电角度。各个相带的槽 号分布如表所示。
表9-1 各个相带的槽号分布
相带 极 对 第一对极下 （1槽~18槽） 第二对极下 （19槽~36槽） 1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 13,14,15 16,17,18 槽号
当线圈节距为
y1 时，线圈两边导体感应电动势相位差为
y1 180
单匝线圈的电动势为
E
c1
E 1 E 1 E 10 E 1
据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的有效值
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第九章 交流绕组的感应电动势
第三节 线圈基波电动势及节距因数
E c1
k p
即：
y1 0 sin( 90 ) 0
2k
y1
k 1, 2...
第九章 交流绕组的感应电动势
第六节 消弱谐波电动势的方法 为了尽可能少削弱基波和节约用铜，应当选用接近于
2k 1 整距的短节距，即使 ,此时线圈的节距为： 1 1 y1 (1 )
式中
qN c 为 q个线圈的总匝数； k1 k p1k d1 为绕组的基波绕组因数。
的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分 布时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。 设一相绕组的总串联匝数为 ，则一相的电动势为：
k1
E 1 4.44fNk11
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第九章 交流绕组的感应电动势
图8-1 同步电机工作原理 南京邮电大学
第八章 交流绕组
第一节 同步发电机和感应电动机工作原理概述 二、感应电机工作原理
给定子通入交流电并产 生旋转磁场，因为转子电路中没有外 接电源，完全依靠转子和旋转磁场之 间的相对运动感应转子电动势和电流 并产生电磁转矩。 多级电机
图8-4 感应电机工作原理
k p1
第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数
a) 线圈组 图9-4 线圈组电动势 南京邮电大学
b) 电动势向量图
第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数
q个线圈的合成电动势为
E p1 2R sin
式中 R
q
2
E c1 为外接圆的半径，代入上式，得 2 sin / 2
第三节 三相双层绕组 二、双层波绕组
优点：线圈组之间连接 线少，在多极交流电机中 采用波绕组可以节约极间 连接线，以致省铜。波绕 组主要用在绕线型感应电 机的转子和大中型水轮发 电机的定子绕组中。 图8-11 双层波绕组连接简图
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第八章 交流绕组
第三节 三相双层绕组
南京邮电大学
第五节 谐波电动势的计算
在前面几节中假定：主磁极产生 的气隙磁场沿定子内表面正弦分 布。这时在交流绕组中感应电动 势的频率为的正弦波。在实际电 机中气隙磁场的分布并非正旋波 。实际的气隙磁场波形分解为基 波磁场和一系列高次谐波磁场的 叠加。 图9-5 主极磁场的主波和高次 空间谐波 南京邮电大学
第三篇 交流电机理论的共同问题
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1
第三篇：交流电机理论的共同问题
目 录
1
第八章 交流绕组 第九章 交流绕组的感应电动势 第十章 交流绕组的磁动势 第十一章 电机的发热与温升限值
2
3 4 1
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第八章 交流绕组
第一节 同步发电机和感应电动机工作原理概述 一、同步发电机工作原理 当励磁绕组里通入直 流电流，转子由原动机拖 动并以恒定速度n（ s ns通常 称为同步转速）旋转时， 定子绕组切割转子磁场感 应交流电动势。
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第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算
次谐波磁场在交流绕组中感应电动势的频率为：
f
次谐波电动势为：
p n
60
pn1
60
f1
E 4.44f NΦ k
式中 k 为 次谐波的绕组因数；
k p 为 次谐波的节距因数；
k d1 的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得 q 个分布线
圈的合成电动势 qEc1 小于 q 个集中线圈的合成电动势 E q1 ， 由此所引起的折扣 k d1 1 。
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第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数 一个极相组的电动势为
E q1 q 4.44fN ck p11k d1 4.44f(qN c )k11
180 2E 1 cos y1 2 2E 1 sin 90 4.44fk p11
k p1
E c1(y E c1(y
1 ) 1 )
sin
y1 90
为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应电 动势比整距时应打的折扣。线圈有 匝，则线圈电动势为 Nc ： E c1 4.44fN c1
此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。 南京邮电大学
第九章 交流绕组的感应电动势
第一节 导体电动势星形图 二、槽电动势的星形图 如图表示36槽内导体 感应电动势的相量图，亦 称为槽电动势星形图。
图9-1 导体电动势星形图
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第九章 交流绕组的感应电动势
第一节 导体电动势星形图 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(A1)与19、20、21(A2)； X相带：10、11、12线圈组(X1)与28、29、30(X2)； 将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。 同理，B相距离A相120°电角度处，C相距离A相240°电 角度处，可按上图所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可 得到一个三相对称绕组。
2E 1 sin t
pn
60
60f
p
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第九章 交流绕组的感应电动势
第二节 导体基波电动势 三、导体电动势的有效值
势
E
将
B 1l
2
2 f
2fB 1l
代入上式得导体电动
为
2 2 E f B 1l 2.22f1 2
B av l
E1
3 E
2 1
E
2 5
E
2 7
...
