交流绕阻及其电动势和磁动势PPT课件
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车用驱动电机原理与控制基础(第2版)课件：三相交流绕组及其磁场
14
§ 5.3 正弦电流激励单相绕组的磁动势 5.3.1 单相绕组的磁动势
整距线圈的矩形波磁动势
若以线圈的垂直轴线（称为磁极中心线）为空间坐标s 的原点，逆时针为正方
向，则沿定子内缘，在−/2 < s ≤ /2范围内，磁场由转子指向定子内缘；在
/2 < s ≤ 3/2范围内，磁场由定子内缘指向转子。一个极下的磁动势应为：
4）绝缘可靠，机械强度、散热条件好，制造方便。
对于多相绕组结构，首先是要对绕组的分布进行设计，首先引入“相带”概念。
通常把每极下每相所占的（连续）槽区域称为“相带”。三相电机相带所占据的空间
电角度可以是120°或者60°。由于120°相带的绕组利用率低于60°相带，所以车用
交流电机绕组的相带常用 60° 电角度，称为 60° 相带绕组。 60° 相带区域包含 个槽。
车用驱动电机原理与控制基础(第2版)
三相交流绕组及其磁场
§ 5.1三相交流电路基础
一
绪
论
AN = ϕ cos = ϕ ∠0°
൞BN = ϕ cos − 120° = ϕ ∠ − 120°
CN = ϕ cos − 240° = ϕ ∠ − 240°
《车用驱动电机原理与控制基础》 第4章 交流绕组及其磁动势
的几何尺寸基本都可以用槽数的倍数来表示。比如线圈的节距，就是表示一个线圈元件的两个有效边跨的槽数，
这一定是一个整数。
转子的几何参数与定子独立设置，这就意味着，转子的几何参数有可能不是槽数的整数倍，这是允许的，此
时用槽数的分数倍来表示。其中很重要的一个设计变量就是极距，指的是（转子）每磁极对应的定子槽数。
《车用驱动电机原理与控制基础》 第4章 交流绕组及其磁动势
8交流电机电枢绕组的电动势和磁动势
电机与拖动
2、线圈中的感应电势 ：
（1）整距线匝中 的感应电势（线匝 首尾两端相距一个 整极矩） 两导体感应电动势 分别为Ea1和Ea2
线匝基波电动势向量ET
E T E a1 E a 2
整矩线匝基波电 E 2 E 2 2 . 22 f 4 . 44 f A 动势（有效值） T
E AB 3 E A 3 E B 3 0 三相采用△接法：
三次谐波感应电动势会在绕组回路中产生三次 谐波环流，整个闭合绕组三次谐波感应电动势恰好 与环流在三次谐波阻抗上产生压降相等，因此线电 压中也没有三次谐波分量。
同理：适合于3k次谐波
思考题：三相交流发电机定子绕组一般接成什 么形式？
E 4 . 44 fqW y k q p 4 . 44 f pqW a 4 . 44 fWk q
W pqW a
y
1 a
y
kq
是一相绕组串连的总匝数
（3） 三 相 双 层 叠 绕 组
电机与拖动
一交流机：Z=24，2P=4，m=3，y1=5,画出 双层叠绕组展开图。
1、画出结构图，标出槽号 B2 21 1817 22 2、标出AZBXCY的位置 Y2 16 Z 23 2 15 24 Z 24 S1 q 2 14 2 pm 223 1 n N N2 A1 1 13A2 2 Z 24 S2 12 6 3 2p 4 Z1 4 11 Y1 56 10 y1=5 B1 7 8 9 C 1 X1 上下 C2
三相交流电机中线电压的三次谐波 三相交流电机三相绕组在空间上互隔120 度空间电角度，他们的基波感应电动势时间 相位互隔120度。三次谐波感应电动势相位互 隔360度；并且三次谐波感应电动势幅值大小 相等。
交流绕组及其电动势和磁动势
Fφm1
π f φ 1 ( x, t ) = Fφm1 sin ωt cos x τ Nk w1 π = 0. 9 I φ sin ωt cos x p τ
Nk w1 = 0.9 Iφ p
单相脉动磁动势的分解
π f φ 1 ( x, t ) = Fφm1 sin ωt cos x τ
= f φ(1+ ) ( x ,t ) + f φ(1 ) ( x ,t )
4.谐波的弊害 ⑴使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加， η↑，从而影响用电设备的运行性能 ⑵干扰临近的通讯线路
二、消除谐波电动势的方法 因为EΦv=4.44fυNRwvΦv所以通过减小KWr 或Φr可降低EΦr 1.采用短距绕组 2.采用分布绕组，降低。 3.改善主磁场分布 4.斜曹或斜极
4.6通有正弦交流电时单相绕组的磁动势 通有正弦交流电时单相绕组的磁动势 一、.整距集中绕组的磁动势 设气隙均匀，通以正弦交流电流，
4.每极每相槽数q:
Z q= 2 pm
