7-7交流绕组的感应电势
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电机学-交流绕组和电动势
交流电机的绕组和电动势
§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
§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。
交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
B
Z A
X Y
C C
Y
X
A
Z
B
二、交流绕组的排列和联接
3、确定相带 每个极距内有一个组，每个组内含有的槽 数即为每极每相槽数 q Q1 2 pm 2 。每个 极距内属于同相槽所占有的区域称为“相 带”。可见，每个相带为60度电角度。 4、画定子槽的展开图
1 23 4 56
910 17 21 15 13 18 22 14 16 19 23 11 12 20 24
Bm L
相电动势求出以后，根据星形或三角形的接法，可以求出线电动势。
三相六极异步电动机，额定频率50Hz。已 知定子槽数36，绕组为单层整距分布绕组， 每相两条支路，每个线圈的匝数为40匝， 每相绕组的基波感应电势为200V，求每极 磁通量。
Q 36 q 2 2 pm 2 3 3
1三相基波合成磁动势是一个旋转磁动势转速为同步转速旋转方向决定于电流的相序即从超前电流相转到滞后电流相二三相绕组的磁动势旋转磁动势当对称三相绕组中通过对称三相电流时所建立的三相基波合成磁动势的性质如下
交流电机电枢绕组的 电动势与磁通势
电枢
是电机中机电能量转换的关键部分。 直流电机电枢：转子 交流电机电枢：定子
交流电机电枢绕组的要求
能感应出有一定大小而波形为正弦的电动势 三相电机：三相电动势对称 因此，电枢绕组每一个线圈除了有一定的匝数
外，还要在定子内圆空间按一定的规律分布与 连接。 安排绕组时，既能满足电动势要求，又能满足 绕组产生磁通势的要求。
6.1 交流电机电枢绕组的电动势
本节讨论：由正弦分布、以同步转速旋转的旋转磁场在定子绕 组中所感应产生的电动势。
电机学课件第11章旋转电机交流绕组的电势和磁势
其感应电势相位差180 电角度。
Ey 2Ed1 4.44 f11
O B1
考虑匝数后:
Ey 2N y Ed1 4.44 f1N y1
❖短距线圈中的感应电势
N n1
Ed1
X Ed2 SB1
线圈两有效边在磁场中相距为y, 其感应电势相位差是180-β电角度。
β=α(τ-y)=(τ-y ) *180/τ/(电角度)
Eq
2R sin
q
2
2
2
Ey2
sin
sin
q
2
2
Ey1 Ey2 Ey3
sin q
qEy
2
qEykq
4.44qN y f1kq1
q sin
2
分布系数：
kq
qEy
q
sin q
2
Eyi
i=1
q sin 2
Eq
Ey3
B
Ey2
D
R Eq
O
C
Ey1
A
注：分布系数小于1，通常 kq 在 0.93~1.0之间。
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
11-1 交流旋转电机定子绕组的感应电势
一、交流同步发电机的结构模型
A
❖同步发电机的结构模型如图
交流电机的绕组、电动势和磁动势
N极面
S极面
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
N
NS
S
N
S
A
X
单层绕组的特点： (1)最大并联支路数等于极对数； (2)不能利用短距绕组消除高次谐电势和磁势； (3)线圈数少，绕线和嵌线的工时少； (4)无层间绝缘，下线方便，槽利用率高；
YA Z B
C
X
例 3：Q＝36，2P＝4，绘制 a=1的三相单层交叉式 绕组展开图。
1、计算绕组参数； 2、画槽电动势星形图，划分相带； 3、连接A相绕组，画A相绕组展开图； 4、画B、C相绕组展开图。
例 4 ：Q=24；2P=2；要求绘制三相单层同心式绕组。
18槽2极单层同心式绕组（a=1）
A
B
C
X
Y
Z
24 槽 4 极单层整距绕组
绕组结构参数？ y=？τ=？ q=？ α=？
24槽4极单层整距绕组
三相4极24槽单层整距绕组
两个图的区别？ 三相4极24槽单层链式绕组
判断：绕组的结构型式及绕组结构参数
τ
τ
τ
τ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
同步电机
异步电机
同步电机：多用作发电机，也用作电动机，可改 变电网功率因数。
异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用 作发电机。
两种类型的交流电机涉及三个共同部分：
◆交流绕组的基本结构 ◆交流绕组中感应的电动势 ◆交流绕组产生的磁动势
5.1 交流电机的基本工作原理
一、同步发电机的基本工作原理
二、异步电动机的基本工作原理
交流绕组的感应电动势
• 每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 • 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加而成。 • 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。
线圈组的感应电势
• 矢量式
E E E E yz y1 y2 y3
• 分布系数：
k q1 分布绕组的感应电势 集中绕组的感应电势 sin
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁 场中含有奇次空间谐波。 ＝1、3、5…
1、主极磁场产生次谐波的性质
• 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起 以同步转速在空间移动。即
p p ;
;
n n 1
• 谐波频率：
f
p n 60
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ pqN a
y
• 相电势：
E 4 .44 fN 1 1 k
q1
双层绕组的电势
• 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组， 共2p个线圈组； • 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ 2 pqN a
y