接成三角形时，线电动势的有效值为：
E1
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2 2 2 E E E 1 5 7 ...
同步发电机大多采用星形接法。
第九章 交流绕组的感应电动势
第六节 消弱谐波电动势的方法 一、采用短距绕组 有意识地选择线圈节距，使得某一次谐波的节距 因数等于或接近于零，则可达到消除或削弱该次谐波 的目的。若要消除第 次谐波，只要使第 次谐波的 节距因数:
k p
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k k p k d
y1 y1 sin( 90) sin( 90)
第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算
k d —
次谐波的分布因数: q q sin( ) sin( ) 2 2 k d q sin( ) q sin( ) 2 2 次谐波每极磁通： 2 2 Φ B l B l
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第八章 交流绕组
第三节 三相双层绕组 一、双层叠绕组
优点：短距时端部可以节 约部分用铜量。 缺点：最后几匝线圈嵌线 比较困难，极间连线较长， 在极数多时比较费铜。 叠绕线圈通常为多匝， 主要用于中小型同步电机和 感应电机的定子绕组中。
图8-10 双层绕组
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第八章 交流绕组
优点：链式绕组线圈端部 较短，散热条件好，且全部 线圈大小都相同，只需一种 绕线模尺寸，下线也比较方 便。 通常用于每极每相槽数 的小型三相感应电机中。 图8-8 单层链式A相绕组的展开图
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第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 三、交叉式绕组
优点：交叉式绕组 具有端部连接线较短 ，可以节约铜线和绝 缘材料。 通常用于每极每 相槽数为奇数的小型 三相感应电机中。 图8-9 交叉式绕组
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第九章 交流绕Biblioteka 的感应电动势 第一节 导体电动势星形图 一、概念
现以一台相数m=3,极数2p=4，槽数Q=36的电机来说明槽内导体的 感应电动势和属于各相的导体（槽号）是如何分配的。
定子每极每相槽数：
相邻两槽间电角度：
Q 36 q 3 2pm 223 p 360 2 360 20 Q 36
第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 一、同心式绕组
优点：下线比较 方便，端部重叠层 数少，便于布置， 散热情况好。 缺点：绕线不方 便，端部亦较长。 通常用于二极的小 型三相感应电机中 。
a) 端视图
b) A相展开图 图8-7 同心式绕组
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第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 二、链式绕组
视作若干个两极电机
拼合而成。
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第八章 交流绕组
第二节 三相单层绕组 单层绕组多用于散下线的10kW的小功率交流电机中。 极距 ：对应于一个极空间电角度的定子内面圆周长度。
Q 2p
y1 ：一个线圈的两个线圈边之间的圆周宽度。 每极每相槽数 q ：每个极下每相所占的槽数。
节距
Q q 2pm
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2
B 1l
第九章 交流绕组的感应电动势
第三节 线圈基波电动势及节距因数 E E 2E 匝电势 E c1 1 1 1
b) 向量图 a) 线圈 图9-3 匝电动势 南京邮电大学
第九章 交流绕组的感应电动势
第三节 线圈基波电动势及节距因数
E
c1
E 1 E 1 2E 1
A
Z
B
X
C
Y
19,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36
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第九章 交流绕组的感应电动势
第二节 导体基波电动势 一、电动势的波形
e blv B 1lv sin t
二、正弦电动势的频率 感应电动势的频率： f 同步转速： n
第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算 从主磁极产生磁场及其谐波分解的特点看，谐波磁场的 极对数应为基波的 倍，即 极距为基波的 1 ，即
p p
相邻槽电角度亦为基波的 倍，即
谐波磁场随主磁极一起以同步速度旋转，即
n n1 ns
式中 B — 次谐波磁通密度的幅值，乘以系数 2/ 得到一个极下的平均值。
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第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算 考虑谐波的相电动势的有效值为：
E
E
2 1
2 2 E 3 E E 5 7 ...
