第四章 交流电机(7)
第四章 交流电动机调速控制系统
r12
(X1
c1 X
' 20
)2
]
（4-8）
因 r12
(X1
c1
X
' 20
)
2
，近似得：
Mm
1 2c1
2f1[r1
m1PU12
(X1
c1 X
' 20
)]
（4-9）
2. 生产机械的转矩特性
摩擦类 特性曲线见图（a） 负载： ，位于1、3象限。
生产机械
恒转矩负载：它的负载转矩是一 个恒值，不随转速 而改变。
——定子极对数
（4-3）
4)．传给转子的功率（又称电磁功率）与机械功率、转子铜耗之间有如下
关系式 ： PMX PM PM 2 (1 S)PM
（4-4）
式中：
PM ——传给转子的功率（又称电磁功率）
PMX ——机械功率
PM 2 ——转子铜耗
5)．电机的平均转矩为：
M CP
PMX
M0 Mn 否则电机无法进入正常运转工作区。
交流机的起动电流一般为额定电流的4~6倍 ,起动时 一般要考虑以下几个问题：
图4-7 机械特性曲线
1. 应有足够大的起动力矩和适当的机械特性曲线。 2. 尽可能小的起动电流。 3．起动的操作应尽可能简单、经济。 4．起动过程中的功率损耗应尽可能小。
普通交流电机在起动过程中为了限制起动电流，常用的起动方法有三种。即：
图6-1的等效电路，经化简后得到能耗制动的等效电路如图4-10所示。
图4-10 能耗制动的等效电路
图中：
•
I1 ——直流励磁电流的等效交流电流
电机学 第四章 交流绕组的共同问题
第四章 交流绕组的共同问题一、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τ= 槽，每极每相槽数q= ，槽距角α= ，分布因数1d k = ，18y =，节距因数1p k = ,绕组因数1w k = 。
答：9，3，20°，0.96，0.98，0.944. ★若消除相电势中ν次谐波，在采用短距方法中，节距1y = τ。
答：νν1-5. ★三相对称绕组通过三相对称电流，顺时针相序（a-b-c-a ）,其中t i a ωsin 10=，当Ia=10A 时，三相基波合成磁势的幅值应位于 ；当Ia =-5A 时，其幅值位于 。
答：A 相绕组轴线处，B 相绕组轴线处。
6. ★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为 。
答：脉振磁势。
7. ★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为 。
答：νsn8. 三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以 基波旋转磁动势的转速旋转，转向与基波转向 ，在定子绕组中，感应电势的频率为 ，要消除它定子绕组节距1y = 。
答：1/5,相反，f 1,45τ9. ★★设基波极距为τ，基波电势频率为f ，则同步电机转子磁极磁场的3次谐波极距为 ；在电枢绕组中所感应的电势频率为 ；如3次谐波相电势有效值为E 3，则线电势有效值为 ；同步电机三相电枢绕组中一相单独流过电流时，所产生的3次谐波磁势表达式为 。
三相绕组流过对称三相电流时3次谐波磁势幅值为 。
答：3τ，3f,0,3F cos3cos x t φπωτ,010. ★某三相两极电机中，有一个表达式为δ=F COS （5ωt+ 7θS ）的气隙磁势波，这表明：产生该磁势波的电流频率为基波电流频率的 倍；该磁势的极对数为 ；在空间的转速为 ；在电枢绕组中所感应的电势的频率为 。
高二物理人教版选修3-2第四章 7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
核心素养培养目标
1.了解涡流是怎样产生 的。 2.了解涡流现象的利用和 危害。 3.通过对涡流实例的分 析,了解涡流现象在生活 和生产中的应用。 4.了解电磁阻尼和电磁驱 动。 5.通过对涡流利弊的认 识,培养全面认识和对待 事物的科学素养。
核心素养思维导图
一、涡流 1.定义:由于电磁感应,在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流。 2.特点:若金属的电阻率小,涡流往往很强,产生的热量很多。 3.应用 (1)涡流热效应:如真空冶炼炉。 (2)涡流磁效应:如探雷器、安检门。 4.防止 电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能 量,损坏电器。 (1)途径一:增大铁芯材料的电阻率。 (2)途径二:用相互绝缘的硅钢片叠
(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象,同样遵循法 拉第电磁感应定律。
(2)磁场变化越快 Δ������越大 ,导体的横截面积 S 越大,导体材料的电
������
