第六章交流电机绕组
第06章-交流电机的旋转磁场理论
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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。
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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
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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。
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：
交流电机的基础知识
交流电机的共同理论 绕组、电势和磁势
交流电机绕组构成原则
三相单层绕组
*三 相 双 层 绕 组
交流电机绕组电势
交流电机绕组磁势
交流电机的共同理论 绕组、电势和磁势 本章要求：
掌握交流电机三相绕组构成原则。 能够绘制三相单层同心式分布绕组展开图。 掌握基波磁场下集中、分布绕组线圈组电势计算。 熟悉基波磁场下双层、短距分布绕组相电势计算。
4
上下
二、绕组基本知识
• 极距是指每一磁极所占定子内圆周的 距离，即有 Z1
2p
• 节距y是指线圈两有效边之间的距离。 单层绕组是整距绕组，即有y=τ
• 每极每相槽数q是指一个磁极下一相绕
组所占有的槽数，即有： q
Z1
2 pm1
• 相带：是指一相绕组在一个磁极下连 续所占的范围。
A1
X1 总槽数Z
每极每相槽数q= 2pm
P：极对数；m：相数。
上下
线圈节距Y1:一个线圈的两个有效边之间的距离 。
y1 Z 2p
槽距角
p
360 Z
总电角度 总槽数
上下
绕组编绕方法有：同心式和叠绕
A
X
同心式
AX 叠绕
单匝
上下
二、 三 相 单 层 交 流 绕 组
一交流机：Z=24，P=2，m=3，画出单层同
旋转，定子绕组切割气隙磁场，产生电势。
Y
C
N
An
X
S
Z
B
上下
第6章 交流电机基础 9、我们的市场行为主要的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。21.8.1621.8.16Monday, August 16, 2021
交流电机绕组及感应电动势
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
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
电机学-三相交流绕组
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
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。
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
Electric Machinery
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。
Electric Machinery
定 子 铁 芯 和 线 圈
交流 电机 的定 子绕 组
Electric Machinery
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。
Electric Machinery
交流电机绕组及其感应电动势
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
交流电机的电枢绕组
交流绕组的形式
等元件式整距叠绕组 单层绕组 同心式绕组 链式绕组 交叉链式绕组 交流绕组 双层叠绕组 双层绕组 双层波绕组
等元件式整距单层叠绕组
同心式绕组
链式绕组
交叉链式绕组
双层叠绕组
单层叠绕组的构成
实例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（极）的单层叠绕组 基本步骤： 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。 • 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电 角度。 每极每相槽数
• 电机的机对数为p时，气隙 圆周的角度数为p ×360电角 度。
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。
★槽距角，相数，每极每相槽数
• 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用α表示；