2
星形接法时，线电动势的有效值为:
sin sin
q
2 qE c1 2
E q1 E c1
sin sin
q
2 qE k c1 d1 2
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第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数 式中 qEc1 为 q 个线圈电动势的代数和；
k d1 —
绕组的基波分布因数； q sin E q1 2 k d1 qE c1 q sin 2
第八章 交流绕组
第三节 三相双层绕组
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第八章 交流绕组
小结 1）当转子磁极以同步速旋转时，定子绕组产生对称的 三相感应电动势；反过来，当绕组通入对称的三相电流， 各相带按AZBXCY排序，便可形成二极磁场。 2）单层绕组的差别仅仅是导体连接次序有所不同；各 种双层绕组的差别也仅仅是线圈连接次序的不同。 3）采用分布、短距的目的是改善电机的性能。端接部 分的联接应保证三相对称、接线最短、线圈容易制造。 4）磁场越接近正弦分布，越能减小谐波磁场的不良影 响。
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8.3 三相双层绕组
第三节 三相双层绕组 功率大于10kW 的三相交流电机，其定子绕组大多采 用双层绕组。 特点：绕组的线圈数等于槽数。 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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第九章 交流绕组的感应电动势
第一节 导体电动势星形图 60°相带绕组：每个相带各占60°电角度。各个相带的槽 号分布如表所示。
表9-1 各个相带的槽号分布
相带 极 对 第一对极下 （1槽~18槽） 第二对极下 （19槽~36槽） 1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 13,14,15 16,17,18 槽号
当线圈节距为
y1 时，线圈两边导体感应电动势相位差为
y1 180
单匝线圈的电动势为
E
c1
E 1 E 1 E 10 E 1
据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的有效值
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第九章 交流绕组的感应电动势
第三节 线圈基波电动势及节距因数
E c1
k p
即：
y1 0 sin( 90 ) 0
2k
y1
k 1, 2...
第九章 交流绕组的感应电动势
第六节 消弱谐波电动势的方法 为了尽可能少削弱基波和节约用铜，应当选用接近于
2k 1 整距的短节距，即使 ,此时线圈的节距为： 1 1 y1 (1 )
式中
qN c 为 q个线圈的总匝数； k1 k p1k d1 为绕组的基波绕组因数。
的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分 布时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。 设一相绕组的总串联匝数为 ，则一相的电动势为：
k1
E 1 4.44fNk11
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第九章 交流绕组的感应电动势
图8-1 同步电机工作原理 南京邮电大学
第八章 交流绕组
第一节 同步发电机和感应电动机工作原理概述 二、感应电机工作原理
给定子通入交流电并产 生旋转磁场，因为转子电路中没有外 接电源，完全依靠转子和旋转磁场之 间的相对运动感应转子电动势和电流 并产生电磁转矩。 多级电机
图8-4 感应电机工作原理
k p1
第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数
a) 线圈组 图9-4 线圈组电动势 南京邮电大学
b) 电动势向量图
第九章 交流绕组的感应电动势
第四节 线圈组基波电动势及分布因数
q个线圈的合成电动势为
E p1 2R sin
式中 R
q
2
E c1 为外接圆的半径，代入上式，得 2 sin / 2
第三节 三相双层绕组 二、双层波绕组
优点：线圈组之间连接 线少，在多极交流电机中 采用波绕组可以节约极间 连接线，以致省铜。波绕 组主要用在绕线型感应电 机的转子和大中型水轮发 电机的定子绕组中。 图8-11 双层波绕组连接简图
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第三节 三相双层绕组
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第五节 谐波电动势的计算
在前面几节中假定：主磁极产生 的气隙磁场沿定子内表面正弦分 布。这时在交流绕组中感应电动 势的频率为的正弦波。在实际电 机中气隙磁场的分布并非正旋波 。实际的气隙磁场波形分解为基 波磁场和一系列高次谐波磁场的 叠加。 图9-5 主极磁场的主波和高次 空间谐波 南京邮电大学
第三篇 交流电机理论的共同问题
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第三篇：交流电机理论的共同问题
目 录
1
第八章 交流绕组 第九章 交流绕组的感应电动势 第十章 交流绕组的磁动势 第十一章 电机的发热与温升限值
2
3 4 1
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第八章 交流绕组
