[工学]第4章 交流绕组
第4章 交流绕组
四、三相双层绕组
举例：Z=24，2p=4，整距，m=3 1、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1200电角度。
四、三相双层绕组
四、三相双层绕组
2、连线圈和线圈组
四、三相双层绕组
3、连一相绕组： 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组， 并标记首尾端。
二、划分相带
每相绕组在每个磁极下所连续占有的电角度 qα称为绕组的相带。 对于三相绕组，每相绕组在每个磁极下所占 有60°电角度，即60°相带。 每对磁极360°电角度可分为6个相带。相带就按A— Z—B—X—C—Y的分布规律排列。 采用60°相带可获得较大的基波电动势。
④分相：采用60°相带；
⑤画展开图；
⑥端线连接。
4.2 交流绕组的电动势
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； （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时会在电机的气隙空间 产生电气旋转磁场； 交流绕组处于旋转磁场中，并切割旋转磁场， 产生感应电势。
电角度 =p×机械角度
式中：p － 极对数
一、交流绕组的基本概念
2、极距τ
平均一个磁极所占的定子 铁芯槽数称为极距。
Z 2p
式中：Z － 定子槽数
一、交流绕组的基本概念
3、槽距角α（电角度）
p 3600 Z
4、每极每相槽数 q
Z q 2 pm
式中： m － 相数
一、交流绕组的基本概念
第四章-交流绕组的基本问题
第四章《交流电机绕组的基本理论》4.1 交流绕组的基本要求1.交流绕组的基本要求:(1)绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波；(2)三相绕组的基波电动势（磁动势）必须对称；(3)在导体数一定时能获得较大的基波电动势（磁动势）。
2.槽距角α:相邻两槽之间的机械角度槽距电角α1:相邻两槽间相距的电角度4.2三相交流绕组1.极距一个极在电机定子圆周上所跨的距离，一般以槽数计每极每相槽数整个电机定子中每相在每个极下所占有的槽数2.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q4.3交流绕组的电动势1.短距系数短距系数的物理意义：是短距线圈电动势与对应的整距线圈电动势之比分布系数分布系数的物理意义：分布线圈组合成感应电动势比集中线圈组合成电动势所打的折扣绕组系数2.导体电势，匝电势，线圈电势，线圈组电势和相电势的求法(重点)导体电势匝电势线圈电势线圈组电势相电势(附：4.高次谐波感应电动势的危害：(1)使发电机的电动势波形变坏(2)发电机本身损耗增加，温升增高(3)谐波电流串入电网，干扰通信5.削弱感应电动势谐波的方法:(1)使气隙中的磁场分布尽可能接近正弦波(2)采用对称的三相绕组(使线电动势不存在3次谐波及其倍数的奇次谐波)(3)采用短距绕组(4)采用分布绕组(5)采用磁性槽楔、斜槽或分布槽绕组6.采用短距绕组削弱谐波电动势(通常选y1=5/6τ以同时削弱5、7次谐波)7.对称三相绕组线电动势中不存在3及3的倍数次谐波的原因是：三相相电动势中的三次谐波在相位上彼此相差3*120°=360°，即它们是同相位、同大小的。
当三相绕组接成星形时，E AB3=E A3-E B3=0,所以对称三相绕组的线电动势中不存在3次谐波，同理也不存在3的倍数次谐波。
4.4交流绕组的磁动势1.脉振磁动势：空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁动势2.一个线圈所产生的磁动势的基波幅值：一个极相组所产成的磁动势基波幅值：一相绕组产生的磁动势每极基波幅值：第n次谐波磁动势（1）单相绕组磁动势是脉振磁动势，既是时间t的函数又是空间θ角的函数（2）单相绕组磁动势v次谐波的幅值与v成反比，与对应的绕组系数成正比（3）基波、谐波的波幅必在相绕组的轴线上（4）为了改善磁动势波形，可以采用短距和分布绕组来削弱高次谐波3.三相基波合成磁动势:三相基波合成磁动势的性质(重点):(1)三相合成磁动势的基波是一个波幅恒定不变的旋转波(2)当电流在时间上经过多少电角度，旋转磁动势在空间上转过同样数值的电角度(3)旋转磁动势基波旋转电角速度等于交流电流角频率；旋转磁动势的转速n1为同步转速(4)旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后的相电流所在的相绕组轴线，因此，哪相电流达到最大值，旋转合成磁动势的幅值就在那相绕组的轴线上(5)合成磁动势的旋转方向取决于三相电流相序。
