第6章 交流电机绕组及其感应电动势.
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第六章 交流电机绕组及其感应电动势
6.1 旋转电机的基本作用原理 6.2 交流绕组 6.3 绕组的感应电动势 6.4 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
1、旋转电机是一种以磁场为耦合场的连续旋转
的机电装置。
定子 ---铁芯和绕组
2、旋转电机结构 空气隙 转子 ---铁芯和绕组
*其中一方产生磁场，另一方输出电动势或电磁转矩
5、槽电动势星形图：
α
槽电动势星形图的一个圆周的距离为电角度3600 每对极的电动势相量出现重合 每个圆周有均匀Z/P个槽电动势相量
二、线圈的感应电动势 1、整距线圈的感应电动势 •两圈边磁场极性相反，感应电
动势大小相同、相位差1800
• 整距线圈的感应电动势：
x
E E 2E E y n1 n2 n1
• 磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极
• 转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极 • 导体中感应电势的频率：f=(pn/60)Hz 3、 不同导体感应电势 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。
4、感应电势的大小
N
S
N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
A1
X1
X2
A2
A3
X3
X4
A4
3、短距（y=5<τ、a=2)的情况
上层边不变，下层边由y决定，y<τ(短距)
短距角：β=（τ-y）α 端接连接较短，节省铜线 可改善电动势和磁动势波形
线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线
圈和单匝线圈。
(7) 线圈节距:线圈两
边所跨的槽数
y=τ为整距线圈
y<τ为短距线圈 y>τ为长距线圈
(8)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 单层绕组
双层绕组
(9)槽电动势星形图：
把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，构成一个辐射星形图，称槽电动势星形图。
短距线圈电动势 k p1 ＝ 整距线圈电动势 2 En1 cos 2 En1
2 cos sin( y1 900 ) 2
• 短距系数恒小于1，故短距线圈感应电动势有所
损失；但可以削弱高次谐波（见下节介绍）。
三、线圈组的感应电动势 • 每相每对极下有q个线圈 • 线圈组感应电动势由该组所有导体电动势矢量和
N S N S
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A
X
讨论1：单层交流绕组是否存在短距现象？ 画出两种接法的线圈连接顺序图进行比较
结论：Kp1=1
讨论2：60o相带和120o相带的比较(P101例6-1)
课时小结
该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 即：线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。
3、交流绕组的形式
等元件式整距叠绕组 单层绕组
链式绕组
交叉链式绕组 同心式绕组
交流绕组 双层叠绕组 双层绕组 双层波绕组
一、三相单层绕组
定义: 每槽中只有一个线圈边的三相交流绕
组称为三相单层绕组。
分类：链式、同心式和交叉式等型式
1、交流绕组的构成原则？
2、画交流绕组展开图步骤？（重点）
3、试比较单、双层绕组的异同点？ （重点）
（提示：定义、用途、总线圈数、总线圈组数、并联支路 数、短距现象、谐波影响）
第三节
绕组的感应电动势
旋转磁场是交流电机工作的基础。 (1)机械旋转磁场:通过原动机拖动磁极旋转
(2)电磁旋转磁场:三相绕组通入三相对称交流电
Ey 2En 4.44 fNcm1
2、短距线圈的感应电动势 •两圈边跨距为y1，短距角为β，其感应电动势相
位差是（180-β）电角度
y1 180 0 • 短距角：
• 短距线圈感应电动势：E y 2 En1 cos 4.44 fN c m1k p1
2
• 短距系数：
2.画绕组展开图的步骤：(等元件整距绕组)
(1)分极：τ=Z/(2P)（N、S极相邻分布） (2)标记假设的感应电动势方向（相邻极下方向相反）
(3)分相：q=Z/(2Pm)，
N
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(4)连接线圈：在一对极内根据y=τ连线圈（共pq个） (5)连接线圈组：在一对极内属于同一相的q个线圈连 成一个线圈组（共p个） 以上连接应符合电势相加原则 N S N S
三相交流绕组匝数相同、空间位置互差1200电角度
能产生较大的基波电动势和磁动势,尽量减少或消除
高次谐波分量
绕组用铜量少、绝缘性能和机械强度可靠、散热好 绕组的制造、安装和检修要方便
1 、交流绕组相关术语
(1)电角度： ：在电机理论中，把一对主磁极所占的 空间距离，称为360°的空间电角度。
α
课时小结
1、旋转电机的基本结构和分类？
2、旋转磁场的产生？
2、交流绕组的相关术语？
2、交流绕组的构成原则 （1）均匀原则：每极内的槽数（线圈数）要相等， 各相绕组在每极内所占的槽数应相等；
（2）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120o电角度。
（3）电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应
• 矢量式:
E E E E E E E E E E q 1 9 2 10 3 11 c1 c2 c3
Z A
B
C
X
Y
3、三相单层链式绕组展开图（以A相为例）
N S N S
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适用于q=2、p>1的小型异步电机 从形式上y<τ短距（实质上仍为整距） 最大并联支路数a=2P
4、三相单层同心式绕组展开图（以A相为例）
转子: 铁芯和励磁绕组，通直流电流产生气隙主磁场
当原动机带动转子旋转,气隙主磁场随转子旋转并切割
定子绕组，产生感应电动势.