第一节 同步发电机和感应电动机工作原理概述 一、同步发电机工作原理 当励磁绕组里通入直 流电流，转子由原动机拖 动并以恒定速度n（ s ns通常 称为同步转速）旋转时， 定子绕组切割转子磁场感 应交流电动势。
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第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算
次谐波磁场在交流绕组中感应电动势的频率为：
f
次谐波电动势为：
p n
60
pn1
60
f1
E 4.44f NΦ k
式中 k 为 次谐波的绕组因数；
k p 为 次谐波的节距因数；
k d1 的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得 q 个分布线
圈的合成电动势 qEc1 小于 q 个集中线圈的合成电动势 E q1 ， 由此所引起的折扣 k d1 1 。
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第四节 线圈组基波电动势及分布因数 一个极相组的电动势为
E q1 q 4.44fN ck p11k d1 4.44f(qN c )k11
180 2E 1 cos y1 2 2E 1 sin 90 4.44fk p11
k p1
E c1(y E c1(y
1 ) 1 )
sin
y1 90
为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应电 动势比整距时应打的折扣。线圈有 匝，则线圈电动势为 Nc ： E c1 4.44fN c1
此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。 南京邮电大学
第九章 交流绕组的感应电动势
第一节 导体电动势星形图 二、槽电动势的星形图 如图表示36槽内导体 感应电动势的相量图，亦 称为槽电动势星形图。
图9-1 导体电动势星形图
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第一节 导体电动势星形图 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(A1)与19、20、21(A2)； X相带：10、11、12线圈组(X1)与28、29、30(X2)； 将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。 同理，B相距离A相120°电角度处，C相距离A相240°电 角度处，可按上图所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可 得到一个三相对称绕组。
2E 1 sin t
pn
60
60f
p
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第二节 导体基波电动势 三、导体电动势的有效值
势
E
将
B 1l
2
2 f
2fB 1l
代入上式得导体电动
为
2 2 E f B 1l 2.22f1 2
B av l
E1
3 E
2 1
E
2 5
E
2 7
...
接成三角形时，线电动势的有效值为：
E1
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2 2 2 E E E 1 5 7 ...
同步发电机大多采用星形接法。
第九章 交流绕组的感应电动势
第六节 消弱谐波电动势的方法 一、采用短距绕组 有意识地选择线圈节距，使得某一次谐波的节距 因数等于或接近于零，则可达到消除或削弱该次谐波 的目的。若要消除第 次谐波，只要使第 次谐波的 节距因数:
k p
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k k p k d
y1 y1 sin( 90) sin( 90)
第九章 交流绕组的感应电动势
第五节 谐波电动势的计算
k d —
次谐波的分布因数: q q sin( ) sin( ) 2 2 k d q sin( ) q sin( ) 2 2 次谐波每极磁通： 2 2 Φ B l B l
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第八章 交流绕组
第三节 三相双层绕组 一、双层叠绕组
优点：短距时端部可以节 约部分用铜量。 缺点：最后几匝线圈嵌线 比较困难，极间连线较长， 在极数多时比较费铜。 叠绕线圈通常为多匝， 主要用于中小型同步电机和 感应电机的定子绕组中。
图8-10 双层绕组
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第八章 交流绕组
优点：链式绕组线圈端部 较短，散热条件好，且全部 线圈大小都相同，只需一种 绕线模尺寸，下线也比较方 便。 通常用于每极每相槽数 的小型三相感应电机中。 图8-8 单层链式A相绕组的展开图
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第二节 三相单层绕组 三、交叉式绕组
优点：交叉式绕组 具有端部连接线较短 ，可以节约铜线和绝 缘材料。 通常用于每极每 相槽数为奇数的小型 三相感应电机中。 图8-9 交叉式绕组
南京邮电大学
第九章 交流绕Biblioteka 的感应电动势 第一节 导体电动势星形图 一、概念
现以一台相数m=3,极数2p=4，槽数Q=36的电机来说明槽内导体的 感应电动势和属于各相的导体（槽号）是如何分配的。
定子每极每相槽数：
相邻两槽间电角度：
Q 36 q 3 2pm 223 p 360 2 360 20 Q 36