第4章交流绕组及其电动势和磁动势
波绕组的连接规律：把所有N极下属于同一相的 线圈依次串联起来组成一组，再把S极下属于同一 相的线圈依次串联起来，组成另一组，根据需要将 这两组串联或并联，就构成一相绕组。
3.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。
4.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
例：一台交流电机定子槽数Z=36，极数2p=4，并联支 路数a =2， y1=7，试绘制三相双层叠绕组展开图。
4.1.2异步电机的基本工作原理
1、电生磁：三相对称绕组通
往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。
2、磁生电：旋转磁场切割
转子导体感应电动势和电流。
3、电磁力：转子载流（有功
分量电流）体在磁场作用下受 电磁力作用，形成电磁转矩， 驱动电动机旋转，将电能转化 为机械能。
V2
•
W1
•
n1 •
••nຫໍສະໝຸດ U1•U2Q
36
此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。
相带绕组：每 个相带各占 电角度。
三相双层绕组的槽电动势星形图
(Q 36,2 p 4)
相带
极 槽号 A
ZB X
C
Y
对
第一对极下 （1槽~18槽） 1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 13,14,15 16,17,18
第二对极下 （19槽~36槽）19,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36
第四章交流绕组及其电动势和磁动势详解
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
§2 三相双层绕组
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。
绕阻的线圈数正好等于槽数
a)双层绕组在槽内的分布 b)有效部分和端部 图4-1 双层绕组
二路并联 波绕组的最大并联支路数为2
§3 三相单层绕组
单层绕组每槽只有一个线圈边，所以线圈数等于槽数的一半。这种 绕组下线方便，槽利用率高（无层间绝缘）。分同心式、链式和交 叉式。 3.1同心式绕组 同心式绕组由不同节距的同心线圈组成。 以2极三相24槽电机为例进行说明。
p 1
Q 24
m3
在交流电机中有一以ns转速旋转的旋转磁场，本节讨论旋转磁场在 空间正弦分布时，交流绕组中感应电势的公式。 由于旋转的磁场切割定子绕组，所以在定子绕组中将产生感应电势 首先求出一根导体中的感应电势，然后导出一个线圈的感应电势， 再讨论一个线圈组(极相组)的感应电势，最后推出一相绕组感应
电势的计算公式。
交流绕组内的感应电动势通常为正弦交流电动势，因此可用相量表
示和计算。 当把各槽内导体感应的电势分别用相量表示时，这些相量构成一个
第4章交流绕组及其电动势和磁动势ppt课件
E1'
2
E1''
ns N E1'
E1'' S
y1
EC1
单匝线圈短距时感应电动势相量求和
匝电动势
四、分布绕组的电动势、分布因数和绕组因数
一个极相组由q个嵌放在相邻槽内的线圈串联组成，它们在切
割磁力线时相位依次相差α角， 60o q。每极每相绕组的合成电
动势 Eq1 应为q个线圈的电动势相量的相量和。C
单层有同心式绕组、链式绕组和交叉式绕组
二、交流绕组的构成原则
1、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，数量上以 求获得较大的基波电动势和基波磁动势。
2、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要 平衡。 3、绕组的铜耗要小，用铜量要省。
4、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。
29
12 11
13531634 35 Y
17
18 36
为使合成电动势最大，在第一个N极 下选取相邻的q个槽作为A相带，q个 槽中上层边所在的相邻线圈串联，构 成每极每相线圈组（简称极相组）， 合成电动势最大。相隔1800在第一S个
28 10
1 19
27 9
2 20
B
8
26
7
25
6
24
3 21 5 422 23
600相带绕组.
