电机与拖动基础第六章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势(第一部分)

第六章交流电动机电枢绕组的电动势与磁通势

根据规定的参考方向短距绕组的基波电动势相量为图66短距线圈基波电动势交流电机电枢绕组的电动势与磁通势61261交流电机电枢绕组的电动势短距绕组电动势和短矩系数绕组节距用y1y槽数表示也可用电角度r表示sin44交流电机电枢绕组的电动势与磁通势61361交流电机电枢绕组的电动势由此可见显然1即采用短矩绕组后基波电动势将有所减小但通过适当地选择节距可以在基波电动势减小不多的情况下大大削弱某些谐波电动势从而有效地改善电动势波形
1 1
11Βιβλιοθήκη 6.17第6章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
6.1 交流电机电枢绕组的电动势
2p p qN y 和 qN y 分别表示双层绕组和单层绕组每条支路以上两式中 a a 的串联匝数，统一用有效匝数N1表示，这样就可得到绕组相电动势的一般公式
E 4.44 f1 N11kN
6.9
图6.5 整距线匝感应基波电动势
第6章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
6.1 交流电机电枢绕组的电动势
一个线匝的基波用eT表示，它的参考方向如图6.5(C)所示。eT与 e 、 e X A 之间的关系为 e e e
T A X
如果用相量表示，则为
ET E A E X

E y ( y1 ) E y ( y1 )
显然， k P＜1，即采用短矩绕组后基波电动势将有所减小，但通过适当地选择节距可以在基波电动势减小不多的情况下，大大削弱某些谐波电动势，从而有效地改善电动势波形。对于整矩绕组可以看成短距在 k P =1的一种特例。短距系数的物理含义是：由于绕组短距后，两绕组边中感应电动势不再相等。求绕组电动势时不能像整矩绕组那样代数相加，而是相量相加，也就是把绕组看成是整距后所求绕组电动势再做折算。

电机与拖动基础第六章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势(第一部分)汇编

N
n
o
S
-
α
O A

2

N
S
气隙磁通从磁极到定子为正，对应的磁密也为正，反之为负。感应电动势的正方向以出纸面为正。波长等于一对主磁极极距、沿气隙圆周方向分布的正弦波形的磁密波，称之为基波磁密：
b B sin
Bδ：气隙磁密的最大值
5
6.1.1 导体电动势
b
b B
O A
转子的电角速度ω ：
=p
分析电机的原理时，都用电角度，而不用机械角度
3
6.1.1 导体电动势
b
A
b
N
n
o
S
α
O A

2

N
S
坐标原点：两个主磁极的中间点横轴：α轴，与转子表面重合，表示磁极表面各点与坐标原点之间的距离，用电角度衡量。纵轴：b轴，代表气隙磁密的大小
4
6.1.1 导体电动势
b
b
+
B
A
b
y1 A X
Ny：线圈匝数
头
尾
11
6.1.4 短距线圈电动势
短距线圈的节距：y1＝y （0＜y＜1）
短距线圈的基波电动势相量：Ey EA EX
短距线圈的基波电动势： y1 Ey 2EA sin 2EA sin y 4.44 fN y sin y 4.44 fN y k p 2 2 2
k p sin y

