电机设计最佳教程 第4讲上 电机的绕组理论初步
电机制造工艺学第四章 电机绕组的制造工艺
4.1.2 按绕组在电机上的位置分类
按绕组在电机上的位置可分为定子绕组和
转子绕组，按常见的结构形式分类见表
4-1。
表4-1 电机绕组分类
4.1.3 电机绕组按其用途分类
绕组按用途可分为电枢绕组和磁极绕组。电
枢绕组根据结构和制造方法的不同，可分为软绕组 (散嵌绕组)和硬绕组(成型绕组)。
图4-1 多匝成型线圈 a) 用于开口槽 b) 用于半开口槽
式中 A、 m——通过
试验求得的常 数；
T——寿命；
θ ——温度，
℃。 可见，绝缘材 料的寿命与工 作温度是指数 函数关系。
表4-11 电机常用绝缘材料耐热分级
4.3 电机绕组的绝缘结构
4.3.1 交流低压电机绕组的绝缘结构 4.3.2 交流高压电机绕组的绝缘结构 4.3.3 直流电机绕组的绝缘结构
表4-8 聚酯薄膜与聚酰亚胺薄膜的基本性能
4)云母制品。 5)塑料制品。
表4-9 复合材料的基本性能
)绝缘漆。
表4-10 常用浸渍漆的性能
3.绝缘材料的热老化概念和耐热等级
经过几十年来的图4-5 标准绝缘等级的热寿命曲 线长时间研究。初步总结
了如下公式：
图4-5 标准绝缘等级的热寿命曲线
3.绝缘材料的热老化概念和耐热等级
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4
按电压等级分类 按绕组在电机上的位置分类 电机绕组按其用途分类 绕组按工艺的角度分类
4.1.1 按电压等级分类
按电压等级可以分为高压绕组和低 压绕组。在我国，对于交流电机，高压
绕组是指电压等级在3kV及以上的各种 交流定子绕组；其他小型电机的定子绕 组、磁极绕组，以及直流电机的电枢绕 组等，都属于低压绕组。
华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)
360°电角度
2 × 360° 电角度
11
术语2. 槽距角α：相邻两槽之间 的机械角度。
术语 3. 槽距电角 α1 ：相邻两槽 之间的电角度 。
360 α Z
Z为电机槽数
p 360 α1 pα Z
例图中：Z=36
360 360 α 10 Z 36
p 360 2 360 α1 20 Z 36
电机学 Electric Machinery
（第4章 交流电机绕组的基本理论）
交流绕组：交流电机中的绕组 速度等于同步速 同步电机 同步发电机
交流电机
异步电机 速度不等于同步速
同步电动机
异步电动机 异步发电机
同步电机
异步电机
2
异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用作发电机。
3
同步电机：多用作发电机使用，在不调速情况，也用作电动机，可
定义：每相在每个极下所占有的槽 数。 已知总槽数 Z 、极对数 p 和相数 m ， 则 Z
q
2 pm
q>1——分布绕组
整数槽绕组——q为整数 分数槽绕组——q为分数
例图中：Z=36，p=2，m=3
Z 36 q 3 2 pm 2 2 3
14
术语5. 相带 定义：每极每相绕组占有的范围，用电角度表示。 已知总槽数Z、极对数p和相数m，则
A相展开图 a=1
29
3、三相单层绕组特点
特点：
绕组型式不同只不过是线圈构成方式不同、导体连接先后次序不 同，而构成绕组的导体所占的槽号是相同的，都在属两个相差 180°电角度的相带内； 三相单层绕组的节距因数均为1，具有整距绕组性质；
电机设计最佳教程 第4讲下 电机的绕组理论初步
节距系数Kp
长距和短距绕组较之整距绕组都将显著削弱谐波磁场，优化电动机 性能，短距绕组还可节约端部铜线。 较之整距绕组，长距和短距都将使基波合成电动势减小。 节距系数描述非整距相绕组合成电动势减小程度的系数。
绕组系数Kw：分布系数×节距系数 *斜槽系数Ksk
较之直槽，斜槽将降低相绕组电动势，可消除特定次谐波电动势
2、交流电机绕组的排布
每一对极下的槽向量构成一个星形，槽号相位图每一 横行与一个槽向量星形对应。因此，对于p对极电机， 则在槽号相位图上有p个横行，如果为v层绕组，则总 共有vp个横行。 p对极电机qp=Z/6p=N/D,(N/D是没有公约数的整数