Z N1（N2）
60O相带绕组
2）120O相带绕组
B
C
3031133124
29
12 11
13531634 35
17
18 36
28 10
1 19
27 9
2 20
交流绕组及其电动势和磁动势
4.44 fNkw11
N 2 pqNc / a
N ：一相绕组的总串联匝数
小结
单个导体电动势E1 整距线圈电动势Ec1 短距线圈电动势Ec1 分布线圈组电动势Eq1 相电动势Eφ1=2pEq1/a 线电动势
2.22 f1
4.44 fN c1
4.44 fN c1k p1 4.44 fqN c1k p1kd1 4.44 fNk w1 1
单匝线圈
多匝线圈
4.2 三相双层绕组
7.线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽数，称为 线圈节距 。
整距y1= ； 短距y1<。
27 28 29
25 26
24 23 N2
22 21 20 19 18
17
y1
30
y1
31
32
S2
16
15
n
S1
14
单匝线圈
33
13
匝数Nc
34
12
35
11
36
N1
10
各个相带的槽号分布：
相带
极对 槽号
A
第一对极下 （1槽~18槽） 1,2,3
第二对极下 （19槽~36槽） 19,20,21
Z
4,5,6 22,23,24
B
7,8,9 25,26,27
X
10,11,12 28,29,30
C
13,14,15 31,32,33
Y
16,17,18 34,35,36
4.2 三相双层绕组
3.导体电动势的有效值
掌握：1.磁通的表示 2. 导体电动势和变压器中电动势的比较
二、整距线圈的电动势
匝电势 单匝线圈电动势的有效值
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
第四章交流绕组
p2
z 36
m3
36 τ 9 22
36 q 3 223
绘制槽电势星形图和相带划分同上，按y=8绘制
各个相带槽号分布 相带 A Z B X C Y 第一 1，2，3 4，5，6 7，8，9 10，11， 13，14， 16，17， 对极 12 15 18 第二 19，20， 22，23， 25，26， 28，29， 31，32， 34，35， 对极 21 24 27 30 33 36
N
1 2 3
S
10 11 12
N
19 20 21
S
28 29 30
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
图4-6 三相双层叠绕组的A绕组的展开图
图4-6 叠绕组展开图
A1
X1
A2
X2
A -1-2-3- -10-11-12-
-19-20-21- -28-29-30-
q 2
K q1 :
基波分布系数
K q1
sin
q sin
2
Eq1 qEC1Kq1 q(4.44 f1K y1NC ) Kq1 4.44(qNC ) f1K N 1
qNC 为q个线圈的总匝数
K N1 Kq1K y1 基波绕组系数
即考虑了短距和分布后整个绕组合成电势所打的折扣。
X
图：A相绕组线圈的连接图（一条串联支路）
A1
1—2—3
X1
10—11—12
A
A2
19—20—21
X2
28—29—30
X
图4-7 A相绕组线圈的连接图（两条并联支路）
按相邻极下电流必须相反的原则，将各极相组连 接起来，构成相绕组，图中实线为上层边，虚线为下 层边。 由于N极下的极相组A与S极下的极相组X的电动 势方向相反，电流方向也相反，应将极相组A和极相组
第4章 交流电机绕组的基本理论
第四章交流电机绕组的基本理论 (169)4.1 交流绕组的基本要求 (169)4.2 三相单层绕组 (171)4.3 三相双层绕组 (173)4.4 在正弦分布磁场下的绕组电动势 (175)4.5 在非正弦分布磁场下电动势中高次谐波及其削弱方法 (179)4.5.1 感应电动势中的高次谐波 (179)4.5.2 削弱谐波电动势的方法 (180)4.6 单相绕组的磁动势 (181)4.6.1 p=1、q=1短距绕组磁动势 (182)4.6.2 p=1分布短距绕组的磁动势 (183)4.6.3 一般情况下的相绕组磁动势 (184)4.7 三相绕组的基波合成磁动势 (185)4.8 圆形和椭圆形旋转磁动势 (191)4.9 谐波磁动势 (192)4.10 交流电机的主磁通、漏磁通 (193)习题 (194)第四章 交流电机绕组的基本理论交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。
这两类电机虽然在励磁方式和运行特性上有很大差别，但它们的定子绕组的结构型式是相同的，定子绕组的感应电动势、磁动势的性质、分析方法也相同。
本章统一起来进行研究。
4.1 交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求是：(1) 绕组产生的电动势(磁动势)接近正弦波。
(2) 三相绕组的基波电动势(磁动势)必须对称。
(3) 在导体数一定时能获得较大的基波电动势(磁动势)。
下面以交流绕组的电动势为例进行说明。
图4.1表示一台交流电机定子槽内导体沿圆周分布情况，定子槽数Z=36，磁极个数2p =4，已励磁的磁极由原动机拖动以转速了n 1逆时针旋转。
这就是一台同步发电机。
试分析为了满足上述三项基本要求，应遵守哪些设计原则?1. 正弦分布的磁场在导体中感应正弦波电动势以图4.1中N 1的中心线为轴线，在N 1磁极下的气隙中磁感应强度分布曲线如图4.2所示。
只要合理设计磁极形状，就可以使得气隙中磁感应强度呈正弦分布，即， 旋转磁极在定子导体(例如13、14、15、16号导体)中的感应电动势为)(θb )(θb θB θb cos )(m =θcos )θ(m c lv B lv b e ==(4.1)式中，l 为导体有效长度，v 为磁极产生的磁场切割导体的线速度。
第4章 交流电机绕组-1
第4章交流电机的绕组
电机及电力拖动基础 P136/3-10a=Y,y2
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第4章交流电机的绕组
电机及电力拖动基础
P136/3-10a=D,y1
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第4章交流电机的绕组
电机及电力拖动基础
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1. 2. 3.