绕组模型
同步电机定子
同步电机转子
二、异步电机
定子: 由铁芯和三相交 流绕组组成。
转子: 铁芯和闭合的交流
绕组组成
常用的转子绕组由转子
导条和两端的端环组成形似 鼠笼的闭合绕组
异步电动机
• 导体感应电势
En max Bm1 lv
• 导体与磁场的相对速度：
v 2 p n/ 60
• 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： Bm1 B1 AV 2
• 感应电势最大值：En max BAV l 2 f f (l ) BAV f m1 2
En max • 感应电势的有效值： En 2.22 f m1 2
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A1
X1
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(6)连相绕组:根据电动势相加原则,将同一相的线圈
组按并联支路数a连成相绕组，并标记首尾端。最 大并联支路数a=P。 串联: a＝1 并联 2 N S N S
1
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7
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10
(*按连接和端接不同分类）
用途： 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。适合于10kW以下的 小型交流异步电机。
三相单层绕组的构成 例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（极） 的单层叠绕组 1.计算:
Z 6 2p Z q 2 2 pm p 360 ＝ 30 Z
交流电机
异步电机 同步电机
3、旋转电机分类 直流电机
交流电机虽然在运行原理和结构上有很多不同，
但其交流绕组构成及其感应电动势和磁动势等问题
存在相同之处。
① 三相交流绕组的结构(第六章） ② 三相交流绕组产生的感应电动势(第六章） ③ 三相交流绕组产生的磁动势 (第七章）
一、同步电机
定子: 铁芯和三相对称绕组ax、by 、cz，
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24
A1
X1
A2
X2
(7)连三相绕组:将三个单相绕组连成完整的三相绕组
（ 接法或Y接法）,三相在空间错开1200电角度
N
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适用于p=1的小型异步电机 从形式上y<τ短距(实质上仍为整距),缩短端部,节省铜线 最大并联支路数a=2
5、三相单层交叉式绕组展开图（以A相为例）
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(6)连相绕组:根据电动势相加原则,将同一相的2P个
线圈组按并联支路数a连成相绕组，并标记首尾端。 最大并联支路数a=2P。 以a=1为例
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wenku.baidu.com
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适用于q=3的小型异步电机 从形式上y<τ短距(实质上仍为整距),缩短端部,节省铜线
二、三相双层绕组
定义：指每槽分上下两层，线圈一个边放在某
槽的上层，另一边放在相隔一定槽数的另一槽 的下层
特点：双层绕组的线圈数和槽数正好相等
分类：叠绕组和波绕组
异步电动机定子
异步电动机转子
旋 转 磁 场 的 产 生
三相异步电动机的基本作用原理: 定子加三相交流电→产生气隙旋转磁场→切割转子
绕组→产生感应电动势和电流→转子带电导体和旋
转磁场作用产生电磁转矩→驱动转于转动
第二节
交流绕组
交流绕组：产生电动势、磁动势和产生电磁转矩的载体 三相交流对称绕组的基本要求:
双层叠绕组的构成
实例：Z=24，2p=4，m=3，a=2 ，整距的双层叠绕
1.计算：
Z 24 6，整距取 y 6 2p 4
Z 24 q 2 2 pm 4 3
p 360 2 360 30 Z 24
2.画绕组展开图的步骤：
