第6章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲学分：4.5 总学时：81理论学时；72 实验学时：9面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：郗忠梅 大纲审定人：李有安一、说明1、课程的性质和目的《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。
本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节。
通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。
2、课程教学的基本要求理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。
实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。
3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。
为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。
二、教学大纲内容（1） 课程理论教学第一章 绪论 （2学时）第一节 教材内容与课程性质第2节 本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？第二章 电力拖动系统动力学（2学时）第一节 电力拖动系统转动方程式第2节 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。
本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
电机与拖动基础试题库及答案汇总
《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（E a〈U；E a〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
第六篇 电动势及磁通势
• 三相共六个旋转磁势： 三相共六个旋转磁势： 六个旋转磁势
1 1 π π f A1 = F 1 cos(ωt − x) + F 1 cos(ωt + x) φ φ 2 2 τ τ 1 1 π π fB1 = F 1 cos(ωt − x) + F 1 cos(ωt + x −240°) φ φ 2 2 τ τ 1 π 1 π fC1 = F 1 cos(ωt − x) + F 1 cos(ωt + x −120°) φ φ 2 τ 2 τ 2012-1-4
2012-1-4
2
一 交流绕组
三相对称绕组： 三相对称绕组： 对三相电机来说， 对三相电机来说，为了保持电 气上的对称， 气上的对称，每相绕组所占槽数应 该相等、且均匀分布， 该相等、且均匀分布，空间互差 1200电角度，各相绕组参数一样。 电角度，各相绕组参数一样。 作用： 作用： * 通入电流 磁场（电动机） 通入电流→磁场 电动机） 磁场（ * 磁场与定子绕组切割 电势 电 磁场与定子绕组切割→电势 电势→电 发电机） 流（发电机）
2012-1-4 4
交流绕组的基本术语 空间电角度与机械角度 机械角度:电机圆周在几何上分 机械角度 电机圆周在几何上分 成360° ° 空间电角度:电机里一对主磁极 空间电角度 电机里一对主磁极 表面所占的空间距离为360°。 表面所占的空间距离为 ° 有： 电角度＝ × 电角度＝p×机械角度 元件： 元件：构成绕组的线圈为绕组的 元件（单匝和多匝） 元件（单匝和多匝）
2012-1-4 5
交流绕组的基本述语 线圈：为单匝或多匝串联， 线圈：为单匝或多匝串联，每个 线圈一个首端、 线圈一个首端、一个末端两个引 出线 相带： 相带：每极面下每相绕组所占范 围（60度） 度 Z • 每极每相槽数： q = 每极每相槽数：
8交流电机电枢绕组的电动势和磁动势
电机与拖动
2、线圈中的感应电势 ：
（1）整距线匝中 的感应电势（线匝 首尾两端相距一个 整极矩） 两导体感应电动势 分别为Ea1和Ea2
线匝基波电动势向量ET
E T E a1 E a 2
整矩线匝基波电 E 2 E 2 2 . 22 f 4 . 44 f A 动势（有效值） T
E AB 3 E A 3 E B 3 0 三相采用△接法：
三次谐波感应电动势会在绕组回路中产生三次 谐波环流，整个闭合绕组三次谐波感应电动势恰好 与环流在三次谐波阻抗上产生压降相等，因此线电 压中也没有三次谐波分量。
同理：适合于3k次谐波
思考题：三相交流发电机定子绕组一般接成什 么形式？
E 4 . 44 fqW y k q p 4 . 44 f pqW a 4 . 44 fWk q
W pqW a
y
1 a
y
kq
是一相绕组串连的总匝数
（3） 三 相 双 层 叠 绕 组
电机与拖动
一交流机：Z=24，2P=4，m=3，y1=5,画出 双层叠绕组展开图。
1、画出结构图，标出槽号 B2 21 1817 22 2、标出AZBXCY的位置 Y2 16 Z 23 2 15 24 Z 24 S1 q 2 14 2 pm 223 1 n N N2 A1 1 13A2 2 Z 24 S2 12 6 3 2p 4 Z1 4 11 Y1 56 10 y1=5 B1 7 8 9 C 1 X1 上下 C2