• D=1，则每横行格数Q=6qp，因此，每一横行应有6N个小格， 相邻槽号位移D=1个小格； • D不是3或3的倍数时，Q=6N，每一横行应有6N个小格，相邻 槽号位移D个小格； • D为3的倍数时，D’=D/3，则Q=2N，相邻槽号应位移D’个小格 。
下节课预告
电机的参数计算
绕组的电阻计算 绕组的电抗计算 电机参数的非线性
• • 集肤效应对电机参数的影响 饱和对电机参数的影响
3、电机电枢绕组的系数
分布系数Kd =
一相所属全部槽电动势的矢量和
一相所属全部槽电动势的算术和
sin
整数槽绕组基波分布系数Kd=
q 2
q sin
2 q 2
q: 每极每相槽数 α：槽电角度
sin v
整数槽绕组v次谐波分布系数Kdv=
q sin v
2
3、 电机电枢绕组的系数
节距系数Kp =
作业（6选2） 1、编制一个程序实现三相整数槽绕组自动排布。 2、编制一个程序实现三相绕组最优谐波削弱。（ 绕组系数计算程序+最优化算法） 3、给出一台8极9槽永磁同步电机的绕组排布图， 并计算基波和2~20次谐波绕组系数、分布系数、节 距系数。（必选） 4、给出一台6极18槽无刷直流电机的绕组排布图， 并计算基波和2~20次谐波绕组系数、分布系数、节 距系数。 5、参考相关资料，推导分数槽绕组的基波和谐波 绕组系数。 6、某300W风力发电机，槽数为36，极数为10，并 联支路数为1，画出其绕组接线图
《电机学》课件 第四章交流绕组的理论2
～
B
i C 2 I cos( t 2400 )
f A1 F 1 cost cos x f C 1 F 1 cos( t 2400 ) cos(x 2400 )
F 1 2
f 1 f A1 f C 1 F 1 cos( t x )
cos( t x 600 )
1 2
n1 p ? 60
v 2 f
1 2 l
Bm1 l Bm1
1 1 1 Ec1 Bm1 lv= l2 f 2.22f 1 2 2 2 l
2、线圈电动势
线圈电动势矢量：
E E E E e E t1 c1 c2 c1 c1
（4）采用分布绕组
4.6 单相绕组的磁动势
假定： （1）槽内导体集中于槽中心处 （2）线圈中的电流为正弦波 （3）铁心不饱和，即磁动势全部降在气隙上
1、p=1、q=1短距绕组磁动势
正规的双层绕组，60度相带， 整个电机绕组只有6个线圈。
短距线圈节距为y1，每相只有 两个线圈。
A相电流产生的磁动势
j1
e
j22
e
j ( q 1)1
]
q 1 sin 4 2 2 FA1 Fc1 qN c k y1 kq1 I c 1 sin 2
基波磁动势
3、一般情况下的相绕组磁动势
当p〉1时，磁动势波形时p=1时的p次重复，其磁动势基波、谐波 的大小、相位都与p=1 时完全相同。
1.35 F1 NIk N1 p
三相合成磁动势基波的性质
f1 (t , ) f A1 f B1 fC1 F1 cos(t )
（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）当电流变化一个周期的时间用360°表示时，则电流在时间上 经过多少电角度，旋转磁动势在空间上转过相同的电角度 （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 动势转速为同步转速 （4）旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流 所在的相绕组轴线 （5）如果改变电流的相序，则旋转磁动势改变方向
第四章交流电机绕组的基本理论(春)PPT课件
5. 极距τ： D或 Z
2p
2p
6. 线圈节距y： 整距y=τ； 短距y<τ。 一般不用长距。
§4.1 交流绕组的基本要求
四、交流绕组的分类
1. 叠绕组与波绕组 2. 单层绕组与双层绕组 3. 短距、整距、长距绕组
§4.2 单层绕组的构成
一、单层三相绕组（等元件）
§4.2 单层绕组的构成
一、单层三相绕组（同心式）
2. 如何计算高次谐波电动势和总的相电动势: (2)相绕组的谐波电动势:
Ep 4.44fNykkq
k y1
sin
vy
π 2
k Nv k yv • k qv
4.44fNN k
sin q v
k qv
q sin
2 v
2
§4.5 在非正弦分布磁场下电动 势的高次谐波及其削弱方法
一、感应电动势中的高次谐波
§4.6 单相绕组的磁动势
一、p=1，q=1双层短距绕组磁动势