5. 电角度=p360°=p机械角度 计量电磁关系的角度称为电角度（电气角 度）。电机圆周在几何上占有角度为360°， 称为机械角度。而从电磁方面看，一对磁 极占有空间电角度为360°。一般而言，对 于p对极电机，电角度=p机械角度。 6.并联支路数a
构造方法和步骤（举例： 整距,m=3) 构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距 整距 分极分相 分极分相: 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 连线圈和线圈组： 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： 连相绕组： 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 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
电机中磁动势与电动势的图文分析
1.交流绕组的磁动势图1图2 图3从图中可以看出三相电流产生的总的磁场是随着转子的旋转而旋转的，设转子开始的位置就是A 相的轴线位置，也就是0α︒=时，此时a F 在轴线+A 轴上，当转子逆时针转动1α角时，a F 也转动1α角，这样最大的磁动势线就对应在1α，1α也就是t ω。
值得注意的是，上面的图是三相电流合成之后的磁动势，而对于每一相电流，他们产生的基波磁动势的表达式是11cos cos cos cos k k k f N I t F t ωαωα==，这个式子可以傅里叶变换为：'''1111111cos()cos()22k k k k k f F t F t f f αωαω=-++=+，可以发现，一个脉振磁动势可以分解为两个极对数和波长与脉振波完全一样，类比上面的合成磁动势，这里的cos()t αω-可以看成是振幅为112k F 的磁动势沿着逆时针转动，也就是转子的转动方向旋转，并且旋转的角速度为d d tdt dtαωω==，也就是说，这个行波是电角速度为ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。
另外，cos()t αω+部分可以看成振幅为112k F 的磁动势沿着顺时针转动，这个行波是电角速度为-ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。
这些都是电枢绕组上的电枢电流所产生的磁动势特征，分别通过对总的电枢磁动势a F 的旋转方向来过渡到单相电流产生的磁动势，由于转子是逆时针方向转动，所以电动势是逆时针转动，导致电枢电流逆时针转动，然后就有了a F 逆时针转动，可以形象的通过上面的图3看出随着α而转动。
1cos()f F αα=-2.图示说明分布、短距绕组的物理意义两槽单线圈磁场空间分布为矩形波，所以含有大量的谐波在里面，那么产生的电动势也就有大量的谐波。
图4 两槽单线圈磁力线分布6槽三相电机磁场空间分布为阶梯波，所以也含有大量的谐波。
电势和磁势
磁路基本定律 交流绕组
电动势
➢二、交流绕组
极距：一个磁极在铁心圆周表面上所占 的范围称为极距，用符号τ表示，通常以 用槽数或长度计。
Z
2 p
πD
(槽) (米)
2 p
＝ y1
(整距) ( 短距) ( 长距)
★ 各个线圈的感应电动势有效值相等
★ 相邻线圈的感应电动势相位差为槽距角α
磁动势
交流绕组的电势和磁势
磁路基本定律 交流绕组
电动势
磁动势
绕组
交流绕组的电势和磁势
磁路基本定律 交流绕组
电动势
➢二、交流绕组
极距：一个磁极在铁心圆周表面上所占 的范围称为极距，用符号τ表示，通常以 用槽数或长度计。
Z
2 p
πD
(槽) (米)
2 p
＝ y1
(整距) ( 短距) ( 长距)
★ 各个线圈的感应电动势有效值相等
磁动势
交流绕组的电势和磁势
➢二、交流绕组
槽电动势星形图 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势相位差相同。将各槽
导体电动势相量画在一起，组成一个星形，称为槽电动势星形图。
磁路基本定律 交流绕组
电动势
磁动势
交流绕组的电势和磁势
➢二、交流绕组
电角度
磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当于360°。如果磁极极 对数是p，整个圆周有p个完整正弦波，相当于p × 360°。从几何的观点来看，整个圆周只有 360°。
铁磁材料的磁导率μ不是一 个常数，所以磁阻不是常数， 而是随着磁路中磁通密度的 大小而变化，称为非线性
磁路基本定律 交流绕组 ➢二、交流绕组
电动势
交流绕组的磁动势PPT课件
第9页/共56页
用傅里叶级数分解矩形波磁动势
A f
.
