第六章 交流电机绕组及其感应电动势
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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
第06章-交流电机的旋转磁场理论
-11-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
二、旋转磁场的基本特点
1）三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成 磁动势是一个旋转行波， 合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉
振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入 m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波， 其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。
-13-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
第三节 交流电机的主磁通和漏磁通
一、主磁通
当交流电机的定子绕组通入三相对称电流时， 便在气隙中
建立基波旋转磁动势，同时产生相应的基波旋转磁场。 与基波
旋转磁场相对应的磁通称为主磁通，用m表示。由于旋转磁场
是沿气隙圆周的行波，而气隙的长度是非常小的， 所以相应的
-8-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
图6-3说明 Fs (x,t) 是一个幅 值恒定、正弦分布的行波。
由于 Fs (x,t) 又 表示三相电
枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆
F sm
F ( x, t) s
v1
et
周的空间分布，所以它是一个沿
气隙圆周旋转的行波，其相对于
定子的速度是
v1
e
π
（6-8）
0
FA1( x, t ) FB1 ( x, t ) FC1 ( x, t )
Fm
1
c
oset
c
os
πx
Fm
1
c
os
(et
2π 3
)
Fm 1
cos(et
2π 3
)
cos(πx
cos(πx
2π ) 3 2π ) 3
（6-5）
式中，Fm1是每相磁动势基波分量的幅值，其精确的计算需要考 虑绕组分布及短距等因素。
电机学交流电机绕组及其感应电动势作用原理和消弱方法
（一个周期）360°电角度。在电机中一对磁极所对 应的角度定义为360°电角度。（几何上，把一圆周 所对应的角度定义为360°机械角度。）
➢磁极对数为p
圆周机械角度为360° 电角度为 p*360 °
交流绕组
•相带 ➢为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占有相等的
范围——相带。
➢每个极对应于180°电角度，如电机有m相，则每个相带占
在同步电机中，转子是主磁极， 在异步电机中转子绕组是一
当外加的直流励磁电流流入转 个自行闭合的绕组，当气隙
子绕组时，转子铁芯便表现出 磁场切割转子绕组时，便会
固定的极性，随转子一起旋转， 在转子绕组中感应电势产生
相当于一块旋转的磁铁
电流，转子铁芯便表现为表
面旋转变化的磁极
交流绕组
• 交流绕组的基本概念
交流绕组
➢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？）
以上连接应符合电势相加原则
➢连相绕组：
将属于同一相的p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。
➢连三相绕组：
带
a
c’
b
a’
c
b ’
第 一 对 极2 3 ,2 4 ,1 ,2 3 ,4 ,5 ,6 7 ,8 ,9 ,1 01 1 ,1 2 ,1 3 ,1 41 5 ,1 6 ,1 7 ,1 81 9 ,2 0 ,2 1 ,2 2
交流绕组
交流绕组
交流绕组
一、链式绕组 链式绕组适用于q=2，p＞1的小型异步电机。例如m ＝3，p＝2，Z=24，q＝2，a=30°
➢磁极对数为p
圆周机械角度为360° 电角度为 p*360 °
交流绕组
•相带 ➢为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占有相等的
范围——相带。
➢每个极对应于180°电角度，如电机有m相，则每个相带占
在同步电机中，转子是主磁极， 在异步电机中转子绕组是一
当外加的直流励磁电流流入转 个自行闭合的绕组，当气隙
子绕组时，转子铁芯便表现出 磁场切割转子绕组时，便会
固定的极性，随转子一起旋转， 在转子绕组中感应电势产生
相当于一块旋转的磁铁
电流，转子铁芯便表现为表
面旋转变化的磁极
交流绕组
• 交流绕组的基本概念
交流绕组
➢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？）
以上连接应符合电势相加原则
➢连相绕组：
将属于同一相的p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。
➢连三相绕组：
带
a
c’
b
a’
c
b ’
第 一 对 极2 3 ,2 4 ,1 ,2 3 ,4 ,5 ,6 7 ,8 ,9 ,1 01 1 ,1 2 ,1 3 ,1 41 5 ,1 6 ,1 7 ,1 81 9 ,2 0 ,2 1 ,2 2
交流绕组
交流绕组
交流绕组
一、链式绕组 链式绕组适用于q=2，p＞1的小型异步电机。例如m ＝3，p＝2，Z=24，q＝2，a=30°
第六篇 电动势及磁通势
f A1 = F 1 cos φ
• 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：
• 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）