2
：基波短距系数
ey
eA
eX
E X
E y
y1
E A
12
头
尾
13
6.1.5 整距分布线圈组的电动势

电机拖动基础交流电动机电枢电势与磁通

B
Bm
0
2
A A
X X
N
S
eT
eA A
X eX j
头
尾
EX
EA
ET
6.1.3 整距线圈的电动势
❖ 一个线圈由Wy匝串联而成。 ❖ 线圈两边的距离y1叫节距，用空间电角度表示； ❖ y1=π(即y1=τ)的线圈是整距线圈； ❖ y1<π(即y1<τ)的线圈是短距线圈； ❖ y1>π(即y1>τ)的线圈是长距线圈。
2
f pn (Hz) 60
① 若当磁场转速为 n 时，可知电枢绕组中感应电动势的频率为 f；
② 若当已知电枢三相对称绕组中电流频率为 f 时，产生的旋
转磁场转速为n，称为同步转速。
(4) 单根导体感应电动势的有效值
感应电动势最大值Εm
Βm lv
π 2
2 π
Βm
l 2f
πfΒαv lτ
B
Bm
0
A A X X
2
eT
eA A
X eX
y1 y
头
尾
j
N
Ey EA EX
S 基波短距系数
EX
Ey
y1 EA
E y 2EA sin y 2 4.44 fWy sin y 2 4.44 fWyk y
6.1.5 整距分布线圈组的电动势
❖ 为了充分利用电机定子内圆空间，定子上不止放一个线圈，而是放 n 个线圈，且均匀地分布在定子内表面的槽里。
第三步：按60°相带法分相
Y
35 36
C
34
33 16 15
17
18
19 1
A
20

6.交流电机电枢绕组的电动势和磁动势

t 60
60f n0 (转 /分） p
Im
i A i B iC
t
8-15
如果是两对极旋转磁场的转速为n=60f/2，即绕组中电流变化一周，也就是时间相位上变化了3600（电角度）时，旋转磁场在空间转过半圈，即旋转了1800（机械角度）。如果是p对极，旋转磁场的转速为
Байду номын сангаас
60f n0 (转 /分） p
Im
i A i B iC
t
n 60 f ( 转 / 分） 0
n0
Y C
N
A Z B X Y CS
60
A
Z N B X
Y
C
N
A
Z B
X
S
S
8-14
极对数和转速的关系
A
Y'
Z

A
30
B
C'
X'
N
C ' S
X'
X

Z N
n0
X
S

S
N
A'
B'
C
Y
ZN '
C S
Z'
t 0
A'
• 串联与并联：电势相
加原则。 •最大并联支路数a＝p 。
8-27
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Y接法；
8-28
8-29
4）三相双层绕组
构造方法和步骤（举例：Q=24,2p=4,整距,m=3) • 绕制一个三相四极24槽的双层叠绕组
（1）计算极距
Z 24 6 2p 22

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。

第6章交流电机电枢绕组的电动势与磁动势.

2018/9/15 12
§6.2.1 三相单层绕组
组称为三相单层绕组。
—电机与拖动基础—
1、定义:定子或转子每槽中只有一个线圈边的三相交流绕
2、特点：结构和嵌线简单，适用于10KW以下的小型交流
电机
2018/9/15
13
—电机与拖动基础—
取各个线圈都是整矩，y1=τ =6,A相共有4个线圈，分别是1-7，
k P sin
y1
t
900
6
§6.1.5
整距分布线圈组的电动势
. .
—电机与拖动基础—
.
每极下每相有一个线圈组，线圈组由q个线圈组成，且每个线圈互差α 电角度。如q=3 O
a
qa
Eq E y1 E y 2 E y3
2 qa Eq 2 R sin 2 若把q个线圈集中放在一起 , 则线圈总基波电动势为 qEy qa qa sin Eq 2 2 K 于是 d qEy q 2 R sin a q sin a 2 2 Eq qEy K d q 4.44 fK d N y 2 R sin 其中 : k d 称为基波分布系数
—电机与拖动基础—
E y 4.44 fN y
§6.1.4 短距线圈电动势
y1<τ ,因此节距小于180度，两导体中的感应电势不是差
180度。而是相差
g
y1
t
180 y
0
E1
g β
E C1
E1
E y 4.44 fN y k P
节距因数（基波）
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E1
—电机与拖动基础—
第6章交流电机电枢绕组的电动势与磁动势主要内容

6交流电机电枢绕组的电动势和磁通势解析

ET 2 10 0.965 1放到一起，每个线圈的基波电动势大小相等，相位相同，则线圈组总基波电动势为qEy。但是线圈分布开来后，线圈的基波电动势却为Eq
C
B A
D
q q OCD CDO COD 2 R sin sin Eq 2 2 2 qE k Eq qE y y d qE y 2qR sin q sin 2 2 基波分布
60
频率和电角速度的关系为
2pn 2f 60
导体中感应基波电动势的最大值为
2 Em B lv B l 2 f 2 fBavl f
Bav