三相交流电机中线电压的三次谐波 三相交流电机三相绕组在空间上互隔120 度空间电角度，他们的基波感应电动势时间 相位互隔120度。三次谐波感应电动势相位互 隔360度；并且三次谐波感应电动势幅值大小 相等。
电机中磁动势与电动势的图文分析
1.交流绕组的磁动势图1图2 图3从图中可以看出三相电流产生的总的磁场是随着转子的旋转而旋转的，设转子开始的位置就是A 相的轴线位置，也就是0α︒=时，此时a F 在轴线+A 轴上，当转子逆时针转动1α角时，a F 也转动1α角，这样最大的磁动势线就对应在1α，1α也就是t ω。
值得注意的是，上面的图是三相电流合成之后的磁动势，而对于每一相电流，他们产生的基波磁动势的表达式是11cos cos cos cos k k k f N I t F t ωαωα==，这个式子可以傅里叶变换为：'''1111111cos()cos()22k k k k k f F t F t f f αωαω=-++=+，可以发现，一个脉振磁动势可以分解为两个极对数和波长与脉振波完全一样，类比上面的合成磁动势，这里的cos()t αω-可以看成是振幅为112k F 的磁动势沿着逆时针转动，也就是转子的转动方向旋转，并且旋转的角速度为d d tdt dtαωω==，也就是说，这个行波是电角速度为ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。
另外，cos()t αω+部分可以看成振幅为112k F 的磁动势沿着顺时针转动，这个行波是电角速度为-ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。
这些都是电枢绕组上的电枢电流所产生的磁动势特征，分别通过对总的电枢磁动势a F 的旋转方向来过渡到单相电流产生的磁动势，由于转子是逆时针方向转动，所以电动势是逆时针转动，导致电枢电流逆时针转动，然后就有了a F 逆时针转动，可以形象的通过上面的图3看出随着α而转动。
1cos()f F αα=-2.图示说明分布、短距绕组的物理意义两槽单线圈磁场空间分布为矩形波，所以含有大量的谐波在里面，那么产生的电动势也就有大量的谐波。
图4 两槽单线圈磁力线分布6槽三相电机磁场空间分布为阶梯波，所以也含有大量的谐波。
第18讲 交流电机电枢绕组产生的磁通势汇总
cos
120
fC1
F1cos t
240cos
240
一、三相电枢绕组产生的磁通势
f A1 fB1
F 1cos tcos
F1cos t 120cos
120
fC1
F1cos
t
240 cos
240
其中，
F1
4
2 Nkdp1 I 2p
利用脉振波分解为两个行波，对上述三相的脉振磁通势分解为：
f A1
一、三相电枢绕组产生的磁通势
S
· S
A·
X
X
A
· · ·
N
· N
N
S
N
·
·
·
S
·
·
A1
·
A2
· A1
·
·
·
·A2 S
N
S
·
N
一、三相电枢绕组产生的磁通势
一、三相电枢绕组产生的磁通势
为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规 律变化，U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电 流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：
第17讲 三相绕组的磁通势
一、三相绕组产生的磁通势 二、二相绕组产生的磁通势
回顾：单相绕组磁通势
回顾：单相绕组磁通势
一、三相电枢绕组产生的磁通势
1、基波磁通势
如图为简单的三相绕组在定子内表面的空间分布。直角坐 标的放置及坐标原点如图所示。用最简单的绕组说明问题， 也可以理解为三相对称的复杂绕组的简化。
二、两相电枢绕组产生的磁通势
（2）矢量法
画 t 0o瞬间的矢量图。线圈AX的电流为正的最大值时，产
生的正反转基波磁通势 F&A , F&A正好处于+A轴线上。BY线圈的 电流在过90°才能达到最大值，产生正反转基波磁通势
交流电机电枢绕组电动势和磁通势
交流电机电枢绕组电动势和磁通势1.几个基本概念（1）极距相邻两个磁极轴线之间的距离，称为极距，用字母“”表示。
极距的大小可以用长度表示，或用在铁心上线槽数表示，也可以用电角度表示。
由于各磁极是匀称分布的，所以极距在数值上也等于每极所占有的线槽数，但极距与磁极所占有槽的空间位置不同。
以24槽4极电动机为例，每极所占槽数是24/4=6槽，各极中心轴线到与它相邻的磁极中心轴线的距离，也就是极距，明显也是6糟。
一般地说，总槽数为Z1.有2P个磁极的电动机，其极距为=Z1/2P（2）电角度与槽距角α一个圆周的机械角度是360°，在讨论电动机问题时，把这种定义的角度称为空间机械角度，用θ表示。
假如铁心圆周上分布有一对磁极，那么沿铁心圆周转1周，则经过了空间机械角360°，同时从磁场变化方面来说也完成了一个周期的变化，即N-S-N，或S-N-S，为了更加清楚地描述磁场，我们沿用机械角度变化1周为360°空间机械角的描述，就说磁场变化1周在电空间也变化360°电角度。
这种状况(指有1对磁极状况)下，电角度(用α’表示)和空间机械角度数是相等的，即α’=θ假如是四极电动机，就是定子内圆上匀称分布着两对磁极，沿铁心圆周转动，每经过1对磁极，从电的方面讲就完成了1对磁场周期的变化，也就是转过了360°电角度。
沿铁心圆周转1周，转过的空间机械角仍是360°，但在电的方面完成了2周变化，转过的电角度就是α’=360°×2=720°。
对于有P对磁极的电动机来说，铁心圆周的空间机械角当然还是360°，而对应的电角度则是α’=360°×P需要留意的是，按式求得的电角度α是铁心整个圆周的电角度。