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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）
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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：
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
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
第6章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
• 电机气隙除了基波外，还有三次、五次、七次 奇次谐波。
• 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
• 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
电机学-三相交流绕组
F 1 0 .9 a I 2 q 2 a p 1N q k q 1 ky 1 0 .9 Ip N 1k N 1
绕组系数:
kN1 kq1ky1
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁 势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f1F1c整理o 课件 c sost
§7-3 单相绕组的磁势
整理课件
§7-3 园形旋转磁势
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
1 60f n160pf p (r/min) • 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相 反的园形旋转磁势。
整理课件
§7-4 三相基波磁势合成旋转磁势
ia 2I cos t • 三相对称电流： ib 2I cos( t -1200 )
y1
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
节距Y1（跨槽数）—— 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用
y 1 表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。
整理课件
第六章 三相交流绕组基本概念
• 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。
•分析思路
1）双层整距绕组可以等 效为两个整距单层绕组
2）两个等效单层绕组在空 间分布上错开一定的角度， 这个角度等于短距角；
3）双层短距绕组的磁势
等于错开一个短距角的两
个单层绕组的磁势在空间
叠加。
kq1qFqF c11 q ssiniq2 n
F1 2Fq1
sin2 2si2n
2 整理课件
2
§7-2 （2）双层短距绕组的磁势
F0或 F0
每极合成磁动势幅值大小为： F 1 2 3 F 1 2 3 0 .9 Ip N 1k N 1 1 .3I5 p N 1k N 1
绕组系数:
kN1 kq1ky1
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁 势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f1F1c整理o 课件 c sost
§7-3 单相绕组的磁势
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§7-3 园形旋转磁势
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
1 60f n160pf p (r/min) • 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相 反的园形旋转磁势。
整理课件
§7-4 三相基波磁势合成旋转磁势
ia 2I cos t • 三相对称电流： ib 2I cos( t -1200 )
y1
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
节距Y1（跨槽数）—— 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用
y 1 表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。
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第六章 三相交流绕组基本概念
• 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。
•分析思路
1）双层整距绕组可以等 效为两个整距单层绕组
2）两个等效单层绕组在空 间分布上错开一定的角度， 这个角度等于短距角；
3）双层短距绕组的磁势
等于错开一个短距角的两
个单层绕组的磁势在空间
叠加。
kq1qFqF c11 q ssiniq2 n
F1 2Fq1
sin2 2si2n
2 整理课件
2
§7-2 （2）双层短距绕组的磁势
F0或 F0
每极合成磁动势幅值大小为： F 1 2 3 F 1 2 3 0 .9 Ip N 1k N 1 1 .3I5 p N 1k N 1
电机学的课文重点
第二章变压器的基本作用原理与理论分析1.变压器的基本工作原理。
2.基本结构。
3.额定值。
4.从变压器的内部电磁关系出发，分析变压器的空载和负载运行；导出变压器的基本方程式，再通过折算，导出变压器的等效电路和相量图；5.参数的测定方法；（注意公式中所用的值均为相值以及电阻随温度变化的有关计算公式）6.掌握如何计算变压器的运行性能：电压变化率和效率。
第三章三相变压器及运行1.熟悉三相变压器的连接组别，掌握连接组别的判别方法。