1

0
B sin d
2

B
Bavl
4.44 f N y k p
y 其中 k p sin 2
基波短距系数
例题6-2 如果把相距150°空间电角度的A，X两根导体组成线匝，每根导体的电动势为10V，求线匝的基波电动势。
解
y1 y 150

180
150 y 0.833 180
y k p sin sin 0.833 90 0.965 2
第六章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
交流电机包括：同步电机和异步动机（感应电机）。电枢是电机中机电能量转换的关键部分，直流电机电枢指转子部分，而交流电机的电枢是指定子部分。
第6章交流电机电枢绕组的电
动势和磁通势
6.1 交流电机电枢绕组的电动势 6.2 交流电机电枢绕组 6.3 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势 6.4 三相电枢绕组产生的磁通势 6.5 两相电枢绕组产生的磁通势

交流电机电枢绕组的电动势与磁通势 ppt课件

f1N yky11
k y1

cos

2

sin
y1

90
---线圈的节距因数
ppt课件
8
二、线圈组的感应电动势
ppt课件
9
二、线圈组的感应电动势
线圈组的总电动势是q个线圈电动势的相量和
q
Eq1 2R sin 2
R

E y1
2sin
sin q
sin q2
Eq1 Ey1
2

qEy1
1
t
t N y B1mLr sintd (t) N y B1mLr
cost t t
N yB1mLr cos t cost
1

Ny
B1m Lr
cos
t

cost

2N
y B1m Lr
cos
qN y
---q个线圈的总串联匝数
k1 k k y1 q1 ---绕组的绕组因数
k1 的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，整个绕组的合成电动势所打的总折扣。
ppt课件
11
三、相绕组的感应电动势---相电势
单层绕组: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，每条支路串联匝数： N
20
基波转速：
n01＝
60 p
f
60 50＝1500r / min 2
11次谐波转速：
n011＝n01 /11 136.4r / min
11次谐波转速与基波转速相反。
ppt课件
21
三相四极交流电机采用双层分布短距绕组，Y联接，槽数Z＝36，

电机与拖动基础6章

Em = Bδ lv ：基波感应电动势的最大值
E：基波感应电动势的有效值导体中感应的基波电动势随时间变化的波形，决定于气隙中磁密的空间分布波形。在空间上位移的电角度α等于所经历的时间电角度ω t。
e Em 0
ωt
基波电动势的频率：导体A每经过一对主磁极，其感
应电动势便经历一个周期，由于转子上有p对主磁极，转子每转一圈，导体A中的基波电动势变化p周，电机转速为n转／分，则导体A基波电动势的频率为：
2
π
Bδ ：气隙磁密的平均值
导体A中感应基波电动势的有效值为：
1 2
+j
Em =
1 2
π f Φ = 2.22 f Φ
感应基波电动势 e = Em sinωt 可用相量 ? E = E ∠0 表示，并以ω沿逆时针方向在复平面旋转
6.1.2 整距线匝电动势
在定子上相距一个极距(180°电角度或 π 弧度电角度)的位置上放了两根导体A与X，连成一个整距线匝，线匝的两个引出线称为头和尾。由于两根导体A与X在空间位置上相距一个极距，当一根导体处于N极中心下时，另一根导体必定处于S极中心下，所以它们的基波感应电动势总是大小相等，方向相反，即时间相位上彼此相差180 °（π 弧度）时间电角度。
2. 三相单层分布绕组
（2）画基波电动势星形相量图
如图所示瞬间，第24槽里的导体正处在N极的正中心，基波电动势为正最大值，用相量24表示时，如图6.12所示。当磁极转过30°空间电角度时，第1槽里的导体正处在N极的正中心，基波电动势达正最大值。相量１滞后于相量24 30 °电角度。把24个槽中导体的电动势相量都画出来，叫做基波电动势星形相量图。