在后面的分析中，更多用到的是“槽间电角度”，即铁心上相邻两槽中心间隔的电角度，它也等于每一个槽子所占据的电角度。
槽间电角度的计算公式为α=360°×P/Z1式中Z1——电动机铁心总槽数。
第6章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
• 绕组采用了短距、分布连接法，基波电动势削 弱得很少，谐波电动势被削弱的很多。
• 由于谐波电动势较小，在后面分析异步电机和 同步电机时不再做考虑。
6.3 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势
• 交流电机绕组产生的磁通势，既是空间函数， 又是时间函数。
C
4
1 2
iN
y
1
sin
2
( 1,3,5, )
f
y
(
,t
)
4
2 2
IN y
cos t
cos
4
2 2
IN y
1 3
cos t
cos 3
4
2 2
IN y
1 5
cos 5
f y1 f y3 f y5
6.3.1 整距线圈的磁通势
• 基波及各次谐波磁通势的特点： 1）基波及各次谐波磁通势的最大幅值
Fy3=Fy1/3， Fy5=Fy1/5 ，
… …
Fy=Fy1/
6.3.1 整距线圈的磁通势
2）基波及各次谐波磁通势的极对数 基波与原矩形波极对数一样多，3次谐波极对数
是基波的3倍， 5次谐波极对数是基波的5倍，
次谐波极对数是基波的倍。
3）基波及各次谐波磁通势随时间的关系 不论基波还是谐波磁通势，它们的幅值都是随时
6.4.1 基波磁通势
• 把一个脉振波分解成两个旋转波：
f A1
1 2
F 1
cos(
t
)
1 2
F 1
cos(
t
)
fB1
1 2
F 1
cos(
t
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
5
凸极同步电机
凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的 基本相同，所不同的只是转子结构。
凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
6
凸极同步电机结构实物图
带阻尼绕组的凸极同步电机转子 水轮发电机定子分段铁心
7
三、 同步电机的励磁方式
21
双反应理论：
当 处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
E Fad ad ad
E Faq aq aq
或
I
分解
I d Fad ad Ead
I q Faq aq Eaq
气隙合成磁场：
B
E E E E ad aq 0
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
34
五、同步发电机稳态参数的计算与测定方法
1. 由空载和零功率因数特性确定定子Xδ,Ifa(Ffa)
由空载与零功率因数特性两特性之间存 在特性三角形的关系，确定Xσ, Ifa (Ffa)
IX σ Ffa
UN
磁路不饱和时， I X σ在线性段： 1）作直线OB； 2）过UN作直线平行于x轴，交零功 率因素曲线于A'，取A'O'=AO 3）过O'作OB的平行线O'B'， 三角形A' B' C'为所求的特性三角形。
交流电机的绕组、磁通势和电动势
绕组的连接方式
01
02
03
04
并联
将两个或多个绕组并联连接， 以增加电机输出电流。
串联
将两个或多个绕组串联连接， 以增加电机输出电压。
星形连接
将绕组的三个末端连接在一起 ，形成一个中性点，通常用于
三相电机。
三角形连接
将三相电机的三个绕组首尾相 接，形成一个闭合回路，通常
用于高压电机。
02 交流电机磁通势
作用。
转矩产生
02
反电动势与电源电动势的相互作用产生转矩，驱动电机旋转。
调速控制
03
通过改变电源电动势的相位和大小，可以调节电机的转速，实
现调速控制。
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基于磁路的分析
通过对电机磁路的建模和分析，可以计算出磁通 势的大小和分布。这种方法需要建立磁路的数学 模型，并进行求解。
实验测量
通过实验测量电机的磁场强度和分布，可以间接 得到磁通势的大小和分布。这种方法需要专业的 测量设备和实验条件。
03 交流电机电动势
电动势的概念
电动势是描述电源将 其他形式的能量转换 为电能的能力的物理 量。
电动势的方向规定为 电源内部电流的方向， 即从负极指向正极。
在电路中，电动势表 示为电压源或电压降 落。
电动势的计算方法
欧姆定律
E=IR，其中E为电动势，I为电流， R为电阻。
基尔霍夫定律
在电路中，电动势的代数和等于零 ，即∑E=0。
叠加原理
在多个电源共同作用的电路中，每 个电源产生的电动势单独作用，然 后求和。
电动势的分类与特性
直流电动势
方向和大小保持不变的电动势 ，如电池提供的电源。
中国矿业大学(北京)电机与拖动教学大纲
课程编号：13118电机与拖动72学时 4.5学分一、课程的性质、目的及任务课程性质：本课程是电气工程及自动化专业、工业自动化等本科专业的专业基础必修课。
主要目的及任务：使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题，为后续专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力。