A
22
5次谐波
1 2
ic
N
c
1 2
iN
k
4
1 2
ic Nc
转子
0
X
3 . 3A a
22
2 定2子
3次谐波
第10页/共56页
fc ()
Fcv cos v
v1,3,5...
若线圈中的电流为恒定电流，则矩形波的高度恒定不变。
而在交流绕组中通入的是交变电流即 ic 2Ic cost
第37页/共56页
三相合成磁动势中的高次谐波
f
0.9 1
Nkw p
I
cost cos
F
cost cos
f A
0.9 1
Nkw p
I
cost cos
fB
0.9 1
Nkw p
I
cos(t 120
) cos (
120
)
fC
0.9 1
Nkw p
I
cos(t 240
) cos (
0.9
Nkw1 p
I
cos t
cos
每相串联总匝数为： N qNC P（单层）
a
N 2qNC P（双层）
a
第24页/共56页
4-6正弦电流下单相绕组的磁动势
fvm
(0.9
N p
I
1 v
kqv k yv
cost) cos v
(0.9
N p
I
1 v
kwv
cost) cos v
Fv
cos v
单相绕组 次谐波磁动势的瞬时值为
用傅里叶级数分解矩形波磁动势
A f
.
A
22
5次谐波
1 2
ic
N
c
1 2
iN
k
4
1 2
ic Nc
转子
0
X
3 . 3A a
22
2 定2子
3次谐波
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fc ()
Fcv cos v
v1,3,5...
若线圈中的电流为恒定电流，则矩形波的高度恒定不变。
而在交流绕组中通入的是交变电流即 ic 2Ic cost
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三相合成磁动势中的高次谐波
f
0.9 1
Nkw p
I
cost cos
F
cost cos
f A
0.9 1
Nkw p
I
cost cos
fB
0.9 1
Nkw p
I
cos(t 120
) cos (
120
)
fC
0.9 1
Nkw p
I
cos(t 240
) cos (
0.9
Nkw1 p
I
cos t
cos
每相串联总匝数为： N qNC P（单层）
a
N 2qNC P（双层）
a
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4-6正弦电流下单相绕组的磁动势
fvm
(0.9
N p
I
1 v
kqv k yv
cost) cos v
(0.9
N p
I
1 v
kwv
cost) cos v
Fv
cos v
单相绕组 次谐波磁动势的瞬时值为
第4章交流绕组及其电动势和磁动势ppt课件
1800
E1'
2
E1''
ns N E1'
E1'' S
y1
EC1
单匝线圈短距时感应电动势相量求和
匝电动势
四、分布绕组的电动势、分布因数和绕组因数
一个极相组由q个嵌放在相邻槽内的线圈串联组成，它们在切
割磁力线时相位依次相差α角， 60o q。每极每相绕组的合成电
动势 Eq1 应为q个线圈的电动势相量的相量和。C
单层有同心式绕组、链式绕组和交叉式绕组
二、交流绕组的构成原则
1、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，数量上以 求获得较大的基波电动势和基波磁动势。
2、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要 平衡。 3、绕组的铜耗要小，用铜量要省。
4、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。
29
12 11
13531634 35 Y
17
18 36
为使合成电动势最大，在第一个N极 下选取相邻的q个槽作为A相带，q个 槽中上层边所在的相邻线圈串联，构 成每极每相线圈组（简称极相组）， 合成电动势最大。相隔1800在第一S个
28 10
1 19
27 9
2 20
B
8
26
7
25
6
24
3 21 5 422 23
600相带绕组.
Z N1（N2）
60O相带绕组
2）120O相带绕组
B
C
3031133124
29
12 11
13531634 35
17
18 36
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E1'
2
E1''
ns N E1'
E1'' S
y1
EC1
单匝线圈短距时感应电动势相量求和
匝电动势
四、分布绕组的电动势、分布因数和绕组因数
一个极相组由q个嵌放在相邻槽内的线圈串联组成，它们在切
割磁力线时相位依次相差α角， 60o q。每极每相绕组的合成电
动势 Eq1 应为q个线圈的电动势相量的相量和。C
单层有同心式绕组、链式绕组和交叉式绕组
二、交流绕组的构成原则
1、合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，数量上以 求获得较大的基波电动势和基波磁动势。
2、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要 平衡。 3、绕组的铜耗要小，用铜量要省。
4、绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。
29
12 11
13531634 35 Y
17
18 36
为使合成电动势最大，在第一个N极 下选取相邻的q个槽作为A相带，q个 槽中上层边所在的相邻线圈串联，构 成每极每相线圈组（简称极相组）， 合成电动势最大。相隔1800在第一S个
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2 20
B
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600相带绕组.