(1)分极：τ=Z/(2P)（N、S极相邻分布） (2)标记假设的感应电动势方向（相邻极下方向相反）
机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度360°
极对数： 指电机主磁极的对数，通常用 p 表示
电角度 = 极对数P×机械角度
（2）相带：一个极下每相绕组所占的范围(如下三相）
60o相带——将一个磁极分成三份，每份所占电角度
120o相带——将一对磁极分成三份，每份所占电角度
（3）每极每相槽数q ：每个极内每相所占的槽数
(3)分相：q=Z/(2Pm)，
N
S
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
(4)连接线圈：在一对极内根据y=τ连线圈（共2pq个） (5)连接线圈组：在每极内属于同一相的q个线圈连成 一个线圈组（共2p个） 以上连接应符合电势相加原则
设：气隙旋转磁场基波分量是空间分布正弦波
Y
S
Z
A
N
X
C
B
交流绕组处于旋转磁场中，切割旋转磁场，产生感应电势
一、导体中的感应电势
1、导体感应电势：e=Blv •感应电势e(t)的波形和B(x)在空间的分布波形相一致 •只考虑磁场基波时，感应电势为正弦波
ex (t ) Bxlv
2、感应电势的频率 • 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期
如电机槽数为Z，极对数为p，相数为m，则：
Z q 2 pm
q=1的绕组称为集中绕组，q>1的绕组称为分布绕组
（4）槽距角α ：相邻两槽的距离用电角度表示
P 3600 Z
（5）极距τ：指电机一个主磁极在电枢表面所占的长度 槽数：
Z 2p
空间长度：
D
2p
(6)线圈（元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是
（*根据线圈形状和连接规律）
A、叠绕组：相邻两个线圈后一个“紧叠”在前一个之上
优点： 1）可灵活选择线圈节距来改善电动势和磁动势波形 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
缺点: 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 用途：一般10kW以上的中、小型交流电机
6.1 旋转电机的基本作用原理 6.2 交流绕组 6.3 绕组的感应电动势 6.4 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
1、旋转电机是一种以磁场为耦合场的连续旋转
的机电装置。
定子 ---铁芯和绕组
2、旋转电机结构 空气隙 转子 ---铁芯和绕组
*其中一方产生磁场，另一方输出电动势或电磁转矩
5、槽电动势星形图：
α
槽电动势星形图的一个圆周的距离为电角度3600 每对极的电动势相量出现重合 每个圆周有均匀Z/P个槽电动势相量
二、线圈的感应电动势 1、整距线圈的感应电动势 •两圈边磁场极性相反，感应电
动势大小相同、相位差1800
• 整距线圈的感应电动势：
x
E E 2E E y n1 n2 n1
• 磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极
• 转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极 • 导体中感应电势的频率：f=(pn/60)Hz 3、 不同导体感应电势 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。
4、感应电势的大小
N
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A1
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3、短距（y=5<τ、a=2)的情况
上层边不变，下层边由y决定，y<τ(短距)
短距角：β=（τ-y）α 端接连接较短，节省铜线 可改善电动势和磁动势波形
线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线
圈和单匝线圈。
(7) 线圈节距:线圈两
边所跨的槽数
y=τ为整距线圈
y<τ为短距线圈 y>τ为长距线圈