二、适用专业电气工程及自动化、工业自动化三、先修课程电路、高等数学四、课程的基本要求1. 了解本课程常用的物理概念和定律；2. 了解电力拖动系统动力学；3. 掌握直流电机原理；4. 熟悉直流电动机的运行原理；5. 掌握交流电机原理6. 掌握三相异步电动机的起动、制动与调速。
五、课程的教学内容（一）课堂讲授的教学内容1.绪论；2.电力拖动系统动力学；3.直流电机原理；4 他励直流电动机的运行；5.变压器；6.交流电机电枢绕组的电动势与磁通势；7.异步电动机原理；8.三相异步电动机的起动与制动；9.同步电动机；10.三相交流电动机调速。
（二）实验的教学内容1.安全教育，电机常识；2.直流发电机；3.直流电动机；4.变压器的连接组别；5.异步电动机。
六、学时分配表七、主要参考书1．李发海，王岩.电机与拖动基础 .北京：清华大学出版社；2. 顾绳谷. 电机及拖动基础（上、下册）.北京：机械工业出版社；3. 李发海, 陈汤铭等.电机学（上、下册）.北京: 科学出版社。
八、评价方式平时考核与期末考核相结合。
制定者：张丽讲师审定者：王聪教授批准者：钱旭教授。
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
电机与拖动基础习题1（第3-6章）第三章：直流电机原理一、简答题：1、换向器在直流电机中起什么作用在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。
在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。
2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一部分直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。
磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。
4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空载运行时的转向通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。
改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电枢铜损耗随负载变化吗直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。
铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。
这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。
当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。
它与负载的变化几乎没有关系。
电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。
电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
6、他励直流电动机的电磁功率指什么在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。
交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
Eq1 Ey1
2
sin
qEy1
2
sin
qEy1kq1
2
2
sin q
kq1
q
2
sin
2
--绕组的分布因数
二、线圈组的感应电动势
Eq1 qE k y1 q1
Ey( y ) 4.44 f1N yk y11
一个线圈组电动势的有效值为：
Eq( y ) 4.44 f1qN ykq1ky11 4.44 f1(qN y )k11
设短距线圈的节距缩短的角度为 y1 ：
1
t
t N y B1mLr sintd (t) N y B1mLr
cost t t
N yB1mLr cos t cost
1
Ny
B1m Lr
6.2 交流电机电枢绕组
分类：
（1）按相数: 分为单相、两相、三相及多相绕组。
（2）按槽内层数: 分为单层和双层绕组。 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。
（3）按每极每相槽数: 分为整数槽和分数槽绕组。
6.2 交流电机电枢绕组
6.2 交流电机电枢绕组
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 Q 36 2 p 360 0 3 360 0 300
2 pm 2 3 3
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
电机与拖动基础(第2版)(复习题解答)
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲学分：4.5 总学时：81理论学时；72 实验学时：9面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：郗忠梅大纲审定人：李有安一、说明1、课程的性质和目的《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。
本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节。
通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。