结论： 1. 空间分布波形——矩形波； 2. 磁动势性质——脉动磁动势： 空间位置固定、幅值大小和方向
第四章 交流电机绕组的基本理论
第1节
第2节 第3节 第4节 第5节
第6节
第7节 第8节 第9节 第10节
主要内容
说明
本章为电机学课程重点内容和难点内容之一， 是学习交流电机的基础。 必须理解和掌握相关的基本概念、基本原理和 基本分析方法。
主要内容
了解交流绕组的基本构成方法； 理解和掌握交流绕组电动势的计算 ； 理解和掌握交流绕组磁动势的计算与分析。
§4.5 在非正弦分布磁场下电动 势的高次谐波及其削弱方法
一、感应电动势中的高次谐波
2. 如何计算高次谐波电动势和总的相电动势:
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。
交流电机的绕组、电势和磁势(PPT 57页)
26
单层绕组
单层——每槽中只放置一层元件边，元 件数等于槽数的一半，无需层间绝缘， 结构和嵌线较简单
单层绕组只适用于10kW以下的小型异步 电动机，其极对数通常是p＝l,2,3,4
单层绕组通常有链式、交叉式和同心式 等三种不同排列方式
27
单层绕组
单层绕组：构造方法和步骤 •1、分极分相 •2、连线圈和线圈组 •3、连相绕组 •4、连三相绕组
交流电机的绕组、电势和磁势 （PPT 57页）
2
汽轮发电机结构
300MW水氢冷发电机结构
3
天马行空官方博客：/tmxk_docin ;QQ:1318241189
导体 交流绕组
同步发电机原理结构示意图（截面图） Nhomakorabea三相异步电机结构图
第七章 交流电机的绕组
交流绕组的基本概念
28
单层绕组：构造方法和步骤
• 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。 将每个极的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开
120电角度。 • 2、连线圈和线圈组：
将一对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？）
将一对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？）
19
60°相带绕组
把每对极所对应的定子槽等分为六个等分。依 次称为a、c'、b、a'、c、b'相带，各相绕组放 在各自的相带范围内
天马行空官方博客：/tmxk_docin ;QQ:1318241189
20
每一相绕组都有首端，又有末端，以A相为例，则三相绕组A-X、 B-Y、C-Z、在空间上分布为A-Z-B-X-C-Y共有六部分，即总的 绕组应分为六部分，分属AZBXCY，每一部分在每极下占有的 电角度称为相带，一般用600相带
电机学第四章 交流电机绕组的基本理论
2 pqN 2p Eφ1 = E q 1 = 4 . 44 f ( a a ＝ 4.44 fNk y 1 k q 1 Φ 1
c
) k y1 k q1Φ 1
N=
2 pqN c 为双层交流绕组的串联 匝数。 a
因此，双层和单层交流绕组的感应电动势可统一表示为： 因此，双层和单层交流绕组的感应电动势可统一表示为：
4.2
三相单层绕组
每槽中只放一条线圈边的绕组为单层绕组。 每槽中只放一条线圈边的绕组为单层绕组。 已知一交流电机定子槽数Z＝ ，极数2p=4，并联支路数 例 已知一交流电机定子槽数 ＝24，极数 ， a=1，试绘制三相单层绕组展开图。 ，试绘制三相单层绕组展开图。 解：1、计算绕组参数 、
Z 24 = = 6 ( 槽） τ = 4 2p Z 24 = = 2 (槽 ) q = 2 mp 3× 4 p × 360 α1 = = 30 ° z
二、一对磁极下三相交流绕组的形成 如图所示为一两极 的同步电机的模型。 的同步电机的模型。 转子在原动机的带 动下匀速旋转。 动下匀速旋转。定 子铁芯沿园周均匀 开了六个槽A、 、 开了六个槽 、Z、 B、X、C、Y。如 、 、 、 。 转子磁场在空间按 正弦形分布， 正弦形分布，则导 体中的感应电动势 随时间也按正弦规 律变化， 律变化，则导体电 动势互差60º电角度 电角度。 动势互差 电角度。
导体电动势的相量图如图所示。 导体电动势的相量图如图所示。
.