• 双层绕组要考虑到短距系数：
感应电势的大小
• 导体感应电势
E n max B lv
• 导体与磁场的相对速度：
v 2 p n/ 60
• 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： B
2
Bp;
• 感应电势最大值：
• 感应电势的有效值：
E n max
2
B p l 2 f f ( l ) f
交流绕组的感应电动势
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： (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；
线圈组的感应电势
• 矢量式
E E E E yz y1 y2 y3
• 分布系数：
k q1 分布绕组的感应电势 集中绕组的感应电势 sin
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁 场中含有奇次空间谐波。 ＝1、3、5…
1、主极磁场产生次谐波的性质
• 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起 以同步转速在空间移动。即
p p ;
;
n n 1
• 谐波频率：
f
p n 60
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ pqN a
y
• 相电势：
E 4 .44 fN 1 1 k
q1
双层绕组的电势
• 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组， 共2p个线圈组； • 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ 2 pqN a
y
• 双层绕组要考虑到短距系数：
感应电势的大小
• 导体感应电势
E n max B lv
• 导体与磁场的相对速度：
v 2 p n/ 60
• 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： B
2
Bp;
• 感应电势最大值：
• 感应电势的有效值：
E n max
2
B p l 2 f f ( l ) f
交流绕组的感应电动势
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： (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；
交流电机绕组及感应电动势
旋转电机的结构 铁芯：构成磁的通路 转子 定子
绕组：构成电的通路
• 励磁绕组：通产生磁场的电流
空气隙
• 电枢绕组：通传递能量的电流
旋转电机工作时，磁场与电枢绕组之间有相对运 动，可以在电枢绕组内感应出电动势，同时，电枢 电流与气隙磁场相互作用又会产生电磁转矩。由此 实现机电能量转换。
ν 次谐波电动势频率，从感应电势产生来理解：
p n pn1 f f1 60 60
正在嵌入线圈的定子 正在安装转子的同步发电机
异步电机定子
三个早该解决的疑问
我们规定的电网频率（50Hz）是如何实现的？ 如何保证A、B、C相的相位关系？ 如何保证电网电压波形为正弦型？
一、同步电机的基本作用原理
结构模型 定子：三相对称绕组按照一定的空间顺序，分 为A、B、C相分布于定子空间中。这个分布顺序 加上转子的转速就决定了电源的三相相位关系。 转子：装有直流励磁绕组，通电后产生恒定磁 场，该磁场在气隙中按正弦规律分布。
磁场为正弦空间波形，但从线圈边这个位置点看出去，经 过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常 意义上的时间相量—随时间变化的正弦波。注意：这个简单 的关系是旋转电机时空联系的基础。
如此可以得到单个线圈边感应电势为：
NBlv NB l 2 p n sin t Ea m 60 2 N 2 Bml f sin t N Bml f sin t
磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置点点看出去经看出去经过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常意义上的时间相量意义上的时间相量随时间变化的正弦波
绕组：构成电的通路
• 励磁绕组：通产生磁场的电流
空气隙
• 电枢绕组：通传递能量的电流
旋转电机工作时，磁场与电枢绕组之间有相对运 动，可以在电枢绕组内感应出电动势，同时，电枢 电流与气隙磁场相互作用又会产生电磁转矩。由此 实现机电能量转换。
ν 次谐波电动势频率，从感应电势产生来理解：
p n pn1 f f1 60 60
正在嵌入线圈的定子 正在安装转子的同步发电机
异步电机定子
三个早该解决的疑问
我们规定的电网频率（50Hz）是如何实现的？ 如何保证A、B、C相的相位关系？ 如何保证电网电压波形为正弦型？
一、同步电机的基本作用原理
结构模型 定子：三相对称绕组按照一定的空间顺序，分 为A、B、C相分布于定子空间中。这个分布顺序 加上转子的转速就决定了电源的三相相位关系。 转子：装有直流励磁绕组，通电后产生恒定磁 场，该磁场在气隙中按正弦规律分布。
磁场为正弦空间波形，但从线圈边这个位置点看出去，经 过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常 意义上的时间相量—随时间变化的正弦波。注意：这个简单 的关系是旋转电机时空联系的基础。
如此可以得到单个线圈边感应电势为：
NBlv NB l 2 p n sin t Ea m 60 2 N 2 Bml f sin t N Bml f sin t
磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置点点看出去经看出去经过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常意义上的时间相量意义上的时间相量随时间变化的正弦波
交流绕组的感应电势
实验结论与展望
实验结论
通过实验研究，验证了交流绕组感应电势的存在和性质，加深了对交流电机工作原理的 理解。
展望
进一步研究交流绕组感应电势的影响因素和优化方法，提高交流电机的工作效率和性能。
05
交流绕组感应电势的未 来发展
新型交流绕组的研发
总结词
随着技术的不断进步，新型交流绕组的研发将更加注重 高效、环保和节能。
详细描述