2、课程教学的基本要求理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。
实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。
3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。
为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。
二、教学大纲内容（一）课程理论教学第一章绪论（2学时）第一节教材内容与课程性质第二节本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？第二章电力拖动系统动力学（2学时）第一节电力拖动系统转动方程式第二节负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。
本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
-大二（下）电机与电力拖动期末复习题
第一部分直流电机一、填空题：1．当端电压U小于电枢电势Ea直流电机运行于状态。
2．可用电枢电压U与电枢中感应电动势E的大小关系来判断直流电机的运行状态，当时为电动机状态，当时为发电机状态。
3．直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向。
4．直流电机的电磁转矩是由和共同作用产生的。
5．直流发电机中，电枢绕组中的感应电动势是的，电刷间的感应电动势是的。
6．在直流电动机中，电枢绕组的受力方向与运动方向，是拖动性质的转矩。
7．直流电机的励磁方式有，，，。
8、一台并励直流发电机，正转时能自励，反转时自励；二、判断题1．并励直流发电机正转时如能自励，如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，则电机不能自励。
( )2．一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）3．一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）4．一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（）三、选择题1．直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2．直流电机的电枢电势的大小等于（）。
A、绕组一条支路中各导体的感应电动势之和；B、S极下所有导体的感应电动势之和；C、N极下所有导体的感应电动势之和；D、电枢表面所有导体的感应电动势之和。
3.直流电动机的电刷的功用是( )。
A清除污垢 B. 引入直流电压、电流C.引出直流电压、电流D. 引出交流电压四、简答题1.什么是电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？公式中aTICTΦ=的应是什么磁通？Φ2、、并励直流发电机的自励条件是什么？五、计算题1．一台直流电动机的额定数据为：额定功率P N=17Kw，额定电压U N=220V，额定转速n N=1500r/min, 额定效率ηN=0.83。
求它的额定电流及额定负载时的输入功率。
2．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=220V，额定电枢电流I aN=75A，额定转速n N=1000r/min，电枢回路电阻R a=0.26Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=91Ω，额定负载时电枢铁损耗P Fe=600W，机械损耗P m=1989W。
交流绕组的电动势和磁动势习题及解答
第三篇 交流绕组的电动势和磁动势一、 填空题：1. 已知一台三相交流电机，Q =36，2p =4，采用双层短距叠绕组，y 1=5/6τ，则绕组的每极每相槽数q =__________，槽距角α=__________，基波节距因数k p 1=__________，基波分布因数k d 1=__________，绕组基波因数k dp 1=__________。
已知三相交流电机，Q =54，2p =6，绕组为三相双层叠绕组，其q =__________槽，τ=_______槽，若y 1=7/9τ，则k p 1=__________，k d 1=__________，k dp 1=__________。
3；20︒；0.9659；0.9659；0.933 3；9；0.9397；0.9659；0.9082. 单相绕组通以正弦电流产生 磁动势，其基波磁动势最大幅值为F φ1= ，波幅位于 。
脉振；119.0dp k pIN ；（该相）绕组的轴线上 3. 单层分布绕组每相有__________个线圈组，每个线圈组由__________个线圈串联而成，最大并联支路数a max =__________，每相串联匝数N 1=__________。
双层分布绕组每相有__________个线圈组，每个线圈组由__________个线圈串联而成，最大并联支路数a max =__________，每相串联匝数N 1=__________。
p ； q ；p ；1kpqN N a =2p ； q ；2p ；12kpqN N a=4. 一个整距线圈的两个有效边，在空间相距的电角度为_______，若电机的极对数为p ，则在空间相距的机械角度为_______。