.
EC
.
EY
.
E CZ − E Z
. . .
.
EC
. . .
E AX
EX
. .
EA
EB
.
EA
− EX
交流电机绕组的基本理论
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4．1交流绕组的基本要求1．电势和磁势波形接近正弦，各谐波分量要小。
2．三相绕组基波电势、基波磁势对称。
3．在导体数一定时，获得较大的基波电势和基波磁势。
4．节省有效材料，绝缘性能好，机械强度高，散热条件好。
5．制造工艺简单，检修方便。
a. 要获得正弦波电动势或磁动势，则根据e=blv, 只要磁场B 在空间按正弦规律分布，则它在交流绕组中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化。
b. 用槽电势星形图保证三相绕组基波电势、基波磁势对称槽电势星形图：把电枢上各槽内导体感应电势用矢量表示，构成的图。
概念：槽距角----相邻两个槽之间的自然（机械）角度，Z360=α槽距电角----用电角度来表示的相邻两个槽之间的角度，Zp 01360=α电角度---是磁场所经历的角度。
c. 用600相带的绕组获得较大的基波电动势相带：（1）360度的星形图圆周分成三等分，每等分占1200，成为120度相带；这种分法简单，但电势相量分散，其相量和较小，获得的电动势较小。
（2）若分成六等分，则称600相带；这种分法同样可以保证电势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。
4．2三相单层绕组特点：线圈数等于二分之一槽数；通常是整距绕组；嵌线方便；无层间绝缘；槽利用率高。
缺点：电势、磁势波形比双层绕组差。
一般用于小型（10kW 以下）的异步电动机。
例题：一台交流电机定子槽数z=36, 极数2p=4,并联支路数a=1，绘制三相单层绕组展开图。
解：步骤 1 绘制槽电势星形图槽距电角Zp 01360=α=200, 槽电势星形图如上图（注意：不是槽星形图，而是槽电势星形图）步骤2 分相、构成线圈每极每相槽数pmZq 2==36/4/3=3；每相在每个极下所占有的槽数。
步骤3 极距pZ 2=τ=36/4=9 ；一个极在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。
节距y 1=τ，整距;一个线圈的两边在定子圆周上所跨的距离，用槽数计。
（完整版）电动机绕组基础知识简介
（完整版）电动机绕组基础知识简介第一章电动机绕组基础知识绕组是电动机进行电磁能量转换与传递，从而实现将电能转化为机械能的关键部件。
绕组是电动机最重要的组成部分，又是电动机最容易出现故障的部分，所以在电动机的修理作业中大多属绕组修理。
在本章中，主要介绍与电动机绕组有关的若干基础知识。
第一节电动机绕组的类别电动机绕组按其结构可有多种类别，今将数种较常用的分类简介于下：一、集中式绕组与分布式绕组1、集中式绕组安装在凸形磁极铁心上的绕组，例如直流电动机定子上的主磁极绕组和换向极绕组，是集中式绕组。
对于三相电动机而言，如果每相绕组在每个磁极下只占有一个槽，在这种情况下，则也是集中式绕组。
2、分布式绕组分散布置于铁心槽内的绕组，例如直流电动机的转子绕组以及三相电动机的定子绕组和转子绕组，都是分布式绕组。
二、短距绕组、整距绕组与长距绕组1、短距绕组绕组的节距小于极距的绕组，叫做短距绕组。
短距绕组广泛应用于直流电动机的转子绕组以及三相交流单速电动机的定子绕组。
2、整距绕组绕组的节距等于极距的绕组，叫做整距绕组，又称全距绕组或满距绕组。
3、长距绕组绕组的节距大于极距的绕组，叫做长距绕组。
除了在三相交流单绕组多速电动机中会有长距绕组以外，一般情况下，不用长距绕组。
三、单层绕组、双层绕组与单双层绕组1、单层绕组在铁心槽内仅嵌一层线圈边的绕组，叫单层绕组。
单层绕组在10千瓦以下的小功率三相电动机中应用较多。
2、双层绕组在铁心槽内嵌有上、下两层线圈边的绕组，叫双层绕组。
双层绕组广泛应用于直流电动机以及功率在10千瓦以上的三相电动机。
3、单双层绕组有少数三相异步电动机，定子铁心的一部分槽中仅嵌入单层线圈边，而在另一部分槽中则嵌有双层线圈边，这种既有单层又有双层的绕组，即单双层绕组。
这种绕组是由双层短距绕组演变而来的。
四、整数槽绕组与分数槽绕组1、整数槽绕组三相电动机绕组中，每极每相槽数为整数的叫整数槽绕组。
2、分数槽绕组三相电动机绕组中，每极每相槽数为分数的叫分数槽绕组。
电机学第4章 交流电机的绕组、电动势和磁动势