Z N1（N2）
60O相带绕组
2）120O相带绕组
B
C
3031133124
29
12 11
13531634 35
17
18 36
28 10
1 19
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2 20
同步电机-交流绕组的电动势和磁动势
同步发电机
基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。 横截面图：凸极式、隐极式。
Y C
Y C
A
N
.
n1
S
X
A
N
n1
S
Z
B
Z
.
B
X
同步电机的基本知识和结构
§7-2 同步电机的基本工作原理
同步发电机
作为发电机运行时，用一原动机拖动 转子旋转，转子励磁绕组中通入直流 电，从而在气隙中产生一旋转的磁场， 该磁场切割定子上的电枢导体，电枢 绕组便感应出交流电动势。设气隙磁 A 密按正弦分布，则在定子三相绕组里 感应出正弦变化的三相电动势，交流 电动势的频率取决于电机的极对数 p 和转子转速 n，若电机为一对极，当 转子旋转一周时，导体中感应电动势 变化一个周波。
§8-1 交流绕组的基本概念
交流绕组的性能要求
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；
§8-1 交流绕组的基本概念
关于交流绕组的基本概念
2）每极每相槽数 q 指定子槽数 三相电机中，为了保证电气上的对称，每相绕组所占的槽数 应该相等，并且均匀分布，因此，要形成 2p 个极的电机，应将 定子总槽数 Z分为2p个等分，每极下的槽数为 Z／ 2p，每极下的 槽数再按m相分，(一般 m=3)，所以每极每相槽数为
2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；
Z / 2p
180电角度或 电弧度 3）用空间电角度表示；
基本构成：定子、转子、气隙、励磁绕组、电枢绕组。 横截面图：凸极式、隐极式。
Y C
Y C
A
N
.
n1
S
X
A
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n1
S
Z
B
Z
.
B
X
同步电机的基本知识和结构
§7-2 同步电机的基本工作原理
同步发电机
作为发电机运行时，用一原动机拖动 转子旋转，转子励磁绕组中通入直流 电，从而在气隙中产生一旋转的磁场， 该磁场切割定子上的电枢导体，电枢 绕组便感应出交流电动势。设气隙磁 A 密按正弦分布，则在定子三相绕组里 感应出正弦变化的三相电动势，交流 电动势的频率取决于电机的极对数 p 和转子转速 n，若电机为一对极，当 转子旋转一周时，导体中感应电动势 变化一个周波。
§8-1 交流绕组的基本概念
交流绕组的性能要求
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；
§8-1 交流绕组的基本概念
关于交流绕组的基本概念
2）每极每相槽数 q 指定子槽数 三相电机中，为了保证电气上的对称，每相绕组所占的槽数 应该相等，并且均匀分布，因此，要形成 2p 个极的电机，应将 定子总槽数 Z分为2p个等分，每极下的槽数为 Z／ 2p，每极下的 槽数再按m相分，(一般 m=3)，所以每极每相槽数为
2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；
Z / 2p
180电角度或 电弧度 3）用空间电角度表示；
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，
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
电机学3交流绕组的电动势和磁动势
第2篇 交流电机的共同问题
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
第四章 交流绕组及其电动势和磁动势
·
·
其有效值為
Ec1( Nc 1) 4.44 f 1
若線圈有Nc匝
Ec1 4.44 fNc1
(4-1)
三、短距線圈的電動勢，節距因數
河北科技大學電氣資訊學院
短距線圈的節距y＜τ,所對應的角度為
若導線為單匝,其線圈電動勢為:
2、正弦電動勢的頻率 設p=1,故機械角度等於電角度， n f 轉子每分鐘轉n圈，則 60
若極對數為p，則轉子轉一圈 電動勢將變化p個週期，故
pn f 60
在我國因f=50Hz，當p=1時, n=3000r/min,
當p=2時, n=1500r/min
以此類推 3、導體感應電動勢的有效值
河北科技大學電氣資訊學院
所以
2 E1 2
2 f B1 l 2.22 f
二、整距線圈的電動勢 如圖所示，當y1=τ時