阻率越小,形成的涡流就越强。
探究一
探究二
典例剖析 【例题1】 (多选)高频焊接原理示意图如图所示,线圈通以高频 交变电流,金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热,将焊缝熔化焊接, 要使焊接处产生的热量较大可采用 ( ) A.增大交变电流的电压 B.增大交变电流的频率 C.增大焊接缝的接触电阻 D.减小焊接缝的接触电阻
试定性分析其原因。
解析:第一种情况下,阻尼摆进入有界磁场后,在摆中会形成涡流, 涡流受磁场的阻碍作用,会很快停下来;第二种情况下,将金属摆改 成梳齿状,阻断了涡流形成的回路,从而减弱了涡流,受到的阻碍会 比先前小得多,所以会摆动较长的时间。
答案:见解析
12 3 4 5
1.如图所示,使一个铜盘绕其竖直的轴OO'转动,且假设摩擦等阻力 不计,转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁移近铜盘,则( )
三相双层绕组要点
2、绘制槽电势星形图：
3、分相：
每极每相槽数：q=Z1/2pm=3
按600相带各相带分配的线圈号为：
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
3
4、确定并联支路
条件：各条支路电动势相量相等 双绕组：最大并联支路数amax=2p
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
4
5、绘制绕组展开图
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
9
3、感应电势的大小
Bm1——磁感应强度基波的幅值；
l——导体A在磁场中的有效长度
v——导体与磁场的相对速度
导体与磁场的相对速度：v=2pn1/60
v=电机圆周长/转一周需时间
:以长度计的极距（m), n1为转子转速（r/min)
=D/2p（D：电枢内径）
qa1 qa1 sin( ) sin( ) 2 qE 2 qE k Eq1 E y1 y1 y1 q1 a1 a1 sin( ) q sin( ) 2 2 qa1 分布系数 sin Eq1 (q个分布线圈的电动势相 量和) 2 kq1 qE （对应的 q个集中线圈电动势的代 数和） q sin a1 y 2
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。
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
2
例4.2 一台相数3，极数2p=4，槽数36的定子的三相双 层叠绕组展开图 1、选择节距： 极距=Z/2p=9 整距 则y1==9 本例：y1=7
E [1 e ja1 e ja2 ... e j (q1)a1 ] E q1 y1
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。
电机答案
第四章 交流电机绕组的基本理论4．1 交流绕组与直流绕组的根本区别是什么？ 交流绕组：一个线圈组彼此串联直流绕组：一个元件的两端分别与两个换向片相联4．2 何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组而不用120°相带绕组？相带：每个极下属于一相的槽所分的区域叫相带，在三相电机中常用60相带而不用120相带是因为：60相带所分成的电动势大于120相带所分成的相电势。
4．3 双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？ 双层绕组：max 2a P = 单层绕组：max a P =4．4 试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围？单层绕组：简单，下线方便，同心式端部交叉少，但不能做成短匝，串联匝数N 小（同样槽数），适用于10kW <异步机。
双层绕组：可以通过短距节省端部用铜（叠绕组）或减少线圈但之间的连线（波绕），更重要的是可同时采用分布和短距来改善电动势和磁动势的波形，因此现代交流电机大多采用双层绕组。
4．5 为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？绕组短距后，一个线圈的两个线圈边中的基波和谐波（奇次）电动势都不在相差180，因此，基波和谐波电动势都比整距时减小；对基波，同短距而减小的空间电角度较小，∴基波电动势减小得很少；但对V 次谐波，短距减小的则是一个较大的角度（是基波的V 倍），因此，总体而言，两个线圈中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因此谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度∴可改善电动势波形。