通过对交流绕组感应电势理论的深入研究， 可以深入了解其产生机理和影响因素，为新 型交流绕组的研发提供理论支持。同时，这 些研究也有助于优化现有交流绕组的设计，
提高其性能和可靠性。
交流绕组在新能源领域的应用探索
总结词
随着新能源领域的快速发展，交流绕组在新能源领域 的应用探索将成为一个重要方向。
03
交流绕组感应电势的应 用
在电机中的应用
感应电动机
感应电动机是利用交流绕组感应电势来产生旋转磁场，进而驱动电动机转子旋 转的。感应电势的频率和幅值变化，使得电动机具有调速和启动性能。
同步电动机
同步电动机的励磁绕组通过交流电源激励，产生励磁磁场，与电源的交流频率 保持同步。励磁绕组的感应电势用于控制励磁电流的大小和方向，进而控制电 动机的输出功率和转速。
详细描述
新型交流绕组将采用先进的材料和设计理念，以提高电 机的效率和性能。例如，使用高导磁材料和先进的电磁 设计技术，可以减小绕组的磁损和铜损，提高电机的效 率。同时，新型交流绕组还将注重环保和节能，采用环 保材料和节能设计，以降低对环境的影响。
交流绕组感应电势理论的深入研究
总结词
对交流绕组感应电势理论的深入研究将有助 于更好地理解其产生机理和影响因素。
实例计算
机车车辆传动与控制作业参考答案(3-4章)
一、名词解释：1. 转差率旋转磁场的转速n1与转子转速n 的差值称为转差，用△n 表示。
转差△n 与同步转速n1的比值称为转差率，用s 表示，即：()%100n n -n S 11⨯=转差率是表征感应电动机运行状态的一个重要参量。
一般情况下，异步电动机的转差率变化不大，空载时约为0.5％，额定负载时约为5％，异步牵引电动机的转差率一般小2％。
2. 转差频率 转差频率就是转差对应的频率，即⎥⎥⎥⎦⎤====12121111sf f f f f f -f n n -n s3. 电流型牵引变流器 交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。
根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。
电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。
4. 电压型牵引变流器交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。
整流器的作用是把来自接触网的单相交流电压变换为直流。
直流中间环节由滤波电容器或电感组成，其作用是储能和滤波，获得平直的直流电。
逆变器的作用是将中间环节平直的直流电，通过一定的控制策略，变换为频率、电压可调的三相脉冲交流电，供给交流牵引电动机，通过能量转换驱动列车。
根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器可分为电压型和电流型两种。
电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。
5. 两电平式逆变器逆变器将直流转换为交流。
两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。
交流绕组及其电动势和磁动势
•4.2三相双层绕组
•一、基本概念
•1.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。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线 圈。与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等（看 图）
•4.2三相双层绕组 •一、基本概念
•2.极距τ ：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围
•3.线圈节距y：一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线 圈的节距。用y表示。（看图） •y<τ时，线圈称为短距线圈；y=τ时，线圈称为整距线圈； •y>τ时，线圈称为长距线圈。
4.谐波的弊害
⑴使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加 ，η↑，从而影响用电设备的运行性能
• ⑵干扰临近的通讯线路
二、消除谐波电动势的方法
因为EΦv=4.44fυNRwvΦv所以通过减小KWr 或Φr可降低EΦr
1.采用短距绕组 2.采用分布绕组，降低。 3.改善主磁场分布 4.斜曹或斜极
4.5通有正弦交流电时单相绕组的磁动势
• 二、交流绕组的分类 • 按相数分为：单相、三相、多相
• 按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉 式）、双层（叠绕组、波绕组）、单双层
• 每极每相槽数q：整数槽、分数槽
•4.2三相双层绕组 •双层绕组的主要优点（P113）
•一、基本概念
：
•1.线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈
⑶谐波磁场的槽距角：dγ =γd
⑷谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（ 同步转速）
⑸谐波感应电动势的频率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1
⑹谐波感应电动势的节距因数kpv ⑺谐波感应电动势的分布因数kdv ⑻谐波感应电动势的绕组因数kwv= kpv kdv ⑼谐波电动势（相值）
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
交流电机的感应电势
2
2. 线圈中的感应电势 （1）整距线圈中的感应电势 线圈的两条边处于磁场中相反的位置，当一根处于N极下最
大磁密时，另一根恰好处于S极下最大磁密处。其感应电 势相位差为180电角度
3
y1=τ
· Ec1
N
· E’1
一个整距线圈如果有Nc匝 ：
· E”S
1
4
(2).短距线圈的感应电势
它的节距小于极距，即节距
6
3 分布绕组中的感应电势
• 一个极下同一相的q个线圈串联起来就组成一个极相组， 但每个线圈的空间位置不同，形成了分布绕组。
一对 极
二对 极
A 1.2.3
19.20.2 1
Z
BX
C
Y
4.5.6 7.8. 10.11.1 13.14.15 16.17.
92
18
22.23.2 25.2 28.29.3 31.32.33 34.35.