• 每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示。
Z q 2 pm
对交流绕组的要求
（1）交流绕组通电后， 必须形成规定的磁场极数；
（2）多相绕组必须对称， 不仅要求m相绕组的匝数N、跨距y1、线 径及在圆周上的分布情况相同， 而且m相绕组的轴线在空间上互差 3600/m电角度。
（3）交流绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布为正弦分布，且 旋转磁场在交流绕组中感应电动势必须随时间按正弦规律变化。 采 用分布绕组和短距绕组。 （4）在一定的导体数之下， 建立的磁场最强而且感应电动势最大。 因此线圈的跨距y1尽可能接近极距， 而且对于三相绕组尽可能采用 600相带。（每个极距内属于同一相的槽在圆周上连续所占有的电角 度区域称为相带）。 （5）用铜少；下线方便；强度好。
电工基础第六章 三相交流电路
相线与相线之间的电压称为电源的线电压。分别用
表示,规定线电压的参考方向是自U 相
指向V相、V相指向W 相、W 相指向U 相。
相线与中性点之间的电压称为电源的相电压。分别
用
表示,规定相电压的参考方向为始端指
向末端。
线电压总是超前于对应的相电压30°。
三相四线制线电压与相电压的相量图
三相电源绕组的三角形连接
三相对称负载星形连接时中线电流为零。
不对称的低压供电系统中,不允许在中线上安装熔断器 或开关,而且中线常用钢丝制成,以免断开。应尽量使三相 负载对称,保持三相平衡,以减小中线电流。
二、三相负载的三角形连接 负载的相电压和电源的线电压大小相等。
三相负载的三角形连接
三、三相负载的功率 在三相交流电源中,三相负载消耗的总功率为各相负
2.理解中线的作用。
接在三相电源上的负载统称为三相负载。通常把各相负 载相同的三相负载称为对称三相负载,如三相电动机、大功率 三相电路等。如果各相负载不同,就称为不对称三相负载,如 三相照明电路中的负载。
一、三相负载的星形连接
三相负载的星形连接
流过每相负载的电流称为相电流,流过每根相线的电流 称为线电流。由上图可见,线电流和相电流大小相等,即
§6—1 三相交流电源 §6—2 三相负载的连接方式
§6—1 三相交流电源
1.了解三相交流电的产生和特点。 2.掌握三相电源绕组星形连接时线电压和相电 压的关系。 3.了解三相四线制、三相五线制和三相三线制 供电方式。
架空线
三相异步电动机电源线 三相线路
三相交流电具有以下优点: (1)三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率要大。 (2)三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少,而使用、维 护都比较方便,运转时比单相发电机的振动要小。 (3)在同样条件下输送同样大的功率,特别是在远距离输电时, 三相输电比单相输电节约材料。 (4)从三相电力系统中可以很方便地获得三个独立的单相交流 电。当有单相负载时,可使用三相交流电中的任意一相。
电机学3交流绕组的电动势和磁动势
第五章 交流绕组和电动势 第六章 交流绕组的磁动势
李艳
第五章 交流绕组和电动势
5.1交流电机的基本工作原理及对绕组的要求 5.2三相单层集中整距绕组及其电动势 5.3三相单层分布绕组及其电动势 5.4三相双层分布短矩绕组及其电动势
第六章 交流绕组的磁动势
6.1单层集中整距绕组的磁动势
基波磁动势最大值为:
4 2 F NI 0 . 9 NI y 1 y y 2
整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线， 空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化——仍然为脉动磁动势。
单相脉动磁动势的分解
1 1 f(, t ) F c o s t c o s F c o s ( t ) F c o s ( t ) 1 1 1 1 2 2 + = f(, t ) + f(, t ) 1 1
5.4三相双层分布短距绕组及其电动势
短距线圈的电动势
E 4 . 4 4 f N Φ k y 1 ( y ) y 1 1 y 1
1
2 B m1 l
E y y 1 ( y τ ) 0 1 k s in ( 9 0 ) y 1 E τ y 1 ( y τ )
ห้องสมุดไป่ตู้
称为短距系数： 线圈短距时电动势 比整距时打的一个 折扣．
Z q 2 pm
• 7.相带：60度相带——将一个磁极分成m份，每份 所占电角度 120度相带——将一对磁极分成m份，每份 所占电角度 • 8.极相组——将一个磁极下属于同一相（即一个 相带）的q个线圈，按照一定方式串联成一组，称 为极相组（又称为线圈组）。 • 9.线圈组数 = 线圈个数/ q
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。