180︒；180p︒5. 一个在空间作余弦分布的脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势，两个磁动势的幅值为原脉振磁动势最大振幅的_________，转速相等，均为n 1=_________，转向_________。
电机与拖动基础答案(第四版)6-12章
图 6.1 6.4 交流电机电枢绕组的导体感应电动势有效值的大小与什么有关？与导体 在某瞬间的相对位置有无关系？ 答 根据一根导体基波电动势有效值的计算公式 Φ 可以知道， 它与交流频率 及气隙每极基波磁通量 Φ 的大小成正比，与导体在某瞬 间的相对位置无关。 6.5 六极交流电机电枢绕组有 54 槽，一个线圈的两个边分别在第 1 槽和第 8 槽， 这两个边的电动势相位相差多少？两个相邻的线圈的电动势相位相差多少？画 出基波电动势相量图，并在相量图上计算合成电动势，从而算出绕组短距系数 和分布系数。 答 电机的槽距角为 α 空间电角 度。一个线圈的两个边分别放在第 1 槽和第 8 槽，相距 7 个槽，节距 α 空间电角度)，因此，这两个边的电动势相
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
大
(5)
最大幅值为 F 的两极脉振磁通势，空间正弦分布，每秒钟脉振 50 次。可
以把该磁通势看成由两个旋转磁通势 和 的合成磁通势：旋转磁 通势幅值 和 的大小为，转向，转速为 极数为，每个瞬间 与 的位置相距脉振磁通势 F·的距离（电角度）. (6) 三相对称绕组通入电流为 ω ω ω 。合成磁通势的性质是, 转向是从 绕组轴线转向转向。若 f=ω π 电机是六极的，磁通势转速 为 。当 ω 瞬间，磁通势最大幅值在轴线处。 (7) 某交流电机电枢只有两相对称绕组，通入两相电流。若两相电流大小相等， 相位差 电机中产生的磁通势性质是。若两相电流大小相等，相位差 磁通势性质是。若两相电流大小不等，相位差 磁通势性质 为。在两相电流相位相同的条件下，不论各自电流大小如何，磁通势的性质为. (8) 某交流电机两相电枢绕组是对称的，极数为 2。通入的电流 领 ，合成磁通势的转向便是先经绕组轴线转 电角度后到绕 先 组轴线,转速表达式为 (9) 某三相交流电机电枢通上三相交流电后，磁通势顺时针旋转，对调其中的 两根引出线后，再接到电源上，磁通势为时针转向，转速变。 (10) 某两相绕组通入两相电流后磁通势顺时针旋转，对调其中一相的两引出线 再接电源，磁通势为时针旋转，转速变。 答 (1) 9.66; π 脉振； 两极，50 次； 12F，相反，3000, 2，相等； 旋转磁通势， 、C、 相绕组； 圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，脉振磁通势；
第6章 交流电机电枢绕组电动势与磁通势
Et1( y1 ) Et1( y1 )
y1 sin 2
很明显，不管第一节距大于极距还是小于极距，短距系数 总是小于1。由于线圈内的各匝电动势相同，所以当线圈有 Nc匝时，其整个线圈的电动势为：
Ey1 Nc Et1 4.44Nc k y1 f1
三、线圈组电动势和分布系数：
设同步电机的转子磁极磁场的磁通密度沿电机气隙按正弦规律分布， 则当电机转子逆时针旋转时，均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力 线，感应出电动势。由于各槽导体在空间电角度上彼此相差一个槽距 角α，因此导体切割磁场有先有后，各槽导体感应电动势彼此之间存 在着相位差，其大小等于槽距角α。
槽电动势星形图的一个圆周的距离使用电角度360°。所以，1—12 号相量和13—24重合。 一般来说,当用相量表示各槽的导体的感应电动势时,由于一对磁极下 有Z/P个槽,因此一对磁极下的Z/P个槽电动势相量均匀分布在360°的 范围内,构成一个电动势星形图.
展开
由磁通势波形图可知，整距线圈的磁通势在空间中的分 布为一矩形波，其幅值为Ncic/2。当线圈中的电流随时间按 正弦规律变化时，矩形波的幅值也随时间按照正弦规律变化。
由此看来，这个磁通势既和空间位置有关，又和时间 有关。我们把这种空间位置不变，而幅值随时间变化的磁 通势叫做脉振磁通势。
若线圈流过的电流为：
叠绕式：任何两个相邻的线圈都是后一个“紧叠” 在 另一个上面，故称为叠绕组。 双层叠绕组的主要优点在于： 1）可以灵活地选择线圈节距来改善电动势和磁通 势波形； 2）各线圈节距、形状相同，便于制造； 3）可以得到较多的并联支路数； 4）可采用短距线圈以节约端部用铜。
主要缺点在于： 1）嵌线较困难，特别是一台电机的最后几个线圈； 2）线圈组间连线较多，极数多时耗铜量较大。一 般10KW以上的中、小型同步电机和异步电机 及大型同步电机的定子绕组采用双层叠绕组。下 面我们通过具体例子来说明叠绕组的绕制方法。
电机与拖动考试试题及答案
《电机与拖动》试题库第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______；_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻）2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态.（E a〈U；E a>U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流,绕组常采用_______绕组。