1
一相绕组的感应电动势
•Q个线圈构成一个极相组，而极相组可串可并，设每相每个 支路的总串联匝数为N
一相绕组每支路有N匝：
双层绕组：N=2pqNC /a 单层绕组：N=pqNC /a
2
三相绕组的线电势
三角形联结 ： 星形联结：
8
1. 导体中的感应电势 感应电势的波形 ex (t) = Bx l v 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
9
e
1
180 360
O
°
°ωt
0
•一根导体电动势的有效值
e
1
O BBa1vb
O
180 360
°
°ωt
电机学(第二版)第六章交流电机绕组及其感应电动势
b相和c相的连接规律与a相完全一样，a=20°，相 间相差6个槽。如第2槽为a相首端，则b相首端是 第8槽，c相首端是第14槽。
三、同心式绕组
对于p＝l的小型三相异步电动机和单相异步
电动机，每极每相槽数q较大，采用同心式绕 组嵌线
例如：m＝3，p=1，q＝4。则定子槽数
Z=2mpq＝2×3×l×4＝24，槽距角a＝15°
第二节 交流绕组（续）
三、交流绕组的特点 ①三相对称绕组；每相绕组的匝数（线径）相同，互 差1200空间电角度，嵌放在铁芯槽内（每相漏阻抗 相等） ②通入电流是三相对称电流：每相电流的最大值（有 效值）相等，互差时间电角度（产生的感应电势也 为三相对称）。 所以，绕组与时间和空间量有关。
四、交流绕组的构成原则
极 对 相 a 23,24,1,2 z 3,4,5,6 b 7,8,9,10 带 x c y 11,12,13,14 15,16,17,18 19,20,21,22 第一对极
属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一
个大线圈，2与11相连构成一个小线圈。这一 大一小组成一个同心式线圈组。13与24相连， 14与23相连组成另一同心式线圈组。然后把 两个线圈组反向串联，以保证电势相加
（一般为整数槽分布绕组。）
分数槽绕组——q为分数
（4）槽距角
相邻两槽之间的电角度（每条槽对应的电角度） 已知总槽数Z、极对数p
p × 360°
=
Z
圆周的电角度
（5）极距τ
相邻两磁极对应位置两点之间的圆周距离。
几何尺寸——每极所对应的定子内圆或转子 外圆的弧长表示 D
2p
小结：三相单层绕组的优缺点
第三篇 交流电机的绕组电动势和磁动势
8.★总结交流电机单相磁动势的性质、它的幅值大小、幅值位置、脉动频率各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？
答：幅值
单相绕组基波磁动势幅值大小：与一条支路匝数N、绕组系数kw1、磁极对数p及相电流 有关，其中N、kw1及p由构造决定， 由运行条件决定。
幅值位置：恒于绕组轴线上，由绕组构造决定。
第三篇交流电机的绕组电动势和磁动势
一、填空
1.一台50Hz的三相电机通以60 Hz的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小，转速，极数。
答：不变，变大，不变。
2.★单相绕组的基波磁势是，它可以分解成大小，转向，转速的两个旋转磁势。
答：脉振磁势，相等，相反，相等。
3.有一个三相双层叠绕组，2p=4, Q=36,支路数a=1，那么极距 =槽，每极每相槽数q=，槽距角α=，分布因数 =， ，节距因数 =,绕组因数 =。
11.一个整距线圈的两个边，在空间上相距的电角度是多少?如果电机有p对极，那么它们在空间上相距的机械角度是多少?
答：整距线圈两个边在空间上相距的电角度为 ；电机为p对极时，在空间上相距的机械角度为 。
12.★定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势大小与相位有何关系?
答；定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势的波形相同，其基波和各次谐波电动势的大小分别相等。基波电动势的相位差为 电角度，且空间上超前(沿转子转向空间位置在前)的导体，其基波电动势的相位是滞后的。
绕组短距时，—个线圈的两个线圈边中的基波和谐波(奇数次)电动势都不再相差 ，因此，基波电动势和谐波电动势也都比整距时减小。合理短距时，对基波，因短距而减小的空间电角度是较小的，因此基波电动势减小得很少；但对 次谐波，短距减小的则是一个较大的角度(是基波的 倍)，因此，总体而言，两个线圈边中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因为谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度，所以可使电动势波形得到改善。
答：幅值
单相绕组基波磁动势幅值大小：与一条支路匝数N、绕组系数kw1、磁极对数p及相电流 有关，其中N、kw1及p由构造决定， 由运行条件决定。
幅值位置：恒于绕组轴线上，由绕组构造决定。
第三篇交流电机的绕组电动势和磁动势
一、填空
1.一台50Hz的三相电机通以60 Hz的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小，转速，极数。
答：不变，变大，不变。
2.★单相绕组的基波磁势是，它可以分解成大小，转向，转速的两个旋转磁势。
答：脉振磁势，相等，相反，相等。
3.有一个三相双层叠绕组，2p=4, Q=36,支路数a=1，那么极距 =槽，每极每相槽数q=，槽距角α=，分布因数 =， ，节距因数 =,绕组因数 =。
11.一个整距线圈的两个边，在空间上相距的电角度是多少?如果电机有p对极，那么它们在空间上相距的机械角度是多少?
答：整距线圈两个边在空间上相距的电角度为 ；电机为p对极时，在空间上相距的机械角度为 。
12.★定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势大小与相位有何关系?