Y,y2 Y,d3 D,y3
第4章交流电机的绕组
电机及电力拖动基础
X
C
Y
第4章交流电机的绕组
电机及电力拖动基础
Z =24=6 极距τ = 2p 4
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C B X X B CY AZ Z
AY
单层绕组(整距 单层绕组 整距) 整距
第4章交流电机的绕组
电机及电力拖动基础
A相绕组展开图 相绕组展开图
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1
3
5
7
9
11 13
15 17
19 21
23
A Z B X C Y A Z B X C Y X A A X
第4章交流电机的绕组
k N1 = k y1 k q1
第四章交流绕组及其感应电势和磁动势.
第四章交流绕组及其电动势和磁动势本章研究交流绕组的连接规律，正弦磁场下交流绕组的感应电动势，通有正弦电流时单相绕组的磁动势，以及通有对称三相电流时的磁动势。
4.1 交流绕组的构成原则和分类1、构成原则（1）合成电动势及合成磁动势的波形要接近于正弦波、幅值要大；（2）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡；（3）绕组的铜耗要小，用铜量要省；（4）绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。
2、分类按相数：单相和三相绕组；按槽内层数：单层和双层；按每极下每相槽数：整数槽和分数槽；按绕法：叠绕组和波绕组。
4.2 三相双层绕组PN 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（双层）。
图4-1 双层绕组a)双层绕组在槽内的布置 b)有效部分和端部主要优点：（1）可以选择最有利的节距（整距或短距），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。
一、槽电动势星形图和相带划分现以一台相数m=3，极数2p=4，槽数Q=36的定子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。
1、概念定子每极每相槽数q： q=Q2pm=362⨯2⨯3=3式中，Q－定子槽数； p－极对数； m－相数。
相邻两槽间电角度α：α=p⨯360Q =2⨯36036 =20此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。
2、槽电动势的星形图如图4-2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。
相带：每极下每相所占的区域(通常用槽数或电角度表示)。
4-2 三相双层绕组的槽电动势以A相位例，由于q 3，故A相共有12个槽A相带： 1、2、3（线圈组A）与19、20、21 (A) 12X相带：10、11、12（X）与28、29、30（X） 12将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。
第四章 交流电机绕组的基本理论
式中:a为并联支路数
若已知定子槽数为 ，Q 每1 槽导体数为Z，则电机总导体数
为 ZQ，1 电机总匝数为
1 2 ZQ1
每相全部线圈串联匝数为
1 m
1 2
Q1Z
每相支路串联匝数
N
1 2ma
Q1Z
线电动势星接时 EL1 3E1
角接时
EL1 E1
4.5 感应电动势中的高次谐波 在同步电机气隙中磁极磁场沿电枢表面的分布一般呈平顶波 形。利用傅立叶级数可将其分解为基波和一系列谐波，因为磁场 波形相对于磁极中心线左右对称，所以谐波磁场中无偶次谐波， 故γ=3，5，7，9，11…… 一. 高次谐波电动势 1. 谐波电动势 (1) 谐波磁场的极对数：pγ =γp p——基波磁场的极对数 (2) 谐波磁场的极距：τγ =τ/γ τ——基波磁场的极距 (3) 谐波磁场的槽距角：dγ =γd (4) 谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（同步转速） (5) 谐波感应电动势的频率：fv= pv* nv /60 = vp ns /60=vf1 (6) 谐波感应电动势的节距数系数 kpv (7)谐波感应电动势的分布系数 kdv (8) 谐波感应电动势的绕组系数kwv= kpv kdv