交流电动机绕组课件
• 1）正串联结：即极相组的尾端接首端，
•
首端接尾端。[庶极接线]（隐极）
什么是庶极接线?
每相绕组的极相组数等于极对 数,因而每极相组的线圈数为正
常(显极)接法的两倍;
• 2）反串联结：即极相组的尾端接尾端，
•
首端接首端。[显极接线]
• 13、相带；是指每极下一相所占的宽度。每极 每相槽数所占的区域称为一个相带。通常情况 下，三相异步电动机每个磁极下可按相数分为 三个相带，因一个磁极对应的电角度为180° ，
引
言
• 定子绕组是三相异步电动机的主要组 成部分，是电机结构的核心。在电动机检 修工作中主要是对电机电气部分进行检修， 而绕组就是组成电气部分的最重要部分。 所以只有掌握三相异步电动机绕组的主要 结构才能很好的完成电机检修工作，提高 检修水平。
第一节 交流电动机绕组联接图
• 一、分类 • （一）、按绕组相数分类： • 单相： 220V～110V • 两相： 220V～380V • 三相： 220V～380V • （二）、按槽内绕组层数分类: • 单层，双层绕组，单、双层绕组。单层绕组电
222\322\232\223\222\322\232\223\ 每相有6组2把一组有极相组，2个3把一组的
极相组，该绕组为分数槽。
• 二、有关术语
•
1、线圈：线圈也称绕组元件，是构成
绕组的最基本单元。它是用绝缘导线按一定的
形状绕制而成的。可由一匝或多匝，一根或多
根并绕而成。
•
2、线圈组：（极相组）：由多个线圈
•
主要应用于4、 6、8 极电机，节距
•
均为1~6（槽）。
• 例：y-160M-6，7．5kw，36(槽)，单层链式， 节距为1~6，
三相交流异步电动机讲义
第六章三相交流异步电动机三相的意思是有三相绕组，通入三相对称电流，每个绕组是一相。
三相异步电动机结构简单，运行可靠，制造方便，有较高的运行效率和较好的工作 特性，所以非常通用，这里就以三相异步电动机为例介绍交流电机。
6.1结构三相异步电动机种类很多，但基本结构相同，都是由定子和转子这两大基本部分组 成的，在定子和转子之间具有一定气隙。
此外，还有一些附件。
乞一轴壊』4一定予蜿组* 5-转于』6-^j 7—集电环| 8—岀线當 6.1.1定子部分定子是用来产生旋转磁场的，三相异步电动机的定子一般由外壳、定子铁心和定子 绕组组成。
(1) 定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由薄硅钢片叠压而成的。
每片之间绝 缘，减少了由于交变磁通通过引起的铁心涡流损耗。
铁心内圆有均匀分布的槽口，用来 嵌放定子线圈。
(2) 定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，给三相钉子绕组通入对称三相电流时就会产生 旋转磁场。
三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，每个绕组又由若干线圈连接而成。
线圈由绝 缘铜/铝导线绕制而成。
每个绕组即为一相，各绕组在空间相差 120。
电角度。
1 一鸦子18组』乞一難昌I定子三相绕组的六个出线端 6 4 n n都引至接线盒上，首端是d i ,d 2,d 3 , 末端是d 4,d 5,d 6，这六个出线端在 接线盒里的排列方式如图，可以接 成星形或三角形。
6.1.2转子部分 (1)转子铁心是由硅钢片叠压而成的，套在转轴上，作为电动机磁路的一部分，同时用来安放转 子绕组。
(2)转子绕组分为绕线型和鼠笼型两种，异步电动机由此分为绕组转子异步电动机与鼠笼异步电动机两种。
①绕线型绕组与定子绕组一样也是个三相 绕组，一般接成星形。
三相引出 线分别接到转轴上的三个集电环 (滑环)上，集电环与转轴是绝 缘的。
通过电刷与外电路相连， 这就有可能在转子电路中串接电 阻或电动势以改善电动机的运行 性能。
②鼠笼型绕组在转子铁心每个槽中插入一根铜条，铜条两端的铜环(端环)把导条连接起来，称 为铜排转子。
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第六章交流电机绕组、电动势及磁动势6-1 有一台交流电机，Z=36，2P=4，y=7，2a=2，试会出：（1）（1）槽电势星形图，并标出600相带分相情况；（2）（2）三相双层迭绕组展开图。
答：（1）槽距角20363602360=⨯=⨯=Zpα每极每相槽数334362=⨯==pmZq由α=200画出槽电动势星形图，然后由q=3标出按600相带的分相情况（见图a），顺序为：A-Z-B-X-C-Y.Z C磁路的磁阻阻R m ）影响气隙磁场沿圆周分布波形。
隐极发电机，由于气隙均匀，沿气隙圆周各点磁阻相同，每极范围内安放励磁绕组部分，即励磁磁势F 影响气隙磁场沿圆周分布波形。