答；定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势的波形相同，其基波和各次谐波电动势的大小分别相等。基波电动势的相位差为 电角度，且空间上超前(沿转子转向空间位置在前)的导体，其基波电动势的相位是滞后的。
绕组短距时，—个线圈的两个线圈边中的基波和谐波(奇数次)电动势都不再相差 ，因此，基波电动势和谐波电动势也都比整距时减小。合理短距时，对基波，因短距而减小的空间电角度是较小的，因此基波电动势减小得很少；但对 次谐波，短距减小的则是一个较大的角度(是基波的 倍)，因此，总体而言，两个线圈边中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因为谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度，所以可使电动势波形得到改善。
同步电机-交流绕组的电动势和磁动势
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相 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 电角 度，若规定导体电动势穿进纸面为正，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槽导体电动势落后于l槽导 体电动势 60度电角度，这样依次作出相差 1 电角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。如图 所示。
1
6
60°
2
5
3
4
转子以同步速旋转，电角速度＝电角频率。转过 60 度空间电角度所需要的时间＝时间电角度
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
槽电势星形图： 1槽导体与4槽导体串联组成整距线圈构成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，可知三相 绕组的基波电动势为三相对称电动势。 集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的 C 电动势波形不好，而且由于绕组集中，运 行时发热集中，散热不良，再加上电枢表 面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。
没有层间绝缘击穿的问题，提高了电机工作的可靠性，此外单层 绕组嵌线也比较方便，但由于节距受到一定的限制，不能利用它 来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在 lOkW以下 的异步电动机中。
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应 的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相绕组的 匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差 120 度空间电 角度，例如一台 p=1 的电机，电枢槽数 Z=6 ，则每极每相槽数 q=Z/2pm=6/2×3 ＝ 1( 集中绕组 ) ，取节距 y=Z/2p=3( 整距 ), 若连 成单层绕组，其绕组排列如图所示。
1
6
60°
2
5
3
4
转子以同步速旋转，电角速度＝电角频率。转过 60 度空间电角度所需要的时间＝时间电角度
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
槽电势星形图： 1槽导体与4槽导体串联组成整距线圈构成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，可知三相 绕组的基波电动势为三相对称电动势。 集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的 C 电动势波形不好，而且由于绕组集中，运 行时发热集中，散热不良，再加上电枢表 面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。
没有层间绝缘击穿的问题，提高了电机工作的可靠性，此外单层 绕组嵌线也比较方便，但由于节距受到一定的限制，不能利用它 来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在 lOkW以下 的异步电动机中。
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应 的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相绕组的 匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差 120 度空间电 角度，例如一台 p=1 的电机，电枢槽数 Z=6 ，则每极每相槽数 q=Z/2pm=6/2×3 ＝ 1( 集中绕组 ) ，取节距 y=Z/2p=3( 整距 ), 若连 成单层绕组，其绕组排列如图所示。
第四章交流绕组及其电动势和磁动势详解
2 Bav B1
Bav ：平均磁密
f f E1 B1 2f B1l Bav l 1 2.22 f1 2 2 2 2
l f 2
E1 2.22 f1
1 ：一极下磁通量
整距线圈的感应电动势Ec1 y1 则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，另一根 导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应电势瞬时值总 是大小相等，方向相反，设线圈匝数Nc，则整距线圈的电势为
节距 线圈两边所跨定子圆周上的距离，用y1表示，y1应接近极距τ
＝整距 Q y1 短距 ＝ 2p 长距
槽距角 相邻两槽间的电角度
p 3600 Q
每极每相槽数