（叠绕组;波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
(相反;相同）5、单迭和单波绕组,极对数均为p时，并联支路数分别是_______,_______。
（2p；2)6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量;电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______,当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用)二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励,若反转也能自励。
( )（F)2、一台直流发电机，若把电枢固定,而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T)3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
(F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的,因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高.( ）（F)三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）(1)电枢绕组；(2）励磁绕组;（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是( ）（3）（1）去磁;（2）助磁；(3)不去磁也不助磁。
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同步电机的基本工作原理
pn1 f 60
极对数p一定时，定子导体感应电动 势的频率f 与转子转速n1有严格的关 系，称为同步关系。转子转速n1称 为同步转速。 这种电机称为同步电机。
同步电机的工作原理
同步电机与异步电机的根本区别是旋转的转子通入直流电流励磁 直流电流 If ea
N
励磁磁场Bf
结论： 由于交流绕组采用了短距和分布绕组, 线圈组 的有效匝数减少，由qN y 减少为 qN y k w1 匝，故基波电 势有所降低。
次谐波：
Eq 4.44 f (qN y )k y kq 4.44 f (qN y )kw
绕组系数： k k k w y q
绕组
二、有关交流绕组的基本概念、名词
1、极距 两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距 离。若定子的槽数为Z，磁极对数为p，则极距： 2、线圈节距 y
Z = 2p
一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线 圈的节距。 y :整距绕组
y :长距绕组 y :短距绕组
元件(线圈)
次谐波： E y ( y ) 4.44 f1 N y , ( 3,5, 7,)
2、短距线圈的电动势
有效值的表达式： E y1( y ) 4.44 f1 N y k y11 基波短距系数：k y sin
1
2
sin
y1
90
次谐波： E y ( y ) 4.44 f N y k y , ( 3,5, 7,)
链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
2.单层交叉式绕组
单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种 线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节 距均相同，各线圈组的端部互相交叉。
交叉式绕组由 两大一小线圈交叉 布置。线圈端部连 线较短，有利于节 省材料，并且省铜。 广泛用于q>1的且为 奇数的小型三相异 步电动机。
n n1 (同步电机)
同步补偿机运行
• 电机不带任何机械负载，靠调节转 子中的励磁电流向电网发出所需的 感性或者容性无功功率，以达到改 善电网功率因数或者调节电网电压 的目的。
异步电机的工作原理
• 笼型异步电 机
n1
N
气隙
f
n
A
转子 定子
B S
f
(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。
3.改善电动势波形的方法:
(1)改善主磁极磁场的分布
(2)改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势
*采用短距绕组来削弱高次谐波
让k y 0尽可能小. 1 采用y 时 , k y 0 , E p 0
*采用分布绕组来削弱高次谐波
让kq 0尽可能小.
4 y 时 , k y 5 0 , E p 5 0 5
N
a
qN y
一相绕组的感应电动势：
E1 4.44 f1 NkW 11
五、绕组的感应电势的高次谐波问题
1.谐波的产生： 电机中由于磁路或工艺的原因，气隙磁场磁 密分布不是正弦波，而是平顶波。 2.谐波的危害： 增加电机损耗； 使输电线发生LC谐振； 对通信产生干扰； 对异步电机产生危害转矩。
60
N
转速n1的单位为r/min。
同步电机的基本工作原理 • 同步电动机的基本原理
导体 A
S n1 n1 N
气隙 转子
定子通电形成旋转 磁场，等效为旋转 的磁极。定子绕组磁
S N
势产生的气隙圆形旋 定子 转磁场与转子励磁产 生的磁场有相同的极 对数，磁极相互吸引， 励磁 驱 动 转 子 旋 转 —— 同 绕组 步电动机