绕组分布后，一个线圈组中相邻两个线圈的基波和ν次谐波电动势的相位差分别是1α和1v α（1α槽距角），这时，线圈组的电动势为各串联线圈电动势的相量和，因此一相绕组的基波和谐波电动势都比集中绕组时的小，但由于谐波电动势的相位差较大，因此，总的来说，一相绕组的谐波电动势所减小的幅度要大于基波电动势减小的幅度，使电动势波形得到改善。
电机学-第四章交流电机理论的共同问题2
E A1 2.22 f 1
2 p n1 v 60
6
2.整距线圈的基波电动势
整距线匝的基波电动势相量为
Q (槽) 2p
p 3600 Q
y1
X
E E 2E E T1 A1 X1 A1
整距线匝基波电动势的有效值为
A
N
E A1
S
E X1
E T1
E K 1 N K ET 1 4.44 fN K k p1 1
9
4.线圈组的基波电动势及基波分布因数
E K 11
1 23
E K 13 E K 12 E K 13
E K 12 E K 11
r
E q1
q
o
每个线圈组都由q个在空间互差一个槽距角的线圈串联组 成，线圈组的基波电动势为
电机学 Electric Machinery
电气工程教研室
1
第四章 交流电机理论的共同问题
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 交流绕组的构成原则和分类 三相双层绕组 三相单层绕组 气隙磁场正弦分布时交流绕组的感应电动势 感应电动势中的高次谐波 通有正弦电流时单相绕组的磁动势 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势 三相交流绕组所产生的气隙磁场和相应的电抗 交流电机的电磁转矩
C
X S
A
o
t
π
B 3m
b 3 2π
Z
B
1）电动势的波形
N
S
取原点在转子上b=0处，则基波气隙磁密
b 1 B 1m sin
假设t=0时，导体A位于=0处，则当时间为t时，导体A位于 =t处，
电机第四章《电机设计(第2版)——高等学校教材》陈世坤 主编
4.3 主电抗计算
二、异步电机励磁电抗的计算方法
2、计算 X m
（7）
X
* m
Xm U N
I N1X m U N
EN1 U N
N1 N
FN1 FN
IN1
FN1, N1, EN1 —由定子额定电流产生的基波磁势、基波磁通及所感生电势
（ I0 IN1 假想） EN1 I0Zm IN1(rm xm ) Im xm
直流电阻： R l
Ac
l 绕组导体长度
Ac 导体截面积
导体材料电阻率
GB755-81规定：要换算到相应绝缘等级的基准工作温度。
t 151 (t t15)
A、E、B：t 75 F、H： t 115
4.1 绕组电阻的计算
交流电阻： 绕组通以交流时，由于集肤效应，电阻值较通直流时增大。
U N , N , FN —额定电压、在定子绕组中感应电势 E UN
时所需基波磁通、相应的气隙磁势。
4.3 主电抗计算
二、异步电机励磁电抗的计算方法
2、计算 X m
FN1
2m
p
I
N1NKdp1
2
(
2mNI
D
N1
)
D
2p
Kdp1
2
A
Kdp1
FN
B 1 ef 0
X
m
FN1 FN
0
2A Kdp1 B1ef
IR
IR
IR
IB
2sin
IB
2sin
p
IB
2 p
2
Z2
Z2
RR
(
IR IB
)2
RR
(
Z2
《中级电工工艺学》教案 第四章 交流电机的修理
第四章交流电机的修理1、交流电机的地位：在实际应用中，交流电机约占全部使用电机的85％以上，因此，掌握交流电机的修理工艺及试验方法，对于维修电工来说，有着十分重要的意义。
2、交流电机分类：交流电机有同步电机和异步电机两大类。
它们的定子结构完全相同，但转子区别很大。
第一节交流电机的绕组及其展开图一、概述1、三相交流电机的绕组指哪些绕组：三相同步电机定子绕组及三相异步电机的定子绕组和三相异步电机的转子绕组都称为三相交流电机的绕组。
2、电枢绕组指哪些绕组：由于三相电机的定子绕组或直流电机的转子绕组为是能量转换的“枢钮”，所以又称为电枢绕组。
（一）三相交流电机绕组构成的原则交流电机绕组的构成原则有以下三点。
1、三相交流电机的绕组必须是对称分布的。
对称的三相绕组应符合以下的条件①各相绕组的导体数、并联支路数相等，导体的规格一样。
②每相绕组在定子内圆周上均匀地分布，三相绕组在空间位置上各相差一个相同的角度。
2、绕组所建立的磁场在气隙中的分布接近正弦以使电机具有良好的性能3、要有一定的经济指标，即在相同的功率情况下体积小，材料省、紧固耐用。
（二）交流电机绕组的分类交流电机绕组的种类很多1、按相数分：有单相和三相绕组；2、按槽内层数分：⑪单层绕组：同心式、交叉式和链式；⑫双层绕组：有叠绕组和波绕组；3、按每极每相所占的槽数是整数还是分数：又有整数槽和分数槽两种本节仅以三相单层和双层绕组为例说明绕组的排列和连接。