Q : 定子槽数
Q m:相数 p:极对数 q 2 pm 即每一个极下每相所占的槽数
2.1 槽电势星形图和相带划分
11 13 15 17 19 21
A
图4-8
X
单层链式绕组中A相的展开图 (2p=6,Q=36)
这种绕组主要用在q=偶数的小型四极、六极感应电动机中。如q 为奇数，则一个相带内的槽数无法均分为二，必须出现一边多， 一边少的情况。因而线圈的节距不会一样，此时采用交叉式绕组。
交叉式绕组 主要用于q=奇数的小型四极、六极电机中，采用不等距线圈。 三相四极36槽定子，绘制交叉式绕组展开图
E E 2E 4.44 fN E c1 1 1 1 c 1
短距线圈的电动势，节距因数 短距线圈的节距y1<τ，用电角度表示时
y1
180
E E E c1 1 1
180 y1 Ec1( N c 1 ) 2 E1 cos 2 E1 sin 90 2 y1 4.44 f sin 90 4.44 fk p1
交流旋转电机分两大类
交流旋转电机分两大类:。
虽然异步电机和同步电 ,而6. l6. l. l , 因此对三相交流绕组提出以下一些基本要求:1)2) 在导体数一定时, 3)三相绕组对称,4)用铜量少、工艺简单,6· l ·2 交流绕组的分类1 ) 2)3)尽管交流统组的种类繁多,6· l ·3 1·电角度(或空问电角度)在电机理论中, ,导体中感应电动势就变化一个周波, 即360°电角度, ︒⨯360p 。
值得注意的是, 2.槽距角α構距角α =α式中，p 为极对数；1z 3.极距τ公式还可以用空间长度(pD 2π)或电角度(180°或π)来表示。
其中D 为电机定子内圆直径。
4.线圈节距y一个线圈两个有效边 (嵌入槽中的线圈边) 之间所跨的槽距, 称为节距 y, 它也用糟数表示 。
为使每个线圈获得尽可能大的电动势 (或磁动势)，节距 y 应等于或接近于极距τ, 把τ=y 的绕组称为整距绕组,τ<y 的绕组称为短距绕组,τ>y 的称为长距绕组。
长距绕组和短距绕组具有相同的电磁性能, 且短距绕组的端部连线短, 能够节省用铜, 故一般使用短距绕组。
5.每极每相槽数q在交流电机中, 每极每相占有的平均槽数q 为公式式中,1m 为电机定子的相数。
6.相带在每个磁极下每相绕组所连续占有的电角度αq 称为绕组的相带。
由于每个磁极的电角度是︒180, 对三相绕组而言, 每相占有60°电角度, 故称为60°相带, 也有占120°电角度的，称为120°相带, 但三相交流电机大多采用60°相带绕组。
为了获得对称绕组,每极每相的槽数应相同。
1=q 的绕组称为集中绕组, 1>q 的绕组称为分布绕组。
q 等于整数的绕组称为整数糟绕组,中小型交流电机大多采用整数槽绕组; q 等于分数的绕组称为分数槽绕组, 分数槽绕组常用在大型水轮同步发电机和大型异步电动机中。
电机学第7章
• 设m代表相数，每相带所占槽数，即每极每 相槽数q为
(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
(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
第四章_交流电机绕组的基本理论
一. 特点： Z ，一般为整距绕 1. 每个槽内只有一个线圈边，其极距 2p 组。 2. 线圈个数＝Q1 /2 3. 线圈组个数= Q1 /2q 4. 每相线圈组的个数= p （60°相带时） 5. 每个线圈匝数NC = 每槽导体数 6. 每个线圈组的匝数q NC 7. 每相串联匝数N=每相总的串联匝数/பைடு நூலகம் = p q NC / a = 定子 总导体数/2ma（即每条支路的匝数） 8. 一般用于10KW以下的小型交流电机
三、单相绕组的磁动势 相电流为Iφ 、每相串联匝数N、绕组并联支路数a、则单相 磁动势为： Nk w1 Fm1 0.9 I p
Nkw1 f1 ( x, t ) Fm1 sin t cos x 0.9 I sin t cos x p
单相脉动磁动势的分解
f 1 ( x, t ) Fm1 sin t cos x 1 1
3 f c ( x, t ) Fcm1 sin t cos x Fcm3 sin t cos x Fcm sin t cos x
其中： x 用电角度表示的空间距离。 ④基波磁动势的幅值： 4 2 Fcm1 N c I 0.9 N c I 2 ⑤ν次谐波磁势的幅值： 1 Fcm 0.9 N c I
首 尾
X
N
1 23
S
101112
N
1920 21
S
282930
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
三相双层叠绕组的A相绕组的展开图 （Z = 36 , 2P = 4 , a ＝ 1）
4.4 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
三、单相绕组的磁动势 相电流为Iφ 、每相串联匝数N、绕组并联支路数a、则单相 磁动势为： Nk w1 Fm1 0.9 I p
Nkw1 f1 ( x, t ) Fm1 sin t cos x 0.9 I sin t cos x p
单相脉动磁动势的分解
f 1 ( x, t ) Fm1 sin t cos x 1 1
3 f c ( x, t ) Fcm1 sin t cos x Fcm3 sin t cos x Fcm sin t cos x
其中： x 用电角度表示的空间距离。 ④基波磁动势的幅值： 4 2 Fcm1 N c I 0.9 N c I 2 ⑤ν次谐波磁势的幅值： 1 Fcm 0.9 N c I
首 尾
X
N
1 23
S
101112
N
1920 21
S
282930
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
三相双层叠绕组的A相绕组的展开图 （Z = 36 , 2P = 4 , a ＝ 1）
4.4 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
电机学讲义-正弦分布磁场下绕组的感应电动势