(9) 谐波电动势（相值）
EΦv= 4.44 fvNkwvΦv 2. 齿谐波电动势
⑴ 齿谐波——谐波次数v与一对极下的齿数Q1 /q具有特定关系的 谐波,即v = Q1 / q ±1=2mq±1的谐波 ⑵ 齿谐波的特点
kwv（V = 2mq±1）= kW1 3. 谐波的相电动势和线电动势
EΦ = EL EL中三次及3的倍数次谐波。因为3k次谐波电动势同相位、幅值相 同，所以星接时线电动势为零角接时产生环流，环流产生的压降
第四章交流电机的绕组
第四章 交流电机的绕组、电动势和磁动势交流绕组是按一定规律排列和连接的线圈的总称。
是电机实现机电能量转换的一个主要部件。
交流绕组的种类很多，不同类型的绕组，其构成规则既有不同又有一定的相似性。
本 章主要介绍交流电机绕组，交流绕组的电动势和礠动势等基本知识第一节交流电机的绕组电机的绕组是电机实现机电能量转换的主要部件之一，是电机的电路组成部分。
研究绕 组是研究电机电磁关系、电动势、磁动势的关键。
下面介绍交流绕组基本概念。
一、交流绕组基本知识 （一）交流绕组的构成原则在制造线圈，构成绕组时，对交流绕组提出如下原则： 1、 在一定导体数下，获得较大的电势和磁势。
2、 对于三相绕组，各相电势和磁势要对称，各相阻抗要平衡。
3、 绕组的合成电势和磁势在波形上力求接近正弦波。
4、 用铜量要少，绝缘性能和机械强度高，散热好。
制造检修方便。
一个电机的绕组首先由绝缘漆包线经绕线机绕制成单匝或多匝线圈； 再由若干个线圈组成线圈组，各线圈组的电势的大小和相位相同，根据需要，各相线圈可并联或串联，从而构 成一相绕组；三相绕组之间可接成 丫形或△形。
在此构成过程中，需要遵循上述交流绕组的 构成原则。
图4— 1双层迭绕组元件构成 图4 — 2绕组元件示意图线圈是组成绕组的元件，每一嵌放好的绕组元件都有两条切割磁力线的边， 称为有效边。
有效边嵌放在定子铁芯的槽内。
在双层绕组中，一条有效边在上层，另一条在下层，故分别称为上元件边、下元件边，也称为上圈边、下圈边，在槽外用以连接上、下圈边的部分称为 端接。
如图所示。
（二）交流绕组的基本术语1、电角度与机械角度电机圆周在几何上分为 360度，这个角度称为机械角度。
从电磁的观点看，一对极所占 空间为360度，这是电角度；因为若磁场在空间上为正弦分布，则一对NS 极的分布范围刚 好是一个磁场的分布周期，如图所示。
若导体切割磁场，经过一对 NS 极时，感应产生的电势的变化也是一个周期，即 360度。
第4章-交流电机绕组的基本理论
交流旋转电机可以分为同步电机和异步电机两类。同 步电机和感应电机虽然励磁方式和运行特性有很大的差 别，但电机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理 却基本上是相同的，存在共性的问题，本章所要论述的 是：交流电机绕组的连接规律、正弦分布磁场下绕组的 电动势、非正弦分布磁场下的谐波电动势及其抑制和通 有正弦电流时绕组产生的磁动势。这些问题为后文研究 感应电机和同步电机的运行性能提供基础。
2006年3月20日星期一
武汉大学电气工程学院应黎明
τ
τ
τ
y1
y1
y1
y1 =τ 整距线圈
y1 <τ 短距线圈
y1 >τ 长距线圈
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2. 单层绕组： 三相交流绕组由于每槽中只包含一个 线圈边，所以其线圈数为槽数的一半。三相单层绕 组比较适合于10KW以下的小型交流异步电机中， 很少在大、中型电机中采用。
叠绕组 波绕组
{单相绕组
按相数分 两相绕组
三相绕组
多相绕组
{ 每极每相槽数 整数槽 分数槽绕组
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4.1.3 相关绕组概念的介绍
1. 极对数：指 电机主磁极 的对数，通 常用p表示。
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2. 机械角度： 一个圆周真 正的空间角 度为机械角 度360°
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每极磁通为：1 Bav l Bav
Ec1
Ec1m 2