（三）绕组的几个基本术语组元件。
线圈单元可以由一匝或互相绝缘的多匝导体组成，如图4—1所示。
有效部分：线圈单元有两个线圈边，每个线圈边嵌放在槽内直线部分的叫有效部分；端部：槽外部分叫端部。
首端和末端：线圈单元有两个引出线，一个叫首端，另一个叫末端。
2、极对数p 电机的主磁场沿气隙按N 、S 、N 、S ……交替分布，一对磁极形成一个周期。
如果沿气隙有户 个周期，则极对数为声。
图4—2是极对数p=4的电机的磁场分布情况。
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
华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)
◎ 并联支路数a：一相绕组中并联支路的个数，即因各个线圈组 的感应电动势相等，可以采用串、并联方式将q个线圈组连接，形 成a条并联支路。 ◎ 单层绕组每相最大并联支路数 amax = p
a=1
A1 A
X1
A2
X2 X
a=2
26
④ 画出三相绕组：
每极磁通 1
2
Bm1l
1 f 2
导体感应电动势
Ec1 2.22 f1
44
2. 线圈电动势与短距系数
线圈电动势有效值
y1 π E y1 N c Ec1 2 sin( ) 2
将一对极下属于同一 相的某两个导体连接 ，构成一个线圈 将一对极下属于同一 相的q个线圈连接，构 成一个线圈组
A1
X1
A2
X2
24
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q。 线圈组 线圈组
A1
X1
A2
X2
线圈
25
④ 构成一相绕组：
A相绕组整体右移120°得B相绕组，整体右移240 °得C相绕组
27
总结：单层叠绕组构造方法和步骤
画槽电动势星形图
分极分相:
将总槽数按极数均匀分开，N、S极相邻分布 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
构成线圈和线圈组：
将一对极下属于同一相的某两个圈边连接，构成一个线圈 将一对极下属于同一相的q个线圈连接，构成一个线圈组
构成一相绕组：
将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端 根据并联支路数将线圈组串联、并联或串并联，均符合电势相加原则
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。
电气工程概论第四章电力电子技术与电力传动
DC-DC直流斩波主电路
•(a)
•(b)
•电气工程概论
4.7.3 交流电机传动
• 目前交流电机最为普遍的调速方法，无论是同步电机
还是异步电机，都是通过调节定子电压(电流)的频率fs来
实现。
•电气工程概论
Hale Waihona Puke •电气工程概论人们研究了交流电机的调速，并取得了良好的效果，使这在某些 调速场合代替了直流电动机。
除了普通的直流电机和交流电机外，还有各种微控电机。微控电 机广泛用于各种家电、办公设备和伺服控制系统中。微控电机的 发展和应用，也是电机发展和应用的一个重要方面。
电力拖动系统又称为电力传动系统或电机调速系统。电机调速传 动分为工艺调速传动、节能调速传动、牵引调速传动和精密、特 种调速传动四大类。
电动机分为直流电机和交流电机两种。在电机的发 展史上，直流电机发明较早，它的电源是电池。后 来才出现了交流电机。
直流电动机具有调速范围广、易于平滑调速；起动 、制动和过载转矩大；易于控制，可靠性较高等优 点。但直流电机有一个突出的缺点——换流问题。 它限制了直流电机的极限容量，又增加了维护的工 作量。
•电气工程概论
正是因为电力传动系统具有如此广泛的应用背景 ，再加上电力电子技术的飞速发民，近十年来全 球工业应用的电机调速装置增长了25%，远远超 过了前30年的增长率。
随着微电子技术和自动控制技术的发展，使全数 字微机控制的电力拖动系统得以问世并迅速发展 起来。微机控制技术在电力拖动系统中的应用给 这一领域注入了新的活力，使之呈现现出蓬勃发 展的新景象。
采用SVC、DVR和APF的电能质量 控制示意图
•电气工程概论
• 4.5 电力电子技术的主要应用领域
第四章： 正弦交流电路
= 2U sin (t+90)
i
【小结】电感两端电压和电流关系：
O
ωt
① 两者频率相同；
90
② 电压超前电流90，即相位差为：
= u i 90
③ 大小关系：U=I·L=I· XL ； XL为感抗；
20
i(t)= 2I sin t
u(t)= 2IL sin (t+90)
2. 感抗：Ω
∵ 有效值：U =I L
u
i
o
ωt
i
i
i
i
+
--
+
u uuu
-
++-
p(t)
+ p <0 + p <0
o
p >0
p >0
∵ 储存能量和释放能量交替