2.掌握连接组别和磁路结构对电势波形的影响。
3.掌握变压器并联运行的条件和不满足并联运行条件的影响以及计算并联运行的负载分配问题。
第四章三相变压器的不对称运行1.了解对称分量法的分析方法；2.了解变压器各序阻抗概念及特点。
3．了解变压器次级突然短路时瞬态过程中过电流的影响。
4．了解变压器空载合闸时瞬态过程中电压初相角的影响。
第五章电力系统中的特种变压器1.熟悉三绕组变压器的特点以及等效电路中组合电抗的概念及意义。
2.熟悉自耦变压器的结构；原、副方电压电流和容量的关系的特点以及自耦变压器的优缺点。
3.掌握电压、电流互感器的工作特点，使用时注意的事项。
第六章交流电机绕组及其感应电动势1.掌握与交流绕组连接有关的几个量如电角度、槽距角等求法。
2.掌握三相交流绕组的组成原则和连接规律，以60。
相带为重点，掌握交流绕组相带的划分、节距的选取以及不同支路数绕组的连接。
（下学期做实训要用到）3.熟悉交流电势的产生；电势波形、频率、有效值；影响电势大小和波形好坏的各种原因。
4.掌握电势的计算方法和削弱谐波电势的方法（注意节距因数、分布因数及绕组因数的求法）第七章交流绕组的磁动势1.掌握单相、三相绕组磁动势的性质、大小、波形。
（注意课本P115、P118结论）2.熟悉谐波磁势的性质和影响。
3.掌握交流电机中空间矢量和时间相量的关系。
注意：学习交流绕组磁势时应和交流绕组的电势对比，注意它们的共性和特性。
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
电机学教案
电机学教案第六章交流电机绕组及其感应电动势第一节旋转电机的基本作用原理第三节 绕组的感应电势一、导体中的感应电势 1、每极磁通τ⨯=l s2、感应电动势频率3、感应电动势瞬时值4、感应电动势有效值5、导体感应电势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。
二、线圈的电动势N c 匝整距线圈电动势N c 匝短距线圈电动势τππθππl B S B S B S B m m m m 22sin 10==⋅=⋅=Φ⎰60pnf =tlv B e m a ωsin =mm m m a f pn l B n p l B lv B E Φ==⋅==2602260222πτππτmc m c a c c fN fN E N E ΦΦπ44.422==⋅=m c a c c fN E N E Φββ2cos 44.42cos2=⋅=短距角01180⋅-=ττβy定义节距因数很显然，K p < 1，即短距线圈的电动势比整距线圈的电动势有所减小。
三、线圈组的电动势• 每对极下属于同一相的q 个线圈，构成一个线圈组 • 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加 • 整个线圈组的感应电势由该组的所有导体电势矢量相加2cos44.42cos44.4)()(βΦΦβττ====<mc mc y c y c p fN fN E E K分布绕组 q 个线圈合成电势单个线圈电势定义分布因数很显然，K d < 1，即分布绕组线圈组 q 个线圈电动势的相量和比集中绕组线圈组 q 个线圈电动势的相量和略小。
绕组感应电势有效值式中：Nc ——线圈的匝数 Kd ——节距因数 Kp ——分布因数 KN ——绕组因数q Nc ——线圈组串联匝数四、一相绕组的电势1、单层绕组的相电势• 单层绕组共有p 个线圈组• 若p 个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势 • 若p 个线圈组全部串联则相电势=p 倍 线圈组电势 • 实际线圈组可并可串，每相总串联匝数N 定义如下：2sin2αq R E q =2sin2αR E c =2si n2si n ααq q qE E K cq d ==m p d c c d q K K fqN qE K E Φ44.4==mN c K fqN Φ44.4=apqNN ＝并联支路数每相总匝数=• 相电势：2、双层绕组的电势• 双层绕组共有2p 个线圈组• 这2p 个线圈组可并可串，每相总串联匝数N 如下：双层绕组要考虑到短距系数：五、三相绕组的线电势• 三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在时间上相差120度电角度 • 三相线电势与相电势的关系： • 三角形接法，线电势=相电势； • 星形接法， 线电势=例题:有一台汽轮发电机,定子槽数Z=36,极数2P=2,节距y=14,每个线圈匝数N C =1,并联支路数a=1,频率为50HZ,每极磁通量Φ1=2.63Wb.试求:(1) 导体电动势En 1 (2) 线圈电动势Ec (3) 线圈组的电动势Eq (4) 相电动势E解：1．导体电动势 V V f f E m m n 29263.25022.222.22111=⨯⨯===φφπ2．极距 槽1812362=⨯==P Z τ mN fNK E Φ44.4=apqN N c2＝并联支路数每相总匝数=m N fNK E Φ44.4=短距角 ︒=︒⨯-=⋅-=4018018141818001ττβy节距系数线圈电动势3．每极每相槽数6312362=⨯⨯==PM Z P 槽距角 ︒=⨯=⨯=10363601360Z P α分布系数绕组系数899.0956.094.0=⨯=⨯=d P N K K K线圈组的电动势Eq4．相电动势E Φ94.020cos 2cos=︒==βp K 8.54863.294.015044.444.4=⨯⨯⨯⨯=Φ=m P c y K fN E 956.0210sin62106sin 2sin 2sin=︒⨯︒⨯==ααq q K d VK fqN E m N c q 314963.2889.0165044.444.4=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=12116122=⨯⨯⨯=a pqN N c ＝VfNK E m N 630063.2899.0125044.444.4=⨯⨯⨯⨯=Φ=φ。
第六章交流绕组及其电动势
Electric Machinery
第一节 交流绕组的基本知识