(8)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 单层绕组
双层绕组
(9)槽电动势星形图：
把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，构成一个辐射星形图，称槽电动势星形图。
短距线圈电动势 k p1 ＝ 整距线圈电动势 2 En1 cos 2 En1
2 cos sin( y1 900 ) 2
• 短距系数恒小于1，故短距线圈感应电动势有所
损失；但可以削弱高次谐波（见下节介绍）。
三、线圈组的感应电动势 • 每相每对极下有q个线圈 • 线圈组感应电动势由该组所有导体电动势矢量和
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讨论1：单层交流绕组是否存在短距现象？ 画出两种接法的线圈连接顺序图进行比较
结论：Kp1=1
讨论2：60o相带和120o相带的比较(P101例6-1)
课时小结
该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 即：线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。
3、交流绕组的形式
等元件式整距叠绕组 单层绕组
链式绕组
交叉链式绕组 同心式绕组
交流绕组 双层叠绕组 双层绕组 双层波绕组
一、三相单层绕组
定义: 每槽中只有一个线圈边的三相交流绕
组称为三相单层绕组。
分类：链式、同心式和交叉式等型式
1、交流绕组的构成原则？
2、画交流绕组展开图步骤？（重点）
3、试比较单、双层绕组的异同点？ （重点）
（提示：定义、用途、总线圈数、总线圈组数、并联支路 数、短距现象、谐波影响）
第三节
绕组的感应电动势
旋转磁场是交流电机工作的基础。 (1)机械旋转磁场:通过原动机拖动磁极旋转
(2)电磁旋转磁场:三相绕组通入三相对称交流电
Ey 2En 4.44 fNcm1
2、短距线圈的感应电动势 •两圈边跨距为y1，短距角为β，其感应电动势相
位差是（180-β）电角度
y1 180 0 • 短距角：
• 短距线圈感应电动势：E y 2 En1 cos 4.44 fN c m1k p1
2
• 短距系数：
2.画绕组展开图的步骤：(等元件整距绕组)
(1)分极：τ=Z/(2P)（N、S极相邻分布） (2)标记假设的感应电动势方向（相邻极下方向相反）
(3)分相：q=Z/(2Pm)，
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(4)连接线圈：在一对极内根据y=τ连线圈（共pq个） (5)连接线圈组：在一对极内属于同一相的q个线圈连 成一个线圈组（共p个） 以上连接应符合电势相加原则 N S N S
三相交流绕组匝数相同、空间位置互差1200电角度
能产生较大的基波电动势和磁动势,尽量减少或消除
高次谐波分量
绕组用铜量少、绝缘性能和机械强度可靠、散热好 绕组的制造、安装和检修要方便
1 、交流绕组相关术语
(1)电角度： ：在电机理论中，把一对主磁极所占的 空间距离，称为360°的空间电角度。
α
课时小结
1、旋转电机的基本结构和分类？
2、旋转磁场的产生？
2、交流绕组的相关术语？
2、交流绕组的构成原则 （1）均匀原则：每极内的槽数（线圈数）要相等， 各相绕组在每极内所占的槽数应相等；
（2）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120o电角度。
（3）电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应
• 矢量式:
E E E E E E E E E E q 1 9 2 10 3 11 c1 c2 c3
Z A
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3、三相单层链式绕组展开图（以A相为例）
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适用于q=2、p>1的小型异步电机 从形式上y<τ短距（实质上仍为整距） 最大并联支路数a=2P
4、三相单层同心式绕组展开图（以A相为例）
转子: 铁芯和励磁绕组，通直流电流产生气隙主磁场
当原动机带动转子旋转,气隙主磁场随转子旋转并切割
定子绕组，产生感应电动势.