第四章交流电机的绕组、电动势和磁动势学习指导学习目标与要求交流电机的绕组，电动势及磁动势（1）三相绕组的构成原则和连接方法。
（2）交流绕组电动势的分析和计算方法。
绕组系数的物理意义及其对改善波形的作用。
（3）交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法。
单相绕组脉振磁动势。
三相绕组合成磁动势的基波。
椭圆形旋转磁动势、圆形旋转磁动势和脉振磁动势三者的区别和相互关系。
谐波旋转磁动势概念。
学习重点1．交流绕组的连接规律和绕组电动势的计算和高次谐波电动势的削弱和消除方法。
2．介绍了单相绕组产生磁动势和三相绕组产生磁动势的性质。
学习难点1．交流绕组的连接规律2．三相绕组产生的旋转磁动势。
现代工农业生产中采用的电机大多数是交流电机。
交流旋转电机可以分为同步电机和异步电机两类。
同步电机按转子结构形成分为凸极同步电机和隐极同步电机。
同步电机主要用作发电机，也有用作电动机和调相机。
异步电机中主要是感应电机，感应电机的转子电流是由定子电流感应产生的，故称之为感应电机。
感应电机运行时，其转速不同于同步转速，故又称为异步电机，习惯上所称的异步电机即为感应电机。
感应电机可分为笼型感应电机、绕线型感应电机和换向器型感应电机，笼型感应电机应用最为普遍；感应电机主要用作电动机，很少作为发电机使用，风力发电机组中有采用感应电机。
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，本篇所要论述的是：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。
4.1 交流电机的工作原理一、同步电机的工作原理以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。
同步电机由定子和转子两部分组成，定、转子之间有气隙，如图4-1所示。
定子上嵌放AX 、BY 、CZ 三相对称绕组。
电机学第四章交流电机绕组基本理论第四讲
F B1
F A1
F1
+B
F A 1 F B 1 F C 1
+C
θ=120°
θ=120°
t 120
F A1
+B θ=120°
+A θ=0°
F B1
F A 1 F B 1 F C 1
F C1
F1
+C
θ=120°
t 240
2 圆形和椭圆形旋转磁动势
圆形旋转磁动势:对称的三相绕组中流过对称的三相电流时，气隙中的合成磁动势是一个 幅值恒定、转速恒定的旋转磁动势，其波幅的轨迹是一个圆，故这种磁动势称为圆形旋 转磁动势，相应的磁场称为圆形旋转磁场。
2 3
)
fC1
Fm1
cos(t
4 3
)
cos(
4 3
)
t /3
fA1 ( ) 0.5Fm1cos
π/3
fB1( ) 0.5Fm1cos( 120 )
fC1( ) Fm1cos( 240 )
1.1.2 矢量图法求合成磁动势基波 ωt=2π/3时，三相的基波合成磁动势
t 2 / 3 fA1( ) 0.5Fm1cos fB1( ) Fm1cos( 120 ) fC1( ) 0.5Fm1cos( 240 )
C相绕 组轴 线
B相绕 组轴 线
1.2三相绕组的基波合成磁动势性质 如何改变旋转磁动势的转向？ 改变电流的相序可以改变旋转磁动势的转向
1.2三相绕组的基波合成磁动势性质 三相绕组合成磁动势基波的特点： 性质：三相对称绕组通入三相对称电流产生的三相合成磁动势基波是一个波幅恒定不变的旋
转磁动势—圆形旋转磁动势
1.1.1 解析法求合成磁动势基波 三角公式积化和差：
电机学第四章交流电机绕组的基本理论
1. 三相交流绕组的结构；
2. 三相交流绕组产生的磁势分析；
3. 三相交流绕组产生的感应电势分析； 是交流电机（感应电机和同步电机）的共同问题
4.1 交流绕组的基本要求
一、基本要求：
电气要求： 1、绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波 ---谐波分量少。 2、三相绕组的基波电动势对称 3、一定导体数下，产生尽可能大的基波电动势
从不过分消除基波和用铜考虑， 应选尽可能接近于整距
• 均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各 相绕组在每个极域内所占的槽数应相等； • 对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆 周空间互相错开120电角度。