交流绕组是电机结构的重要组成部分，电机的电动势和磁动势 的特性均与绕组的构成有关。交流绕组是指同步电机的电枢绕组 和异步电机的定子、转子绕组。绕组是由按一定规律排列和连接 的线圈组成。交流电机的三相定子绕组是机电能量转换的主要部 件，通过它必须产生一个极数、大小、波形均能满足要求的磁场； 同时在定子绕组中能够感应出频率、大小和波形及其对称性均能 符合要求的电动势。
C' Y' Y Z B'
C
Z
A
C Y
B 极对数
Z • N C
A Y
p2
旋转磁场的磁极对数
与三相绕组的排列有关
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4.旋转磁场的转速 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
n0 60 f1 (转/分） 工频：f1 50 Hz n0 3000 (转/分）
A
NZ
Y
B
C
S
X
2.转子:转动的部 分主要包括:转子、 轴承、风扇等
同步电机和异步电 转子 机的定、转子结构
和作用有一定差异。
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定 子 铁 芯 和 线 圈
交流 电机 的定 子绕 组
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二、旋转电机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生
定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接)
2.一相绕组基波感应电动势的表达式及其各量代表的物理意义； 3.高次谐波产生及削弱方法。
难点: 1.交流绕组的结构及绕组展开图的绘制； 2.交流绕组的基波感应电势频率、波形、大小； 3.高次谐波的削弱方法。
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交流电机绕组及其感应电动势
p 360 2 360 30 电角度 Z 24
图6－7 槽内导体沿定子圆周分布情况
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，则当转子逆时针方向旋转时， 均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力线，感应电 动势，此电动势随时间按正弦规律变化。对每一槽 中的导体而言，磁场转过一对磁极，导体感应电动 势变化一个周期，即 电角度。而各槽中的导体 360 在空间上相差一个槽距角电角度，所以导体切割磁 场时有先后之分，各槽导体感应的电动势彼此之间 有相位差，大小等于槽距角。
图6－5
线圈
根据节距的大小，有：整距绕组，y ；短 距绕组，y ；长距绕组， 。 y 为了使每个线圈能获得最大的电动势，节距一 般应接近极距。长距绕组和短距绕组均能削弱高次 谐波电动势或磁动势，但因为长距绕组的端接线较 长，所以很少采用，短距绕组使用较多。
7）相带
每一磁极下，每相绕组所占有的电角度称为 绕组的相带，可表示为：
由于气隙相等每个气如果流入线圈的电流是随时间按正弦规律变化的交流电那么磁动势矩形波的幅值也随时间按正弦规律变化其值为脉振磁动势的频率取决于流过线圈中电流的频率最大值为对于空间按矩形波分布的脉振磁动势可按傅立叶级数分解为基波和一系列奇次谐波的磁动sinsin3sin5sinsinsinsin3sinsin5图626整距线圈的矩形波磁动势分解为基波和谐波整距线圈的矩形波磁动势分解为基波和谐波每线圈组由q个线圈串联各线圈在空间依次相距电角度q个线圈就产生q个空间依次相距电角度的矩形波磁动势把每个磁动势进行矢量相加得到线圈组的合成磁动势
P 360 Z
5）每极每相槽数
指每相绕组在每个磁极下平均占有的槽数，表示为：
Z q 2 Pm
图6－4 极距、每极每相槽数和槽距角
图6－7 槽内导体沿定子圆周分布情况
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，则当转子逆时针方向旋转时， 均匀分布在定子圆周上的导体切割磁力线，感应电 动势，此电动势随时间按正弦规律变化。对每一槽 中的导体而言，磁场转过一对磁极，导体感应电动 势变化一个周期，即 电角度。而各槽中的导体 360 在空间上相差一个槽距角电角度，所以导体切割磁 场时有先后之分，各槽导体感应的电动势彼此之间 有相位差，大小等于槽距角。
图6－5
线圈
根据节距的大小，有：整距绕组，y ；短 距绕组，y ；长距绕组， 。 y 为了使每个线圈能获得最大的电动势，节距一 般应接近极距。长距绕组和短距绕组均能削弱高次 谐波电动势或磁动势，但因为长距绕组的端接线较 长，所以很少采用，短距绕组使用较多。
7）相带
每一磁极下，每相绕组所占有的电角度称为 绕组的相带，可表示为：
由于气隙相等每个气如果流入线圈的电流是随时间按正弦规律变化的交流电那么磁动势矩形波的幅值也随时间按正弦规律变化其值为脉振磁动势的频率取决于流过线圈中电流的频率最大值为对于空间按矩形波分布的脉振磁动势可按傅立叶级数分解为基波和一系列奇次谐波的磁动sinsin3sin5sinsinsinsin3sinsin5图626整距线圈的矩形波磁动势分解为基波和谐波整距线圈的矩形波磁动势分解为基波和谐波每线圈组由q个线圈串联各线圈在空间依次相距电角度q个线圈就产生q个空间依次相距电角度的矩形波磁动势把每个磁动势进行矢量相加得到线圈组的合成磁动势
P 360 Z
5）每极每相槽数
指每相绕组在每个磁极下平均占有的槽数，表示为：
Z q 2 Pm
图6－4 极距、每极每相槽数和槽距角
交流电机绕组及其感应电动势解读
交流绕组
•每极每相槽数q 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
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
•槽距角 相邻两槽之间的电角度
p * 360 Z
交流绕组
•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弧长