绕组模型
同步电机定子
同步电机转子
二、异步电机
定子: 由铁芯和三相交 流绕组组成。
转子: 铁芯和闭合的交流
绕组组成
常用的转子绕组由转子
导条和两端的端环组成形似 鼠笼的闭合绕组
异步电动机
• 导体感应电势
En max Bm1 lv
• 导体与磁场的相对速度：
v 2 p n/ 60
• 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： Bm1 B1 AV 2
• 感应电势最大值：En max BAV l 2 f f (l ) BAV f m1 2
En max • 感应电势的有效值： En 2.22 f m1 2
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(6)连相绕组:根据电动势相加原则,将同一相的线圈
组按并联支路数a连成相绕组，并标记首尾端。最 大并联支路数a=P。 串联: a＝1 并联 2 N S N S
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(*按连接和端接不同分类）
用途： 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。适合于10kW以下的 小型交流异步电机。
三相单层绕组的构成 例：Z＝24（槽）、m＝3（相）、2p＝4（极） 的单层叠绕组 1.计算:
Z 6 2p Z q 2 2 pm p 360 ＝ 30 Z
交流电机
异步电机 同步电机
3、旋转电机分类 直流电机
交流电机虽然在运行原理和结构上有很多不同，
但其交流绕组构成及其感应电动势和磁动势等问题
存在相同之处。
① 三相交流绕组的结构(第六章） ② 三相交流绕组产生的感应电动势(第六章） ③ 三相交流绕组产生的磁动势 (第七章）
一、同步电机
定子: 铁芯和三相对称绕组ax、by 、cz，
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24
A1
X1
A2
X2
(7)连三相绕组:将三个单相绕组连成完整的三相绕组
（ 接法或Y接法）,三相在空间错开1200电角度
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A
X
适用于p=1的小型异步电机 从形式上y<τ短距(实质上仍为整距),缩短端部,节省铜线 最大并联支路数a=2
5、三相单层交叉式绕组展开图（以A相为例）
N S N S
1
3
5
7
9
11
N
S
N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
A1
X1
X2
A2
A3
X3
X4
A4
(6)连相绕组:根据电动势相加原则,将同一相的2P个
线圈组按并联支路数a连成相绕组，并标记首尾端。 最大并联支路数a=2P。 以a=1为例
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A
X
适用于q=3的小型异步电机 从形式上y<τ短距(实质上仍为整距),缩短端部,节省铜线
二、三相双层绕组
定义：指每槽分上下两层，线圈一个边放在某
槽的上层，另一边放在相隔一定槽数的另一槽 的下层
特点：双层绕组的线圈数和槽数正好相等
分类：叠绕组和波绕组
异步电动机定子
异步电动机转子
旋 转 磁 场 的 产 生
三相异步电动机的基本作用原理: 定子加三相交流电→产生气隙旋转磁场→切割转子
绕组→产生感应电动势和电流→转子带电导体和旋
转磁场作用产生电磁转矩→驱动转于转动
第二节
交流绕组
交流绕组：产生电动势、磁动势和产生电磁转矩的载体 三相交流对称绕组的基本要求:
双层叠绕组的构成
实例：Z=24，2p=4，m=3，a=2 ，整距的双层叠绕
1.计算：
Z 24 6，整距取 y 6 2p 4
Z 24 q 2 2 pm 4 3
p 360 2 360 30 Z 24
2.画绕组展开图的步骤：
(1)分极：τ=Z/(2P)（N、S极相邻分布） (2)标记假设的感应电动势方向（相邻极下方向相反）
机械角度：一个圆周真正的空间角度为机械角度360°
极对数： 指电机主磁极的对数，通常用 p 表示
电角度 = 极对数P×机械角度
（2）相带：一个极下每相绕组所占的范围(如下三相）
60o相带——将一个磁极分成三份，每份所占电角度
120o相带——将一对磁极分成三份，每份所占电角度
（3）每极每相槽数q ：每个极内每相所占的槽数
(3)分相：q=Z/(2Pm)，
N
S
N
S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
(4)连接线圈：在一对极内根据y=τ连线圈（共2pq个） (5)连接线圈组：在每极内属于同一相的q个线圈连成 一个线圈组（共2p个） 以上连接应符合电势相加原则
设：气隙旋转磁场基波分量是空间分布正弦波
Y
S
Z
A
N
X
C
B
交流绕组处于旋转磁场中，切割旋转磁场，产生感应电势
一、导体中的感应电势
1、导体感应电势：e=Blv •感应电势e(t)的波形和B(x)在空间的分布波形相一致 •只考虑磁场基波时，感应电势为正弦波
ex (t ) Bxlv
2、感应电势的频率 • 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期
如电机槽数为Z，极对数为p，相数为m，则：
Z q 2 pm
q=1的绕组称为集中绕组，q>1的绕组称为分布绕组
（4）槽距角α ：相邻两槽的距离用电角度表示
P 3600 Z
（5）极距τ：指电机一个主磁极在电枢表面所占的长度 槽数：
Z 2p
空间长度：
D
2p
(6)线圈（元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是
（*根据线圈形状和连接规律）
A、叠绕组：相邻两个线圈后一个“紧叠”在前一个之上
优点： 1）可灵活选择线圈节距来改善电动势和磁动势波形 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
缺点: 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 用途：一般10kW以上的中、小型交流电机