•电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加； 线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 • 如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。
（2）、槽电动势的星形图
槽内导体感应电动势的相量图，亦称为槽电动势星形图。
600相带： 如图
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（ ）与19、20、21（ ） ）
X相带：10、11、12 （
） 与28、29、30（
将四个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。
二、相电动势和线电动势大小
交流绕组合成 相电势:
E E E E
2 1 2 3 2 5
E 1 1 (
交流绕组线电势
星形
E 3 E 1
2 l1
) (
2
E 5 E 1
)
2
El E E
2 l5
3 E E
2 1 2 5
三角形
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
第四章交流电机绕组的基本理论
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
例：Z=24，2p=4
=Z/2p
q Z 2 pm
1
p 360 0 Z
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
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。
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
（称60º相带）。A、B、C
三相带中心线依此互差
120º ，X相带中心线与A相
带中心线互差180º ，将X
相带与A相带电动势反向
串联起来得A相电动势。
同理得到B、C相电动势。
A和X相带内的全部导体属于A相，B和Y 相带的全部导体为B相……
各相电动势大于120º相带 时的值。
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
2、用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称
电角度：
2p＝2
一周360º(2π)----机械角度——空间角度 一对极一周360º----电角度 ——空间角度
转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360º。 从电磁角度看，一对N,S极构成一个磁场周期，即1对极为360º 电角度。
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
2p＝4
机械角度＝360º 电角度=p×360º=720º
电角度=p×机械角度
两对N,S极构成2个感应电势周期
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用相量表 示，这些相量构成一个辐射星形图，称槽电势星形图。
13(31)14(32)
15(33)C相 16(34)
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
2006年3月20日星期一
武汉大学电气工程学院应黎明
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
2006年3月20日星期一
武汉大学电气工程学院应黎明
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。
2006年3月20日星期一
武汉大学电气工程学院应黎明
2. 机械角度： 一个圆周真 正的空间角 度为机械角 度360°
武汉大学电气工程学院应黎明
每极磁通为：1 Bav l Bav
Ec1
Ec1m 2
Bm1lv 2
2 fBm1l
2
Bm1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绕组
线圈（绕组元件）
1、电机绕组的名词、术语
1、电机绕组的名词、术语
二、元件边（coil side）、端部（ending） 、绕组匝数（number of turns）
1、电机绕组的名词、术语
三、极对数、同步转速 四、极距 五、每极每相槽数、每槽导体数