• 分析导体a
v 2 p
n 60
t=0时，Ba=0，ea=Balv
ea=Balv= Bmlvsinωt
m
2
经过时间t，转动了ωt，Ba=Bmsinωt，
Bml
pn f 60
Bmlv pn 有效值 Ea 2 Bml 2.22 fm 60 2
绕组感应电动势
•整距线圈 导体a’与导体a相距一个极距，即180°电角 度， e B lv sin(t 180)
Eq 2 R sin Ec 2 R sin
q 2 2
绕组感应电动势
分布因数 kd——元件组各电势的相量和与代数 和的比值 E sin qa
kd
q
qEc
2
q sin a 2
绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响 q sin 2 kd k p cos 2
交流绕组
例如：相数m＝3，极数2p＝4，槽数Z＝24 每极每相槽数q＝2，槽距角=30°，极距=Z/2p=24/4=6
极 对 相 带 c’ a’ b’ a b c 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24
第一对极 第二对极
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chap6交流电机绕组及其感应电动势精品PPT课件
元件(线圈)
五、交流绕组的连接规律
1、与绕组连接有关的名词术语
（1）电角度
➢ 磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期，称为 360°电角度。在电机中一对磁极所对应的角度 定义为360°电角度。（几何上，把一圆周所对 应的角度定义为360°机械角度。）
➢ 磁极对数为p 圆周机械角度为360° 电角度为 =p×机械角度
Z 2p
表示一个磁极的范围，用槽数来表示。
即基波磁场每极所对应的槽数。
（6）节距 y (跨距；槽中线圈两个圈边的宽度)
➢ 表示元件（线圈）的宽度。元件放在槽内，其宽 度可用元件两边所跨越的槽数表示。
2、交流绕组连接的七个步骤：
（1）求极距；（2）取节距；（3）算相带q；（4） 算槽距角；（5）画相带表或电势星形图；（6）连 线圈和线圈组；（7）连单相绕组和三相绕组 分析工具：槽导体电势星形图 或相带表。把电枢上 各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示， 构成一辐射星形图
一般为整数槽分布
➢ 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°
=
圆周的电角度
Z
（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弧长
D
2p
设D为定子内圆直径。 ➢ 一般用槽数表示极距：
四、交流绕组的构成原则
•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 。
•每极槽数用极距τ表示 •每极每相槽数q •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1200电角度。 •如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为1200 /α。 •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。
交流电机绕组及其感应电动势剖析
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。
交流绕组
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？） 以上连接应符合电势相加原则 连相绕组： 将属于同一相的p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。 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。
构造方法和步骤（举例：Z1=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。
交流绕组
•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
交流绕组
•每极每相槽数q 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
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
•槽距角 相邻两槽之间的电角度
p * 360 Z
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交流电机的共同问题
第六章 交流电机的绕组及其感应电动势
第一节 第二节 第三节 第四节 旋转电机的基本作用原理 交流绕组 绕组的感应电势 谐波电动势及其削弱方法
第一节 旋转电机的基本作用原理
交流电机：产生或使用交流电能的旋转电机。 两大类：
同步电机—速度等于同步速(n= n1) 异步电机—速度不等于同步速(n≠n1)
Z=2mpq＝2×3×l×4＝24，槽距角a＝15°
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
•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 。
•每极槽数用极距τ表示
•每极每相槽数q •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1200电角度。 •如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为1200 /α。 •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。
单层绕组：构造方法和步骤