电机与拖动第6章

（2）绘制槽电动势星形图
C
32 31 14
13
30 12
X 2911
33
15 34 16
Y
35
17
18 36
28 10
27 9
8 26
B
7 25 6
24
20° 1 19
2 20
3
A
21
4
5 22
23
Z
36
交流电机电枢绕组
（2）绘制槽电动势星形图在双层绕组中，上层线圈边的电动势星形图与下
层边的电动势星形图是相似的，其差别在于下层边的电动势相量相对于其对应的上层边的电动势相量位移了 y11 电角度。
将各线圈上层边的电动势相量减去其对应的下层边的电动势相量就构成了所有线圈的电动势星形图。在该电动势星形图中，相邻两线圈的电动势相量的相角差仍然是 1 。
37
交流电机电枢绕组
（2）绘制槽电动势星形图
假定所有线圈以上层边来编号，并与槽号一致，则槽电动势星形图与线圈电动势星形图一致，
所不同的是单位相量所代表的电
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Y
B
41
交流电机电枢绕组
（5）绘制绕组展开图将A相绕组右移240°电角度（即12槽），可得到
C相绕组。
C
动势的值变了，但对于画展开图无影响。（3）分相
按60°相带法分相。
32 31 14
13
30 12
X 2911
28 10
27 9

电机与拖动基础第06章-交流电机的旋转磁场理论

同步转速 n1 的大小怎样改变？
A Y Z
U1 V1 W1
Y2 C2
A1
Z2
B1 X1 C1
C
B
U2 V2 W2 X2 U3 V3 W3 B2 U4 V4 W4 每相绕组由两个线圈串联组成 Z1 A2 Y1
X
每相绕组由一个线圈组成
Y2 × C2 N × X2
A1
Z2 B1
S N
Z1
S
×
X1
B2
（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。
-7-
第六章交流电机的旋转磁场理论第二节旋转磁场的形成和特点一、三相电枢绕组的合成磁动势
根据三角函数的积化和差公式，式（6-5）可以写为
1 πx 1 πx F ( x , t ) F cos( t ) F cos( t ) m1 e m1 e A1 2 2 1 πx 1 πx 2 π F ( x , t ) F cos( t ) F cos( t ) B1 m1 e m1 e 2 2 3 1 πx 1 πx 2 π FC1 ( x, t ) 2 Fm1 cos(et ) 2 Fm1 cos(et 3 )
4 Ni πx FA1 ( x, t ) cos π 2
（6-3）
其中， x表示定子内表面的圆周距离，极距 τ 表示相邻极间的圆周距离。上式可进一步写为
FA1 ( x, t ) Fm1 cos et cos
其中，磁动势基波分量的幅值 Fm1 0.9 NI 。
πx

（6-4）
-6-
A Z Y

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。

电机与拖动第六章

第六章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势同步电机（同步发电机、同步电动机）交流电机异步电机（异步发电机、异步电动机-感应电动机）同步电机与异步电机的定子绕组结构相同，转子结构不同。

本章介绍交流电机的共同点：电动势、磁通势、电枢绕组6.1交流电机电枢绕组的电动势以交流同步发电机为例，所得结论都能应用于异步电机。

6.1.1导体电动势同步发电机模型定子（固定不动），安放电枢绕组，图中导体A 转子（可以旋转），安放主磁极，N 极与S 极原动机拖动主磁极以转速n 相对于定子逆时针方向旋转，相当于导体A 相对于主磁极顺时针方向旋转，根据电磁感应定律导体A 中会感应电势。