6-3 试述短距系数和分布系数的物理意义，为什么这两系数总是小于或等于1？答：短距系数物理意义是：短距线匝电动势E t(y<t)（为构成线匝的两导体有效边电动势相量和）与整距线匝电动势E t(y=τ)(为构成线匝的两导体有效边电动势代数和)的比值，即：)()(ττ=<=y t y t y E E k分布系数物理意义是：线圈组各线圈分布在若干个槽时电动势相量和E q(q>1)和对各线圈都集中在同一槽 时电动势代数和E q(q=1)的比值，即：)1()1(=>=q q q q q E E k ; 由数学知：相量和总是小于（或等于）其代数和，即)()(ττ=<<y t y t E E 及)1()1(=><q q q q EE, 故其比值 即K y 及K q 总是小于1.6-4 在交流发电机定子槽的导体中感应电动势的频率、波形、大小与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答： (1) 频率60pnf =频率f 与磁极对数p 和发电机的转速n 有关，p 是由构造决定，n 是由运行条件决定。
（2） 波形与电机气隙磁通密度沿气隙圆周分布的波形有关，它由电机结构决定。
（3）大小 E c =2.22f Φ导体电动势E c 大小与频率f 及每极磁通Φ有关，f 及Φ由电机的运行条件决定。
6-5 总结交流发电机定子电枢绕组相电动势的频率、波形和大小与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答： (1)频率 ：同上题（同槽导体感应电动势的频率）(2)波形：与绕组结构（是短距还是整距绕组，是分布还是集中绕组）有关，由构造决定。
(3)大小： Φ=w fNK E 44.4φ相绕组电动势E Φ大小与频率f 、一条支路匝数N 、绕组系数K W 及每极磁通Φ有关，其中N 、K w 由构造决定，f 、Φ由运行条件决定。
6-6 试从物理和数学意义上分析，为什么短距和分布绕组能削弱或消除高次谐波电动势？答： 因谐波电动势υυυυφυΦ=q y K NK f E 44.4，欲要消除或削弱某次谐波电动势，只需使某次谐波的短距系数K y υ或分布系数K q υ为零（或很小）即可。
如短距绕组，欲消除υ次谐波，可令k y υ=0，得τυυ1-=y ,即其节距只需缩短υ次谐波的一个节距。
欲消除5次谐波电动势，取节距τ54=y .由图(a)知，此时线圈的两个有效边在5 次谐波磁场中，正处于同一极性的相同磁场位置下，因此，两有效边的 5 次谐波电动势恰好抵消。
通过计算可得：k y1=0.951, k y3=-0.588, k y5=0, k y7=0.588等，可知采用短距绕组后基波电动势也有所削弱，但谐波电动势削弱程度远远超过基波电动势。
又如分布绕组，可取q=2,算出k q1=0.966, k q3=0.707, k q5=0.259, k q7=0.259等，可知：采用分布绕组，基波电动势也有所削弱，但谐波电动势削弱程度远远超过基波电动势。
从波形图(b)可看出，本来相邻两线圈电动势波形为不同相的梯形波，其合成后的波形6-7 答：同步发电机无论采用Y 接线还是△接线，都能改善线电动势波形，而问题是接△接线后，△接的三相线圈中，会产生3次及3 的奇次倍谐波环流，引起附加损耗，使电机效率降低，温升升高，所以同步发电机一般不采用△接来改善电动势波形。
而变压器无论在哪一侧接成△接，都可提供 3次谐波励磁电流通路，使主磁通波形为正弦波，感应的相电动势为正弦波，改善变压器相电动势的波形。
6-8额定转速为每分钟3000转的同步发电机，若将转速调整到3060转/分运行，其它情况不变，问定子绕组三相电动势大小、波形、频率及各相电动势相位差有何改变？答：本题题意为转速升高(升高02.130003060=倍)（1） （1） 频率60pn f =f ∝n (p=c), 故频率增加1.02倍。
（2）大小 044.4Φ=w fNK E φE Φ∝f(N 、k w 、Φ0=C),电动势增加1.02倍。
（3） （3） 波形和各相电动势相位差不变，因它们与转速无关。
6-9 一台4 极，Z=36的三相交流电机，采用双层迭绕组，并联支路数2a=1，τ97=y ，每个线圈匝数N C =20，每极气隙磁通1Φ=7.5×10-3韦，试求每相绕组的感应电动势？解： 极距 94362===p Z τ 节距 799797=⨯==τy 每极每相槽数 334362=⨯==pm Z q槽距角 00120363602360=⨯=⨯=Z p α用空间电角度表示节距1140207=⨯==αγy基波短距系数94.02140sin2sin11===γyK基波分布系数96.0220sin32203sin2sin2sin1=⨯⨯==ααqqKq每条支路匝数匝24012034221=⨯⨯==apqNN c基波相电动势VK fNKEqy6. 360105.796.094.02405044 .444.431111=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=Φ6-10 有一台三相异步电动机，2P=2，n=3000转/分，Z=60，每相串联总匝数N=20，f N=50赫，每极气隙基波磁通1Φ=1.505韦，求：（1）（1）基波电动势频率、整距时基波的绕组系数和相电动势；（2）（2）如要消除5次谐波，节距y应选多大，此时的基波电动势为多大？