•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。 •连线圈和线圈组： 将一对极域内属于同一相的圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什 么？）
将一对级域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈 组？）
同步速——旋转磁场的转速(n1)
一、三相同步电机（磁极对数p=1）
定子、转子、空气隙
转子绕组通以直流电流形成 分布磁场，匝链定子上的各 相绕组。 对称是指各相绕组的匝数相等， 空间位置彼此相距120°
定子上嵌放有对称的三相 绕组a-x、b-y、c-z
设磁场在气隙中按正弦分布
设转子以恒定速度旋转 定子绕组中所匝链的磁通按 正弦规律变化，其感应电势 按正弦规律变化。 由于各相匝数相等，从而各 相电势的大小相等，由于各 相绕组空间分布彼此相距 120°，从而三相电势时间 相位差120°—满足了三相 电势对称要求。
•电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。电能-机械能
•根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
第二节 交流绕组
一、交流绕组的基本要求 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，我国规定工业标准频率为 50Hz。 在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势。 二、常用的三相交流绕组 ①单层（每槽只有一个线圈边）：单层链式、单层同心式、单 层交叉式、等元件式。 ②双层（每槽有二个线圈边，分上、下两层放置） ：双层叠 绕组、双层波绕组。
三相电势对称
例： p=2
每相两个线圈，a1-x1、a2-x2 属于a相，b1-y1、b2-y2属于b 相，c1-z1、c2-z2属于c相。 各相的两个线圈的分布： 空间上——相距一对磁极 电势看——两个线圈交链的 磁通变化规律完全相同，因 而感应电势完全相同（幅值 一致，时间上同相位）。
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
小结：三相单层绕组
在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短， 合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。 分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件 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，从每相电动势的角度来看，所有绕组都是 属于两个相差180°电角度相带内的导体组成，三相单层绕组 的节距因数Kp（短距线圈电势与整距线圈电势之比）均为1， 具有整距绕组性质。 优点：绕组因数KN中只有分布因数Kd(线圈组合成电势有效值 与各线圈电势代数和之比），基波绕组因数较高，无层间绝缘， 槽利用率高。 缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形， 漏电抗较大。 使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波形要 求较高的电机，通常采用双层绕组。）
小结：三相单层绕组的优缺点
优点（1）每槽内只有一个线圈边，无层间绝缘，下线方便，槽 的利用率高。 （2）线圈数为槽数的一半，绕线及嵌线的工时少。 缺点（1）不能利用短距来削弱电动势和磁动势中的高次谐波， 因单层绕组虽线圈的节距可能是短距，但其线圈组的电动势始 终是两个相邻1800相带内线圈边电动势的相量和，实质上与整 距分布绕组完全相同，无短距的效果。 （2）同一槽内导体均属同一相，故槽漏阻抗较大。 单层绕组的最大并联支路数：amax=p 并联支路数是指线圈组是并联还是串联，视所选并联支路数a 决定。
定子槽数Z=2mpq=2×3×2×3＝36 槽距角a=p×360/Z=20°
属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、
19、20、21、28、29、30共12个元件边
y=8 y=7
2—10，3—11相连，是节距为8的（大）线圈 12—19相连，节距为7的（小）线圈 20—28，21—29相连，节距为8的大线圈 30—1相连，节距为7的小线圈。
三相双层绕组
双层——每槽中有两个元件边，分为上下两
层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为 下层。每个元件(线圈）均有一个边放在上 层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取 决于节距。 元件（线圈数）的总数等于槽数，每相元件 数即为槽数的三分之一。 绕组展开图中：每槽上层圈边用实线，下层 圈边用虚线，槽号加‘。
（6）节距 y (跨距；槽中线圈两个圈边的宽度)
表示元件（线圈）的宽度。元件放在槽内，其宽 度可用元件两边所跨越的槽数表示。
2、交流绕组连接的七个步骤：
（1）求极距；（2）取节距；（3）算相带q；（4） 算槽距角；（5）画相带表或电势星形图；（6）连 线圈和线圈组；（7）连单相绕组和三相绕组 分析工具：槽导体电势星形图 或相带表。把电枢上 各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示， 构成一辐射星形图
构造方法和步骤（举例：Z1=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（上层边与另一槽的下层边构成一个线圈） 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 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组 以上连接应符合电势相加原则