将电机展开得到气隙磁通密度沿转子磁极表面的分布气隙磁通密度波形取决于转子磁极形状，在同步发电机中尽量使得气隙磁通密度波形为正弦形，磁极采用不均匀气隙。

αsin m x B B =, m B −气隙磁密幅值（最大值）α−距离坐标原点x 处的电角度，一对极距离为360o or 2π α=ωt,lv B E m m = −感应电动势幅值, E −感应电动势有效值常用物理量的计算1.机械角度β与电角度α的关系机械角度β是空间实际角度，电机转一圈，β=360o ；电角度α=p β； 2极电机p =1电机转一圈α=β=360o 4极电机p =2电机转一圈α=2β=720o 2.电动势频率f （每秒基波电动势变化的周波数）Hz （周/秒）3.电角速度ω与机械角速度Ω的关系（每秒钟转过的孤度或电角度） 4.电动势频率f 与电角速度ω的关系ω=2πf rad/s 也是导体A 感应基波电动势变化的角频率。

5.基波电动势幅值E mlv B E m m =,6.1.2整距线匝电动势eA 与eX 空间位置相距一个极距，一个在N 极下，另一个在S 极下，大小相等。

整距线匝基波电动势为：X A T e e e -=∙∙∙-=X A T E E EΦ==f E E A T 44.426.13整距线圈电动势N y 匝串联组成一个线圈，整距线圈基波电动势为：Φ=y y fN .E 4446.14短距线圈电动势设线圈节距 τπy y y ==1,短距:10<<y ，整距:1=y基波短距系数，整距 k y =16.1.5整距分布线圈组的电动势相邻线圈的槽距角（电角度）∙∙∙∙++=321y y y q E E E E整距集中绕组的电动势整距分布线圈组的电动势k q 为基波分布系数若有q 个线圈分布，基波分布系数为d y q k E q E ⋅⋅=,称为每极每相槽数分布线圈组的基波电动势为: Φ⋅⋅⋅⋅=d y q k qN f .E 444 分布短距线圈组的基波电动势为:Φ⋅⋅⋅⋅=Φ⋅⋅⋅=dp y d p y q k qN f .k k qN f .E 444444 p d dp k k k = 称为绕组基波系数举例：p=2,Z=36 每线圈基波电动势E=15V y , 求k d , E q分布线圈组的基波系数分布线圈组的基波电动势 V ..E k q E y d q 5431596703=⨯⨯=⋅⋅= 相绕组的感应电动势Φ⋅⋅⋅⋅=Φdp k N f .E 444 N 为每相绕组的串联匝数对于单层绕组对于双层绕组a 为绕组并联支路数6.2交流电机电枢绕组 6.2.1三相单层绕组 1. 三相单层集中整距绕组∙A E 领先∙B E o 120时间电角度 ∙B E 领先∙C E o 120时间电角度2. 三相单层分布绕组例：Z=24,p=2, 连成三相单层分布绕组 (1) 相邻两槽之间的槽距角α（电角度）o Z p 30243602360=⨯=⨯=α (2) 画基波电动势星形相量图(3)按60o 相带分相每极每相槽数 (4)画绕组连接图(5)确定绕组并联的路数一路串联（实线）: X 1接A 2，A 1头，X 2尾。

电机拖动-交流电机

fy
(c)
1
y1
1 iN y 2

2
3 2
0
1
2
iN y
(d)

2
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3 2
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由上边的图，可以看出双层绕组纵横轴对称，没有直流分量及各次正弦和偶次谐波分量，只有奇次的余弦项。展成傅氏级数为
f 双 ( , t ) C1 cos C3 cos 3 C5 cos 5 Cv cos v

2 IN y k p1 cost cos
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6.3.3 单层分布线圈产生的磁通势
3
2 1

1
2
3
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24
F y1 F y3 F y2 F y1 F y3
q
F y2
E q

2

2
0
F F F F q1 y1 y2 y3 sin q 2 qF k Fq1 qFy1 y1 d 1 q sin 2
电机与拖动基础（第十五讲）
2011.4.11
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第6章交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
6.3 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势
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6.3 交流电机电枢单相绕组产生的磁通势
在电机里，不管什么样的绕组，当流过电流时，都要产生磁通势。交流电机电枢绕组产生的磁通势与直流电机相比，要复杂一些。分析磁通势的大小及波形等问题，应从两大方面来考虑： 1）首先是绕组在定子空间所在的位置； 2）其次再考虑该绕组流过的电流，在时间上又是如何变化的。