41
当气隙磁场非正弦分布时，磁场中的高次谐波将在 定子绕组内感应出相应的谐波电动势。
为了削弱谐波电动势，可用： 改善凸极极靴外形或隐极励磁绕组的分布 三相绕组采用星形和三角形联结 采用短距绕组 分布绕组
42
不能采用短距或分布绕组削弱齿谐波电动势。 为了削弱齿谐波电动势，可采用：增大每极
每相槽数、斜槽或斜极、半闭口槽，半开口 槽或磁性槽楔，以及分数槽绕组等方法。
3000r/min，无明显突出磁极， 励磁绕组放在转子槽内
多，励磁绕组套在转子磁极上
定子绕组下线定子绕组端部
总结
正弦分布磁场下，每相绕组电动势波形为
；
绕组电动势频率与
和电机的
有关；
每相绕组电动势相位滞后于
90°。
节距因数、分布因数、绕组因数的物理意义？
交流电机相电动势与变压器每相电动势的计算公 式的异同？
§5.4 非正弦磁场下的高次谐波电动势
一、同步电机的气隙磁密分布 二、谐波磁场及其引起的谐波电动势 三、计及谐波时的相电动势和线电动势 四、谐波电动势的削弱方法 五、齿谐波电动势及其削弱方法
25
一、同步电机的气隙磁密分布
凸极式同步电机气隙磁密分布
26
隐极式同步电机气隙磁密分布
27
2 8
Kwl：绕组因数，是既考虑短距，又考虑绕组分布 时，整个绕组的合成电动势所打的总折扣 。
KW1 KP1 Kd1
15
四、相电动势和线电动势
单层绕组，每相有 pqNc个线圈，每相的串联匝数：
N pqN c a
每相电动势： Eph 4.44 fNKW1
16
四、相电动势和线电动势
双层绕组：每相有 2pq 个线圈，每相串联匝数N为 ：
当气隙磁场非正弦分布时，磁场中的高次谐波将在 定子绕组内感应出相应的谐波电动势。
为了削弱谐波电动势，可用： 改善凸极极靴外形或隐极励磁绕组的分布 三相绕组采用星形和三角形联结 采用短距绕组 分布绕组
42
不能采用短距或分布绕组削弱齿谐波电动势。 为了削弱齿谐波电动势，可采用：增大每极
每相槽数、斜槽或斜极、半闭口槽，半开口 槽或磁性槽楔，以及分数槽绕组等方法。
3000r/min，无明显突出磁极， 励磁绕组放在转子槽内
多，励磁绕组套在转子磁极上
定子绕组下线定子绕组端部
总结
正弦分布磁场下，每相绕组电动势波形为
；
绕组电动势频率与
和电机的
有关；
每相绕组电动势相位滞后于
90°。
节距因数、分布因数、绕组因数的物理意义？
交流电机相电动势与变压器每相电动势的计算公 式的异同？
§5.4 非正弦磁场下的高次谐波电动势
一、同步电机的气隙磁密分布 二、谐波磁场及其引起的谐波电动势 三、计及谐波时的相电动势和线电动势 四、谐波电动势的削弱方法 五、齿谐波电动势及其削弱方法
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一、同步电机的气隙磁密分布
凸极式同步电机气隙磁密分布
26
隐极式同步电机气隙磁密分布
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2 8
Kwl：绕组因数，是既考虑短距，又考虑绕组分布 时，整个绕组的合成电动势所打的总折扣 。
KW1 KP1 Kd1
15
四、相电动势和线电动势
单层绕组，每相有 pqNc个线圈，每相的串联匝数：
N pqN c a
每相电动势： Eph 4.44 fNKW1
16
四、相电动势和线电动势
双层绕组：每相有 2pq 个线圈，每相串联匝数N为 ：
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17
整距线圈的电势
Ec1 4.44 f1
短距线圈的电势
Ec1 4.44k y1 f1
k y1
短距线圈基波电动势 整距线圈基波电动势
＝cos
2
sin( y 90)
短距线圈的电动势较整距线圈减小了，将短距线圈 基波电动势与该线圈为整距时的基波电动势之比称 为基波短距系数。
18
由于短距时线圈电动势为导体电动势的相量和，而 整距时线圈电动势为代数和，
N
S
fv vf1
3600
kWv ：v次谐波绕组系数； v ：v磁通；
其中：v
2
Bmv l v
2
Bmv l v
KWv K pv • K yv
K yv
sinv y 900
Kqv
sin
qv
2
q
sin
v
2
35
谐波电势影响
E E2 1 E2 3 E2 5 • • • Ev ：(v=3,5,7……)很小，对影响不大，但它们的存在会
p个线圈组串联（即并联支路数a=1）:pEq1 并联支路数a=2:pEq1/2 并联支路数为a:pEq1/a
E 1 4.44 fkw1 1• N cqp 4.44 fNkw11
N pqNc a
双层绕组的电势：
•双层绕组每极每相有q个线圈，构成1个线圈组， 共2p个线圈组
•这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
40
Bx
v 0
ea1
Bm
Bx
N
S1
1800 3600
0
t
8
1. 感应电势的频率
如图，拖动转子旋转，导体a中有感应电动势 e(正弦波形)， 可见，一对极时，当转子旋转了一周，导体中a的电势波形波 动了一次。当即对数为p时，转子转一周。导体中的e波形波 动p次，
X
a
a
9
• 当转子气隙中转n(r/min)转时， 电势e波形 一秒钟波动：f=pn/60次
本节主要讨论在正弦分布磁场下绕组中电动势的计算方 法。这种情况下，绕组电动势波形是严格的正弦波。
1
基波电势
➢导体电势 ➢线圈电势与短距系数 ➢线圈组电势与分布系数 ➢相电势与绕组系数
2
导体 电势
线圈 电势
线圈组电势
支路电势
相电势
3
提示： • 旋转磁场是交流电机工作的基础，在交流电机
理论中有2种旋转磁场： (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。 (2)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
20
•属于同一 相的q个 线圈，构
成一个线
圈组。图 中q=3
•每个线圈的 感应电势由 两个圈边的 感应电势相 量相加而成。