以上连接应符合电势相加原则。 •连相绕组： 将属于同一相的p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。
•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。
极 对 第一对极 第二对极
相 带 a c’ b a’ c b’ 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24
相距360度电角 度，导体电势 时间上同相位
三相单层绕组
单层——每槽中只放置一层元件（线圈）
边，元件（线圈）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、 等元件式等几种不同排列方式。
* 连成三相绕组
一、链式绕组
链式绕组适用于q=2，p＞1的小型异步
电机。例如m＝3，p＝2，Z=24，q＝2， a=30°
y 5 6
链式绕组的每个元件都是短距。从相电
势和磁势角度看——具有整距性质
二、交叉式绕组
交叉式绕组适用于q＝3的小型异步电机
例如：m＝3，p=2，q＝3。
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
例如：相数m＝3，极数2p＝ 4，槽数Z＝24
Z • 每极每相槽数q＝ ＝2 2 pm
•
p * 360 槽距角＝ =30° Z
• 极距=Z/2p=24/4=6
说明：
属于a相8个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20 根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元 件，每个元件都是整距，y=τ=6槽，即每元件的 跨距为6个槽，同为单层，每相每对极可以连接 成一个元件组。 2对极，每相2个元件组，1—7—2—8，13一19 一14—20。 元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数 单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则 并联支路a＝1，相电势E=pEq，相电流I＝Ic。每 相功率P＝EI＝pEqIc。
依次二大一小交叉布置为交叉式绕组
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
第六章 交流电机的绕组及其感应电动势
第一节 第二节 第三节 第四节 旋转电机的基本作用原理 交流绕组 绕组的感应电势 谐波电动势及其削弱方法
第一节 旋转电机的基本作用原理
交流电机：产生或使用交流电能的旋转电机。 两大类：
同步电机—速度等于同步速(n= n1) 异步电机—速度不等于同步速(n≠n1)
Z=2mpq＝2×3×l×4＝24，槽距角a＝15°
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
•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 。
•每极槽数用极距τ表示
•每极每相槽数q •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1200电角度。 •如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为1200 /α。 •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。
单层绕组：构造方法和步骤
•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。 •连线圈和线圈组： 将一对极域内属于同一相的圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什 么？）
将一对级域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈 组？）
同步速——旋转磁场的转速(n1)
一、三相同步电机（磁极对数p=1）
定子、转子、空气隙
转子绕组通以直流电流形成 分布磁场，匝链定子上的各 相绕组。 对称是指各相绕组的匝数相等， 空间位置彼此相距120°
定子上嵌放有对称的三相 绕组a-x、b-y、c-z
设磁场在气隙中按正弦分布
设转子以恒定速度旋转 定子绕组中所匝链的磁通按 正弦规律变化，其感应电势 按正弦规律变化。 由于各相匝数相等，从而各 相电势的大小相等，由于各 相绕组空间分布彼此相距 120°，从而三相电势时间 相位差120°—满足了三相 电势对称要求。
•电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。电能-机械能
•根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
第二节 交流绕组
一、交流绕组的基本要求 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，我国规定工业标准频率为 50Hz。 在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势。 二、常用的三相交流绕组 ①单层（每槽只有一个线圈边）：单层链式、单层同心式、单 层交叉式、等元件式。 ②双层（每槽有二个线圈边，分上、下两层放置） ：双层叠 绕组、双层波绕组。
三相电势对称
例： p=2
每相两个线圈，a1-x1、a2-x2 属于a相，b1-y1、b2-y2属于b 相，c1-z1、c2-z2属于c相。 各相的两个线圈的分布： 空间上——相距一对磁极 电势看——两个线圈交链的 磁通变化规律完全相同，因 而感应电势完全相同（幅值 一致，时间上同相位）。
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
小结：三相单层绕组
