第6章交流绕组的共同问题李发海

Ø 其有效值为:
ET

2
B
E
A
2
2f 4.44 f
0 ⊙A
Bm X
⊙ π
2π α
nN
S
E t1
+ j
6.1.3整距线圈基波电动势
如果线圈不只一匝，而是 N y 匝，则：
Ey 4.44 fN y
6.1.4短距线圈基波电动势
而对于y1<τ 的短距线圈，其线圈 节距 y1 y ，其中 0 y 1
2. 线圈 线圈（元件）：是构成绕组的基本元件，它由Nc根线匝
串联而成，线圈中嵌放在槽内的部分称为有效线圈边， 线圈边之间的连接部分称为端部。如图：
y1：线圈的第一节距，常用槽数来进行表示。 y1 =τ，则称线圈为整距线圈，y1<τ为短距，y1>τ为长距。
3.极距与节距
极距：极距指电机一个主磁极在电枢表面所占的长
⊙ ⊙ ⊙
12 3 1’ 2’ 3’ eq
Eq E y1 E y2 E y3
槽距角 p 360 0 / z
每极每相槽数 q z / 2mp
一个线圈的电势为: E y
2R sin
2
E由q图可知，A线B圈组电2动R势s的i有n 效q值2为：
R
式中：
§ 交流电机的绕组
交流电机的绕组由嵌放在定子铁心槽内的线 圈按一定规律联接而成的。
交流电机的绕组分为：单相绕组（m=1） 和三相绕组（m=3）
交流电机的基本工作原理
Ø 同步发电机的基本工作原理
设B Bm sin 则e Bl Bml sin t Em sin t
由于三相绕组在空间彼 此相差120 0 ， 磁力线依次切割 U相、V相、W相
（3）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要 求对称（大小相等且相位上互差120°）， 并且三相阻抗也要求相等。
（4）绕组用铜量少， 端接线尽可能短， 节约铜线，减小损耗。绝缘性能和机械强度 可靠，散热条件好
（5）绕组的制造工艺简单,安装和检修要方 便。
(二)交流绕组的基本概念
1. 电角度和机械角度 电角度：在电机理论中，我们把一对主磁极所占的空 间距离，称为360°的空间电角度。 机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度360°。 很明显，电角度=极对数×机械角度。
Ø 本节首先研究在正弦分布磁场下定子绕组 中感应出的电动势，我们先看一根导体内 的电动势的大小，再看一个线圈内的,最后 得出一相绕组的感应电势
6.1.1 导体电动势
B
A 展开
N O
α n
S
Bm
Bδ
0 ⊙ω
π ⊙
α=ωt
N
2π α S
空间电角度α：一对主磁极表面所占的 空间距离，用空间角度表示时，定为3600 。
机械角度β：电机整个转子表面所占空 间几何角度3600 。 β ＝ α× 3600 。
当气隙磁场的磁通密度B 在空间按正 弦波分布时，设其最大磁密为Bm， 则：B = Bmsinα
e B lv
Bx是导体在处的气隙磁密；
l是切割磁感应线的导体长度； v是导体垂直切割磁感应线的 相对线速度。
6. 相带
每个极距内属于每相的槽所占的区域称相带
由于绕组为三相绕组，因此还需把各槽导体分为三相， 在槽电动势星形图上划分各相所属槽号。分相的原则 是使每相电动势最大，并且三相的电动势相互对称。 通常三相绕组使用60°分相法，即把槽电动势星形图 6等分，每一等分称为一个相带，依次分别为A、Z、 B、X、C、Y相带
掌握三相绕组产生旋转磁势的条件、性质及其 主要结论。
熟练掌握三相对称绕组产生圆形旋转磁势基波 的大小、转向、速度 。
§6-1交流绕组的感应电动势
在交流电机中，一般要求电机绕组中的 感应电动势随时间作正弦变化，这就要求 电机气隙中磁场沿空间为正弦分布。要得 到完全严格的正弦波磁场很难实现，但是 可以采取各种结构参数尺寸使磁场尽可能 接近正弦波，例如从磁极形状、气隙大小 等方面进行考虑。在国家标准中，常用波 形正弦性畸变率来控制电动势波形的近似 程度。
则eU Em sin t eV Em sin(t 1200 ) eW Em sin(t 2400 )
三相电势波形图
Ø 当转子为一对磁极时，转子旋转一周，定 子绕组的感应电动势正好变化一周；当转
子为 p 对磁极时，转子旋转一周，定子
绕组的感应电动势变化 p 周；设转子每
(三) 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，可分为单层和双层绕组。 其中，单层绕组又可分为链式、交叉式和同心式 绕组；双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。 （2）按相数分，可分为单相、两相、三相及多 相绕组。 （3）按每极每相槽数，可分为整数槽和分数槽 绕组。