•整个线圈组的 感应电势由所 有属于该组的 导体电势相量 相加。
•在该例中，该 组的感应电势 为3个线圈的感 应电势相量相 加。
单层：q个线圈组成一个线圈组q=3, P个线圈组线圈1，2，
故短距系数ky1 总是小于或等于1，不可能大于1。 Nc匝短距线圈电动势有效值为：
Ec1 N c Et1 4.44 N c fk y1 1
19
三.线圈组的电动势和分布系数
电机采用分布绕组，每线圈组有q个线圈， 线圈组电势即为q个线圈的电势之和。 通常各线圈匝数相等，所以各线圈电势的 幅值相等，由于各线圈空间位置依次相位 差a电角度，各线圈电势的时间相位差也为 a角度。
1．合理设计气隙磁场，使其尽可能接近正弦分布。 2．将三相绕组接成Y形接法，可消除线电动势中 的3次和3的倍数次奇次谐波。 3．适当地选择分布和短距绕组来减小电动势中的谐 波。
4．采用斜槽或分数槽绕组来减小齿谐波电动势
5．采用分数槽绕组
39
本节小结： •正弦分布的以转速n旋转的旋转磁场，在三相对 成交流绕组中会感应出三相对称交流电势。 •感应电势的波形同磁场波形，为正弦波 •感应电势的频率为: f=(pn/60)Hz •相电势的大小为: EΦ1=4.44fNΦ1kw1 •绕组系数:kw1=ky1kq1 kq=Eq/(qEy)=sin(qα/2)/(qsinα/2) ky=cosβ/2
13
整距y=，a1与a2跨过1800电角度，a与a’的电势总是大小相等，
方向相反， 则：
•
•
•
•
E t1 E a1 Ea2 2 E a1
Et1 2Ea1 4.44 f1
Ea1
2
f
(2
Bm1l
)
2.22
f
•考虑匝数后: Et1=4.44Nc fΦ1
a1
N1
a2
S2
S1
4
N2
3
14
Ec1 Nc Et1 4.44 Nc f1
24
4. 一相绕组的基波电动势和线电动势
• 一相绕组： 同一相的p（2p）个线圈组连成一相绕组， 串联与并联，电势相加原则。
•线圈组的电势：
Eq1 4.44 fqNc K y1K q1 1 4.44 fqNc K w1 1
25
单层绕组的相电势： a=1 a=2
•单层绕组每对极每 相q个线圈，组成一 个线圈组，共p个线 圈组。
N=2pqNc /a
28
一个极，一个线圈组；p对极，2p个线圈组
线圈组的电势: Eq1 4.44 fqNc Kw11
2p个线圈组串联（即并联支路数a=1）:2pEq1 并联支路数a=2:2pEq1/2 并联支路数为a:2pEq1/a
E 1
4.44
fqN c k w 1
1•
2p a
4.44
fNkw11
(1)设计时，使磁密尽量接近正弦波形
(2) • • • Et1 Ea Ea
•
•
Ea Ea
Et1 2Ea1
Etv 2Eav Etv 0
削弱5次
y 4
5
削弱7次
y 6
7
削弱v次 y v 1
v
一般取 y 5 同时削弱5次及7次可以适当取短距及
6
分布绕组来削弱谐波
38
减小谐波电动势的方法
讨论： 上式与变压器感应电动势公式相同，是因为无论变压器还
是交流电机，线圈中所交链的磁通，在时间上都按正弦规律 变化，使线圈感应电动势在时间上也按正弦规律变化。
但变压器线圈中的磁通本身随时间正弦脉动感应电动势， 而交流电机线圈中的磁通按正弦规律变化是由于主极磁通 与线圈相互切割而感应电动势的。 交流电机中，感应电动势仍然是滞后产生它的磁通 。
问：4极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz， 转速应为多少？
10
2.一根导体感应电势的大小
e的最大值：
Ea1m Bm1lv
l：导体有效长度 （位于磁场内）
另：
v 2Pn
60
f Pn 60
Ea1
Ea1m 2
Bm1l 2
•
2Pn
60
2 fBm1l
11
v
Bm
Bx
0
N
S1
另：每极基波磁通:
2
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，但交流绕
组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场，产生感应电势。
4
机械旋转磁场
电气旋转磁场
5
交流同步电机的结构模型： • 同步电机的结构模型如图所示：转子上有成对磁极，
定子上有三相对称交流绕组。 • 原动机带动转子旋转，形成旋转磁场，该磁场在气
32பைடு நூலகம்
实际气隙中的B很难为完全正弦分布。将它按符 氏级数分解为一系列正弦基波及谐波。
0
/3
Bm1 1800
N
S
X 3600
33
按照电角度理论，3600为一对磁极
pv
vp, v
v
v次谐波旋转速度nv=n
fv
pv nv 60
vf1
0
f1
pn 60
为基波频率
/3
Bm1 1800
EPv 4.44 fvNkw1v
Bm1l
Ea1
2
f
(2
Bm1l
)
2.22
f
一根导体
小结：绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电 势有效值/频率/波形均相同；但是他们的相位不相同。
12
二.线圈中的感应电动势和短距系数
1.整距线圈的电势
•
Ea2
•
Ea1
一个整矩线圈的电势
•有效边a2 有效边处 于磁场中 相反的位 置，其感 应电势相 位差180 电角度。
15
二.线圈中的感应电动势和短距系数
( y) / 180 短距线圈的感应电动势应为：
E&t1 E&a1 E&a2 2E&a1
a1
N1
a2
S2
S1
4
N2
3
16
短距线圈的电动势有效值为：
Et1
2Ea1 cos
2
4.44
f 1 cos(
y
90)
4.44
f
1
sin(
y
90)
4.44 fk y1 1
30
四. 一相绕组的基波电动势和线电动势
谐波电势及其削弱方法
➢气隙磁场谐波分量 ➢谐波电动势 ➢削弱谐波电势方法
31
四. 一相绕组的基波电动势和线电动势
以三相凸极同步电机为例 磁场是由转子电流激励产生的 气隙磁通密度实际是一个平顶波， 可分解出基波和各奇次谐波(由于对称性) 基波磁场和各次谐波磁场均随转子而旋转 在定子绕组中不仅感应基波电势，还感应有 各次谐波电势。