Bm1lv 2
2 fBm1l
2
Bm1
交流绕组
第四章交流绕组及其电动势和磁动势交流电机简介：1、交流电机分类：同步电机和感应电机。
2、共同点：交流电机定子所发生的电磁过程以及机电能量转换的机理和条件。
3、不同点：转子结构、工作原理、励磁方式、性能等。
本章研究内容：1、交流绕组的连接规律；2、正弦磁场下交流绕组的感应电动势；3、感应电动势中的高次谐波；4、通有正弦电流时单相绕组的磁动势；5、同有对称三相电流时三相绕组的磁动势；6、不对称或非正弦电流下三相绕组的磁动势。
4．1 交流绕组的构成原则和分类一、交流绕组的构成原则1、针对波形，绕组的合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦波，在一定导体数下，力求获得较大的基波电动势和基波磁动势；2、对三相绕组来说，各相的电动势和磁动势要对称，各相电阻、电抗要平衡；3、绕组的铜耗要小，用铜量要省；4、绝缘可靠、机械强度好、散热条件好、便于制造和检修。
二、交流绕组的分类分类原则：相数单相和多相绕组绕组层数单层和双层绕组每极每相槽数整数槽和分数槽绕组绕法来分类。
链式、交叉式和同心式绕组波绕组和叠绕组4．2 三相双层绕组如图4－1所示。
双层绕组的线圈数正好等于定子槽数．．．．．．．．．．．．．．．．。
主要优点为：1、能够灵活选择节距，同时采用分布绕组，可以改善电动势和磁动势的波形；2、所有线圈具有同样的尺寸，便于制造；3一、槽电动势星形图和相带划分槽电势星形图：指当把电枢上各槽内的导体按正弦规律变化的电势分布用相量表示时，这些矢量构成的一个辐射星形图。
以一台三相四极36槽的定子为例说明槽电势星形图和以及如何划分相带。
极数2p ＝4，槽数Q ＝36，相数m ＝3，故定子的每极每相槽数为：334362=⨯==pmQ q电角度为：20363602360=⨯=⨯Qp ＝α此α角就表示相邻槽内导体感应电动势的相位差。
可以画出如图4－2所示的36个槽内导体感应电动势的相量图，其中2号槽内导体的电动势相量滞后于1号槽内导体的电动势相量（简称1号槽的槽相量）20°电角度，3号槽的槽相量滞后于1号槽的槽相量20°电角度，依此类推直到18号槽，经过了一对极，在电势相量图上转了一圈。
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串联与并联，电势相加原则。
注：为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵 消，串联时应将线圈组和线圈组反向串联，即 首－首相连把尾端引出，或尾－尾相连把首端 引出。
四、三相双层绕组
四、三相双层绕组
A1 A —1-2— X1 —7-8— A2 X2
X
—13-14— —19-20—
图：A相绕组线圈的连接图（一条并联支路a=1）
绕组的分类
按相数 ：单相和多相绕组； 按槽内层数：单层和双层； 按每极每相槽数：整数槽和分数槽； 按绕法：叠绕组和波绕组。
一、交流绕组的基本概念
单层绕组 交流绕组 双层叠绕组 双层绕组 双层波绕组 等元件式整距叠绕组 同心式绕组 链式绕组 交叉链式绕组
二、划分相带
1、交流绕组的构成原则
四、三相双层绕组
举例：Z=24，2p=4，整距，m=3 1、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1200电角度。
四、三相双层绕组
四、三相双层绕组
2、连线圈和线圈组
四、三相双层绕组
3、连一相绕组： 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组， 并标记首尾端。
•以Z=24，p=2的三相交流单层绕组为例：
一、交流绕组的基本概念
5、线圈及节距
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。 线圈的直线部分称为有效 边，分别放置于两个铁芯 槽内，两个有效边之间的 连接部分称为端部。如图。 y1 － 节距
一、交流绕组的基本概念
第4章 交流绕组
交流绕组的基本知识 交流绕组的电动势 交流绕组的磁动势
本章知识要点
本章介绍交流电机的共同问题。
三相交流绕组的结构； 三相交流绕组产生的感应电动势分析； 三相交流绕组产生的磁动势分析。
4.1 交流绕组的基本知识
同步发电机的定子
异步电动机的定子