每极每相槽数影响电机的参数、附加损耗、温 升、绝缘材料消耗量 参数：每槽导体数减小，槽漏抗减小；谐波漏 抗减小 附加损耗：定子谐波磁场减小、附加损耗降低 温升：绕组边的总散热面积增加，有利于散热 绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低
大学二年级时即发明材料力学计算梁变位的“二次及三次力矩法”，其论文后来发表在美国土木工程师协会的 学报1947年第3期；解放初期，即在《中国科学》1951，No.3上发表论文“直流电路网络的图解法”。 1981年发明单绕组变极的“对称轴线法”，为此出版专著《交流电机的绕组理论》获1988年国家教委 科技进步一等奖 。 1985年发明谐波起动方法和谐波起动电动机，该发明革掉了传统绕线型感应电动机发生事故的主要根源——集电 环和电刷，在世界上首次研制成功高起动特性、高运行性能和高可靠性的绕线型感应电动机。获1986年第二届全 国发明展览会银牌奖，并于1988年取得我国和美国的发明专利权。 1989年发明能自起动的抽水蓄能电站用双速同步发电-电动机。
5、电机电枢绕组的分析方法
人物——许实章
许实章，1920年11月出生于广东 潮州。1944年毕业于国立中正大 学机电系。曾任中正大学助教。 1949年后历任南昌大学讲师、华 中工学院讲师、副教授、教授、 华中理工大学教授，1981年国务 院批准的我国首批博士生导师。 中国电机工程学会大电机专业委 员会第一届副主任委员、国家科 委发明奖特邀审查员。
1、电机绕组的名词、术语
2017年4月22日星期六
六、并绕根数（parallel strands）、并联支 路数（parallel branches）
并绕可降低大电流电机的绕组绕制和嵌线难度
，降低高频电机的集肤效应。
并联支路可降低大电流电机的绕组绕制和嵌线
难度。
七、机械角度、电角度、槽距电角度
5、电机电枢绕组的分析方法
一般情况下，直流电机空载时主极下气隙磁场的分布为曲 边梯形。应用本方法时，先假定每极下气隙磁场呈正弦分 布。p对极的电机沿电枢圆周有p个正弦分布的磁场波形。 电枢以转速n旋转时，绕组的每个元件边和元件中感应出 随时间按正弦变化的交变电动势，由于槽距电角度，因此 各个元件中感应的电动势，在时间上也相应地依次有a的 相位差。与交流电枢绕组一样，根据交流电路理论，这种 交变电动势可以用一个旋转向量表示，其长度等于交变电 动势的幅值，旋转角频率，旋转方向为逆时针，任一瞬时 向量在纵轴上的投影即为电动势的瞬时值（余弦分量）。 据此，可画出绕组各元件边或各元件的电动势向量的星形 和多边形。
电机设计 第四讲（上）
电机的绕组理论初步
讲课人：邢伟
2014.11.03
提
2017年4月22日星期六
要
1、电机绕组的名词术语 2、电机绕组的类别 3、电机绕组的工程表达 4、电机电枢绕组的一般问题 5、电机电枢绕组的分析方法
1、电机绕组的名词、术语 一、绕组（Winding）、线圈（Coil）或称为元件
3、电机绕组的工程表达
3、电机绕组的工程表达
4、电机电枢绕组的一般问题
能够产生满足要求（幅值、波形或谐波含 量）的感应电动势（匝数、节距、连接方 式要求） 允许通过一定大小的电流以产生足够的电 磁转矩（对线径的要求） 满足电气时间常数的指标要求（对控制性 能的要求） 同时要尽可能地节省材料，结构简单，制 造维修方便（经济性、工艺性要求）
1、电机绕组的名词、术语
八、相带、120°相带、60°相带、30°相 带
每个极下每相所占的区域
•对于Y-△混合连接的单速电动机绕组，其相带常为30°相带 •对于单绕组多速电动机，除60°相带外，还会出现120°相带和180°相带
1、电机绕组的名词、术语
九、节距、整距、短距、长距、第一节距 、第二节距、合成节距
节距：两个元件有效边之间的槽跨距 第一节距y1：元件自身的两个有效边的槽跨距 第二节距y2：相串联的两个元件中，第一个元 件的下层边与第二个元件的上层边的槽跨距 合成节距y：相串联的两个元件的对应边之间的 槽跨距
2、电机绕组的类别
电枢绕组
集中绕组、分布绕组 短距绕组、整距绕组、长距绕组 单层绕组、双层绕组、单双层绕组
主编教材《电机学》上、下册。2002年出版专著《新型电机绕组 ——理论与设计》。
2017年4月22日星期六
下节课预告
电机的绕组理论初步
直流电机的绕组 三相交流电机的绕组
• 单层：同心式、链式、交叉式绕组 • 双层：叠绕组、波绕组 、蛙型绕组
整数槽绕组、分数槽绕组
Байду номын сангаас
励磁绕组
感应电机的鼠笼绕组、绕线绕组 直流电机、同步电机的集中式励磁绕组
辅助绕组（换向极绕组、补偿绕组、阻尼 绕组）
3、电机绕组的工程表达
线圈的表达
3、电机绕组的工程表达
3、电机绕组的工程表达