进行 ∴ 电感L是储能元件。
【结论】纯电感不消耗能量， 只和电源进行能量交换（能量 的吞吐)。
ωt
储能 释能 储能 释能
24
(3)无功功率Q：
用以衡量电感电路中与电源交换能量的瞬时最大值即振幅 称作~。即：
正确写出幅、角的值。如：
+j
B 4
A
A 3 j4
第一象限
4 A 5 arctan
3
-3 0 C -4
B 3 j4
第二象限
4 B 5(180 arctan )
+1
3
3
C 3 j4
第三象限
4 C 5(arctan 180)
3
D
D 3 j4
第四象限
4 D 5( arctan )
3
式中的j 称为旋转因子，复数乘以j相当于在复平面上逆
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。
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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
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4.过载系数
第一章 绪论
第四章 交流电机
工作时必须使TL <Tmax ，否则电机将停转。此时,电动 机的电流马上升高6、7倍，电动机严重过热，以致烧 坏。 Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst > TL电机能起 动，否则不能起动。
第一章 绪论
第四章 交流电机
电动机的运行分析:
二、反馈制动
第一章 绪论
第四章 交流电机
三、反接制动 电源反接 倒拉反接
第一章 绪论
第四章 交流电机
小结
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的启动方法 三相异步电动机调速：
三相异步电动机制动
第一章 绪论
2
7
3 7 (b)
8
9
4
第一章 绪论
第四章 交流电机
(5)绕线式异步电动机转子串电阻起动
第一章 绪论 绕线转子电动机串电阻启动线路
第四章 交流电机
§4.5 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的调速：
第一章 绪论
第四章 交流电机
§4.7 一、能耗制动 三相异步电动机的制动特性
第一章 绪论
第四章 交流电机
此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供 的功率自动增加。 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整 ，这种能力称为自适应负载能力。
第一章 绪论
第四章 交流电机 三、三相异步电动机的人为机械特性
1.降低电动机电源电压时的人为机械特性：
第一章 绪论
第四章 交流电机
2.定子电路接入电阻或电 抗时的人为特性：
3.改变定子电源频率时的 人为特性：
第一章 绪论
第四章 交流电机
4.转子电路串电阻时的人为特性：
第一章 绪论
第四章 交流电机
§4.5 三相异步电动机的启动
一、起动要求
起动： n = 0，s =1。 起动问题：起动电流大，起动转矩小。
第一章 绪论
第四章 交流电机
二、起动方法 (1)直接起动
二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。
第一章 绪论
第四章 交流电机 二、机械特性曲线
转矩与转差率的关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关 系曲线n=f(T),称为电动机的机械特性曲线。
第一章 绪论
第四章 交流电机
1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。
第一章 绪论
第四章 交流电机
2.最大转矩 Tmax
第一章 绪论
第四章 交流电机
第一章 绪论
第四章 交流电机
(2)定子串电阻或电抗器降压启动
~ KM ~
KM1
Rst
M 3~
第一章 绪论
第四章 交流电机
(3)星型 -三角 型换接降压启动
~ KM ~
KM2 X Y Z
KM1 KM1
第一章 绪论
第四章 交流电机
(4)延边三角形降压启动
1
U L
6 5
1
U L
2 6 3 8 5 9 4 (a)
第四章 交流电机
§4.4 三相异步电动机的机械特性
一、转矩公式
第一章 绪论
第四章 交流电机由公式源自知2 1. T 与定子每相绕组电压U 1 成正比。U 1 T
2. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。 3. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。