解：(1) 基波电动势频率HZ pnf50603000160=⨯==极距302602===pZτ每极每相槽数1032602=⨯==pmZq槽距角16603601360=⨯=⨯=Zpα整距绕组基波短距系数11=yK基波分布系数9553.026sin102610sin2sin2sin111=⨯⨯==ααqqKq基波绕组系数9553.09553.01111=⨯==qywKKK基波相电动势V fNKEw5. 6383505.19553.0205044 .444.4111=⨯⨯⨯⨯=Φ=Φ(2) 取τττυυ545151=-=-=y用空间电角度表示节距1114418054=⨯==αγy基波短距系数951.02144sin2sin11===γyK基波相电动势VK fNKEqy7. 6070505.19553.0951.0205044 .444.41111=⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=Φ6-11 总结交流电机单相磁动势的性质、它的幅值大小、幅值位置、脉动频率各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：幅值IpNKF w m1 19.0=单相绕组基波磁动势幅值大小：与一条支路匝数N、绕组系数K w1、磁极对数p及相电流I有关，其中N、K w1及p 由构造决定，I由运行条件决定。
幅值位置：恒于绕组轴线上，由绕组构造决定。
频率：即为电流频率，由运行条件决定。
6-12总结交流电机三相合成基波圆形旋转磁动势的性质、它的幅值大小、幅值空间位置、转向和转速各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？答：幅值IpNKF w m1 135.1=三相合成基波圆形旋转磁动势幅值大小，其决定因素与单相基波磁动势同。
空间位置：沿气隙圆周旋转。
当哪相电流最大，三相合成基波圆形旋转磁动势就转至哪相绕组轴线上，绕组由构造决定，电流由运行条件决定。
转速：p fn 601=转速与电流频率f及磁极对数p 有关，p由构造决定，f由运行条件决定。
转向：与电流相序有关（与电流相序一致），由运行条件决定。
6-13 一台50Hz的交流电机，今通入60Hz的三相对称交流电流，设电流大小不变，问此时基波合成磁动势的幅值大小、转速和转向将如何变化？答：本题题意为频率增加（增加倍2.15060=）由上题知，基波合成磁动势幅值大小及转向与频率无关。
而转速n1与频率成正比，故转速增加1.2倍。
6-14 一交流电机如图6-17，当在不动的转子上的单相绕组中通入50Hz交流电流后，将在定子绕组中感应电动势。
如果将定子三相绕组短接，问此时绕组中通过的电流产生的合成磁动势是脉动还是旋转的，为什么？答：在不转的转子单相绕组中通以正弦交流电流产生脉动磁动势，它可以分解为大小相等（原脉动磁动势最大幅值的一半）、转速相同（p f60）而转向相反的两个旋转磁动势，它们分别切割定子三相绕组，在三相绕组中感应出大小相等（因两旋转磁动势的幅值相等）、频率相同（因切割速度相等）而相序相反（因转向相反）的三相对称感应电动势，分别称为正序电动势和负序电动势。
由于定子三相绕组首端短接，则正序电动势产生正序电流，流过定子绕组产生正向旋转磁动势，负序电动势产生负序电流，流过定子绕组产生反转旋转磁动势，这两磁动势大小相等、转速相同、转向相反，叠加结果，其空间合成磁动势为一脉动磁动势。
6-15试分析图6-18情况下是否会产生旋转磁动势，转向是顺时针还是逆时针？ 答： 图（a ） 旋转磁动势， 转向：逆时针方向 图（b ） 旋转磁动势， 转向：顺时针方向图（c ） 脉动磁动势图（d ） 旋转磁动势， 转向：逆时针方向 图（e ）旋转磁动势， 转向：顺时针方向 图（f ） 旋转磁动势， 转向：顺时针方向6-16 若在对称的两相绕组中通入对称的两相交流电流t I i t I i m B m A ωωsin ,cos ==，试用数学分析法和物理图解法分析其合成磁动势的性质？ 答：由数学分析：（以基波合成磁动势为例） 由单相绕组磁动势幅值I p NK F w m 19.0=知：由于两相绕组匝数相同，两相电流大小相等，故两相绕组磁动势幅值相等，其表达式分别为：x t F x t F f m m B τπωπτπωsinsin )2cos(sin 111=+=所以：)cos(sin sin cos cos sin sin coscos 1111111x t F x t x t F x t F x t F f f f m m m m B A τπωτπωτπωτπωτπω-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=+=+=故为旋转磁动势。