分布 系数
Eq1 4.44 f1 (qN y )k y1kq11 4.44 f1 (qN y )kw11
q sin 2 基波分布系数： k q1 q sin 2
基波绕组系数：k w1 k y1 k q1
y 基波短距系数： k y sin sin 90 1 2
电动势和磁动 势波形较差
起动性 能较差
缺点
铁损和噪 声较大
不适宜于大 中型电机
四、三相双层绕组
所谓双层绕组是指沿槽深方向有上、下两 层线圈边的绕组。双层绕组又分为叠绕组和波 绕组。 由于一个线圈有两个圈边，因此对于双层 绕组来说，电机线圈总数等于定子槽数。
四、三相双层绕组
双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边， 线圈的每一个有效边放在某一槽的上层，另一个有 效边则放置在相隔为y 的另一槽的下层。
第6章 交流绕组的磁动势
磁动势是电机内部能量转换的关键 问题。 交流电机的磁动势有
Z 2p m
5、槽距角 a
相邻两个槽之间的电角度：
P 3600 1800 = Z mq
6、相带 每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕 组在每个极面下所占的范围，用电角度表示称为相 带。
7.槽电势星形图 将所有槽内的导体电势相量依次画出来，便 获得槽电势星形图。
2p 交流绕组的槽电势星形( Z 1 24 ，
极距
ห้องสมุดไป่ตู้
mq 3 3 9
y
y1
7 9
槽距角 基波分布系数
p
ky1
sin q q sin
360° 360° 7 20° Z1 126 20°
2 2 sin 3 2 0.9598 20° 3 sin 2
基波短距系数
ky1 sin y
7 sin 90° 0.9397 2 9
q sin 分布系数： k 2 q q sin 2
短距系数：
k y sin 2
四、一相绕组的感应电动势
对单层绕组而言，每个相绕组有p个线圈组，并 联支路数为a，每个线圈的匝数为Ny，则每个相绕 组串联匝数为 p N qN y a
对双层绕组而言，每个相绕组有2p个线圈组，每 个相绕组串联匝数为 2p
双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
一般而言，对于双层绕组有以下关系成立：
绕组最大并联支路数 = 极数 = 线圈组数
三相双层叠绕组具有如下特点： 1. 线圈总数 = 定子槽数 = Z；假设每个线圈有 个线匝，线匝总数 = ZN C ； 2. 每相线圈组数 = 2 p ； 3. 并联支路数 a 最小为1，最大为2 p ； 4. 每相绕组每条支路串联匝数。 2 pqNC
(3)采用Ｙ、 奇次谐波
接线消除线电动势中的三及其倍数的
【例】 一台频率为50Hz、14极的三相异步电动机，每极每相槽数为 3，绕组的节距y1=7，每个绕组的匝数为1匝，并联支路数为1，在某 一负载条件下，气隙基波每极磁通量Φ1=0.15Wb，求此时每相绕组 的基波电动势。 Z1 2 pmq 14 3 3 126 解：定子槽子数
4)
三相单层分布绕组及其电动势
为充分利用空间，沿圆周均布多根导体。
• 电动势尽可能大 • 三相对称
（定子槽数Q＝24）
三相单层分布绕组
• 电动势星形相量 槽距角 —— p 360 Q 相 邻 两 个 槽 图
之 间 相 距 的 2 360 30 空 间 电 角 度 。 24
气隙 定子
导体切割磁感应线，产 生感应电动势
e b lv
用右手定则判断；图中所 示时刻电动势的方向为出 纸面。
励磁 绕组
转子转过一周，定子导 体感应电动势正负交变 一个周期。带上负载则 可以输出电能。
同步电机的基本工作原理
p
气隙 转子
导体 A
N
S
S
定子
对于p对极的电 机而言，转子每 转过一周，定子 导体感应电动势 正负交变p个周 期。 f pn1
基波绕组系数
kN1 ky1kq1 0.9397 0.9598 0.9019
E 1 4.44 f1 N11k N 1 (4.44 50 42 0.15 0.9019)V 1261.4(V)
每相绕组的基波电动势
kdp kd kp
E 4.44 fN1kdp Φ
• 交流电机：同步电机和异步电机运行原理 不同。 • 但是两者在定子结构、定子绕组以及绕组 感应电动势和绕组产生磁动势等方面有很 多共同的地方，将这些作为共同问题来一 起进行研究。
1.1 交流电机电枢绕组 一、构成电枢绕组的基本要求
(1)三相绕组对称；
(2)力求获得最大的电动势和磁动势；
(3)绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦； (4)节省用铜量； (5)绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好； (7)工艺简单、便于制造、安装和检修。
Ny
N
a
5.1 交流电机电枢绕组的电动势 一、一根导体的电动势
电动势瞬时值: e Blv 电动势频率: f pn
60
电动势有效值: E 2.22 fΦ 1 1
A Y Z
C X
B
二、线圈的感应电动势
1、整距线圈的电动势 瞬时值的表达式： ey ( y ) N y1 sin t 有效值的表达式： E y1( y ) 4.44 f1 N y 1
3.单层同心式绕组
同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈 连成同心形状的线圈组构成。
同心式绕组端 部连线较长，适用 于q=4、6、8等偶 数的2极小型三相 异步电动机。