4.1 交流绕组的基本知识
同步电机示意图
④分相：采用60°相带；
⑤画展开图；
⑥端线连接。
4.2 交流绕组的电动势
旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机
电角度 =p×机械角度
式中：p － 极对数
一、交流绕组的基本概念
2、极距τ
平均一个磁极所占的定子 铁芯槽数称为极距。
Z 2p
式中：Z － 定子槽数
一、交流绕组的基本概念
3、槽距角α（电角度）
p 3600 Z
4、每极每相槽数 q
Z q 2 pm
式中： m － 相数
一、交流绕组的基本概念
A1 —1-2— A A2 —13-14—
X1 —7-8— X2 —19-20— X
图：A相绕组线圈的连接图（两条并联支路a=2）
四、三相双层绕组
4、按照同样的方法构造其他两相。
5、将三个构造好的单相绕组连成完整的三 相绕组
四、三相双层绕组
展开图绘制方法：
①计算极距τ ；
②计算槽距角α；
③计算每极每相槽数q；
一、交流绕组的基本概念
线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。
一、交流绕组的基本概念
•以Z=24，p=2的三相交流绕组为例：
整距：y1 =τ； 短距：y1 <τ； 长距：y1 >τ。
一、交流绕组的基本概念
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。
一、交流绕组的基本概念
异步电机示意图
一、交流绕组的基本概念
1、电角度
电机定子内圆一周的几何 空间角度恒为360°, 称为 空间机械角度。 从电磁角度看，当定子上 的导体掠过一对磁极时， 其感应出的基波电动势变 化一个周期，即360°电 角度，也就是说一对磁极 占有360°的空间电角度。
一、交流绕组的基本概念
空间电角度与空间机械角 度的关系为
三、三相单层绕组
各相带槽号分配表
相带 第一对极区 槽号 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 A1 Z1 B1 X1 C1 Y1
相带 第二对极区
A2
Z2
B2
X2
C2
Y2
槽号 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24
三、三相单层绕组
分极分相:
三、三相单层绕组
2、连线圈和线圈组：
三、三相单层绕组
3、 连 一 相 绕 组：
三、三相单层绕组
4、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。
三、三相单层绕组
△接法或者Y接法：
三、三相单层绕组
等元件式整距叠绕组
三、三相单层绕组
同心式绕组
三、三相单层绕组
链式绕组
三、三相单层绕组
交叉链式绕组
单层绕组主要用于10kW以下的小型异步电动机。
以Z=6，p=1的三相交流单层绕组为例：
4.1.2 交流绕组的构成原则
以Z=36，p=2的三相交流单层绕组为例：
4.1.2 交流绕组的构成原则
120 °相带槽电势展开图
60 °相带槽电势展开图
二、划分相带
对于三相绕组，每相绕组在每个磁极下所占 有60°电角度，即60°相带。 每对磁极360°电角度可分为6个相带。 三相对称绕组在一对磁极中相带就按A— Z—B—X—C—Y的分布规律排列。
四、三相双层绕组
10kW以上的三相交流电机，其定子绕组大 多采用双层绕组。线圈一般采用成型线圈。 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。
采用60°相带可获得较大的基波电动势。
三、三相单层绕组
单层绕组每槽只放一个线、分极分相： ①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。
②将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在 空间错开1200电角度。
①三相绕组对称，即各相绕组结构完全相同， 在空间互差 120°电角度，以获得对称的三 相电动势和三相磁动势。 ②在一定的导体数下，获得较大的基波电动势 和基波磁动势。 ③绕组合成的电动势和磁动势的波形力求接近 正弦波。 ④用铜量少，散热条件好，制造工艺简单，便 于安装检修。
二、划分相带
每相绕组在每个磁极下所连续占有的电角度 qα称为绕组的相带。