已知转子逆时针方向的转速为n r min , 用电角速度表示为：
2p n rad / s
60
求导体电势时，可以看成转子不动而导体
以角速度朝相反方向旋转。我们规定，导体
最初处于坐标原点的瞬间，作为时间的起点，即
t＝0。当时间经过了t秒后，导体移到处，这时 ＝t，该处的气隙磁密为Bx Bm sin Bm sin t
分钟转速为n,则感应电势的频率为
f pn 60
Ø 可见， p 与 f 之间存在严格不变的对应关系
异步电动机的基本工作原理
交流绕组的基本知识
(一) 对交流绕组有以下一些基本要求:
（1）在一定的导体数下，有合理的最大绕组 合成电动势和磁动势。
（2）各相的相电动势和相磁动势波形力求接 近正弦波，且数值尽可能大。即要求尽量减 少它们的高次谐波分量。
y1
小结：短距系数小于1，故短距线圈 感应电势有所损失；但短距可以削弱
高次谐波（后面要讲）。
6.1.5 线圈组电动势和分布系数：
线圈在下线时，是以线圈组为单位的，每
个极（双层绕组时）或每对极（单层绕组时） 下有q个线圈串联，组成一个线圈组，所以线 圈组的电动势等于q个串联线圈电动势的相量 和。
⊙ ⊙ ⊙α
度。其表示方法很多，可用槽数：
Z
2p
D
空间长度
2p
（4）槽距角：相邻两槽间的距离用电角度表示，
叫做槽距角，用α 表示。
p 360
Z
5. 每极每相槽数：在交流电机中，每极每相
占有的平均槽数q是一个重要的参数，如电机槽 数为Z，极对数为p，相数为m。则得：
q Z 2 pm
q=1的绕组称为集中绕组，q>1的绕组称为分布 绕组。
分类：按照线圈的形状和端部连接方法的
不同，三相单层绕组主要可分为链式、同 心式和交叉式等型式。
例：三相交流电机Z=24，2p=4，试绘制a=1 的三相单层绕组展开图。
其中kw＝kN kq称为基波绕组系数
由于短距和分布引起线圈组电动势减 小的程度。
Ø 相电动势和线电动势：
Ø 我们知道在多极电机中每相绕组均由处于 不同极下一系列线圈组构成，这些线圈组既 可串联，也可并联。此时绕组的相电动势等 于此相每一并联支路所串联的线圈组电动势 之和。如果设每相绕组的串联匝数（即每一 并联支路的总匝数）为w，每相并联支路数 为a时，相电动势为：
e +j
Em
0
π
2π ωt
0
ω
E
导体每经过一对主磁极，感应电势经历了一个周期。 用f表示导体A中感应基波电动势的频率，转子上有p对 磁极，已知转子逆时针方向的转速为n r min,则
f pn HZ 60
用f表示转子的电角速度时 2p n rad / s＝2f
60
4极电机，要使得导体中的 感应电势为50Hz,转速应为多少？
X N
A
1500
n
S
+j
E X
E A
6.1.2整距线匝基波电动势
线圈一般由N匝构成，当N=1时，为单匝
线圈。y1=τ 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：
+j
E X
E y
E A
E x
ET ( y1 ) E A E X
水轮电机组装
水轮电机组装
本章要求：
掌握交流电机三相绕组构成原则。 能够绘制三相单层和三相双层短距分布绕组 展开图。
掌握基波磁场下双层、短距分布绕组相 电势计算。 掌握三相电机线、相电势关系。
掌握基波磁场下集中、分布绕组线圈组电势计算。
掌握单相绕组产生脉振磁势及其主要结论。
熟练掌握单相绕组产生脉振磁势基波可以分解 为两个转向相反的旋转磁势。
电势有效值为5V，以图示瞬间作为时间起点，求：
（1）导体A及A中基波感应电势的顺势值表达式；
（2）用A及A组成线匝，写出线匝的基波电势表达式；
（3）在向量图上表示两个导体及线匝的基波电势向量
A’ N
00
n1 S
600 A
6.2 交流电机的电枢绕组
交流电机: 异步电机、同步电机（电动机、发电机）
电机的分类
就能量转换的功能来看
按学科的不同 根据应用场合的要求和电源的不同
发电机 电动机 变压器 控制电机 静止电机 旋转电机 直流电机 交流电机 （变压器）
第六章 交流电机电枢绕组 的电动势与磁动势
交流电机主要包括异步电机和同步电机 两大类；两类电机在结构上既具有共 同之处，又各有其自身特点。
E

4.44NkN
f式中N

p a
qN y (单层）
或N

2p a