在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短， 合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。 分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件 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，从每相电动势的角度来看，所有绕组都是 属于两个相差180°电角度相带内的导体组成，三相单层绕组 的节距因数Kp（短距线圈电势与整距线圈电势之比）均为1， 具有整距绕组性质。 优点：绕组因数KN中只有分布因数Kd(线圈组合成电势有效值 与各线圈电势代数和之比），基波绕组因数较高，无层间绝缘， 槽利用率高。 缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形， 漏电抗较大。 使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波形要 求较高的电机，通常采用双层绕组。）
小结：三相单层绕组的优缺点
优点（1）每槽内只有一个线圈边，无层间绝缘，下线方便，槽 的利用率高。 （2）线圈数为槽数的一半，绕线及嵌线的工时少。 缺点（1）不能利用短距来削弱电动势和磁动势中的高次谐波， 因单层绕组虽线圈的节距可能是短距，但其线圈组的电动势始 终是两个相邻1800相带内线圈边电动势的相量和，实质上与整 距分布绕组完全相同，无短距的效果。 （2）同一槽内导体均属同一相，故槽漏阻抗较大。 单层绕组的最大并联支路数：amax=p 并联支路数是指线圈组是并联还是串联，视所选并联支路数a 决定。
定子槽数Z=2mpq=2×3×2×3＝36 槽距角a=p×360/Z=20°
属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、
19、20、21、28、29、30共12个元件边
y=8 y=7
2—10，3—11相连，是节距为8的（大）线圈 12—19相连，节距为7的（小）线圈 20—28，21—29相连，节距为8的大线圈 30—1相连，节距为7的小线圈。
三相双层绕组
双层——每槽中有两个元件边，分为上下两
层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为 下层。每个元件(线圈）均有一个边放在上 层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取 决于节距。 元件（线圈数）的总数等于槽数，每相元件 数即为槽数的三分之一。 绕组展开图中：每槽上层圈边用实线，下层 圈边用虚线，槽号加‘。
（6）节距 y (跨距；槽中线圈两个圈边的宽度)
表示元件（线圈）的宽度。元件放在槽内，其宽 度可用元件两边所跨越的槽数表示。
2、交流绕组连接的七个步骤：
（1）求极距；（2）取节距；（3）算相带q；（4） 算槽距角；（5）画相带表或电势星形图；（6）连 线圈和线圈组；（7）连单相绕组和三相绕组 分析工具：槽导体电势星形图 或相带表。把电枢上 各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示， 构成一辐射星形图
构造方法和步骤（举例：Z1=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（上层边与另一槽的下层边构成一个线圈） 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 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组 以上连接应符合电势相加原则
以上连接应符合电势相加原则。 •连相绕组： 将属于同一相的p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。
•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。
极 对 第一对极 第二对极
相 带 a c’ b a’ c b’ 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24
相距360度电角 度，导体电势 时间上同相位
三相单层绕组
单层——每槽中只放置一层元件（线圈）
边，元件（线圈）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、 等元件式等几种不同排列方式。
* 连成三相绕组
一、链式绕组
链式绕组适用于q=2，p＞1的小型异步
电机。例如m＝3，p＝2，Z=24，q＝2， a=30°
y 5 6
链式绕组的每个元件都是短距。从相电
势和磁势角度看——具有整距性质
二、交叉式绕组
交叉式绕组适用于q＝3的小型异步电机
例如：m＝3，p=2，q＝3。
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
例如：相数m＝3，极数2p＝ 4，槽数Z＝24
Z • 每极每相槽数q＝ ＝2 2 pm
•
p * 360 槽距角＝ =30° Z
• 极距=Z/2p=24/4=6
说明：
属于a相8个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20 根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元 件，每个元件都是整距，y=τ=6槽，即每元件的 跨距为6个槽，同为单层，每相每对极可以连接 成一个元件组。 2对极，每相2个元件组，1—7—2—8，13一19 一14—20。 元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数 单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则 并联支路a＝1，相电势E=pEq，相电流I＝Ic。每 相功率P＝EI＝pEqIc。
依次二大一小交叉布置为交叉式绕组
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