E1 2E1 Ec1 E1
河北科技大學電氣資訊學院
,
n v D 2 f 代入E1中 將 60 B1l E1 2 f 2 fB1 l 2 2 2 Bav l B1 l 又因 Bav B1
河北科技大學電氣資訊學院
Q 24 q 4 2 pm 2 3
按電動勢最大原則，將定子繞組分成6個相帶，每個相帶的 槽號如下：
相帶 槽號 A 23,24,1, 2 Z 3,4,5,6 B 7,8,9,10 X C Y
11,12,13 15,16,17 19,20,21 ,14 ,18 ,22
對A相而言，將1-12連在一起組成大圈，2-11 連在一起組成小圈，再將13-24，14-23連在 一起組成另一個線圈，最後將兩個線圈反向 聯接即可。
电机学-交流绕组电动势与磁动势
Ec1
y1 90
2E1k p1
4.44 fk p1Φ1
3、多匝线圈电动势 EC1(Nc 1) 4.44 fN ckp1Φ1
33
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.3.3线圈组电动势和分布因数
Ec3 Eq1
αα
Ec1 Ec2 Ec3
E c 2
q α
αα
E c1
R
Eq1
电动势相量图
q=3的线圈组
为了使每个线圈 获得最大的电动 势，线圈的节距
应接近极距
1234567 8
A
X
10
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.2.2交流绕组的基本概念
5、槽距角
相邻两槽之间的电角度为槽距角(α)
＝ p 360
Q
6、每极每相槽数
Q为定子槽数
每一个磁极下每一相绕组所占的平均槽数称为每极每相槽数(q)
f pn 60
单位为Hz。
7
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.2.2交流绕组的基本概念
2、极距
相邻两个磁极轴线之间沿定子内圆周的距离称为极距
用电角度表示 为180
Y S C×
X
C× S×
Y
B× N
Z
用槽数表示 用长度表示
Q
2p
D
2p
A
×X A
A
Z
Y
×
ZN B
N×
B
×S
×
C
X
Q为定子槽数
双层有叠绕组，波绕组
6
第三章 交流电机的绕组及其电动势与磁动势
3.2.2交流绕组的基本概念
1、电角度
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极相组： 每一极下属于同一相的q个线圈相串联。
2021/3/9
授课：XXX
17
7、槽电势星形图： 假设气隙磁密在圆周上按正弦规律分布，
转子旋转――定子各槽内导体的感应电势也将随 时间按正弦规律变化。当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时，这些矢 量构成一个辐射星形图。各槽内导体感应电势在 时间相位上互差α电角度。
2021/3/9
授课：XXX
13
二、定子绕组分类： 1、按相数：单相和三相； 2、按槽内层数：单层
双层 3、按绕组端接部分的形状
单层有同心式 交叉式 链式；
双层有迭绕组 波绕组
2021/3/9
授课：XXX
14
第三节 三相双层迭绕组
一、交流绕组的一些基本术语：
1、机械角度与电角度：
机械角度——一圆周360度；
1．基本组成：
定子：定子铁心和定子绕组——交流绕组
转子：转子铁心和转子绕组（自成闭合回路）
2．转动原理：以鼠笼式转子为例（转子槽内有导
条，导条两端用短路环连接，形成闭合绕组）
B
A
C
2021/3/9
授课：XXX
9
（1）旋转磁场的产生：
定子三相电流瞬时表达式：
iA Im cost iB Im cos(t 120 ) iC Im cos(t 240 )
2021/3/9
授课：XXX
18
例如：2P＝4，Z＝24的槽电势星形图为：
C 21,9 22,10 11,23
20,8
12,24
19,7
1,13
18,6
2,14
A
B
17,5
3,15 4,16
一般说，当P和Z有最大公约数t时， 则有t个重合的槽电势星形图。
2021/3/9
授课：XXX
19
二、三相双层迭绕组：
异步电机(鼠笼、绕线) 主要做电动机用 也可做发电机用。 分为单相异步和三相异步。
2021/3/9
授课：XXX
2
第一节 交流电机的工作原理
一、同步发电机的工作原理
1、基本组成 2、工作原理
二、三相异步电动机的工作原理
1、基本组成 2、工作原理
2021/3/9
授课：XXX
3
一、同步发电机的工作原理：
1、基本组成：
1）定子：定子铁心和定子绕组——电枢绕组
（交流绕组）
2）转子：转子铁心和转子绕组——励磁绕组
B
A
（直流绕组） C
N
逆时针旋转
S
2021/3/9
授课：XXX
4
2021/3/9
授课：XXX
5
2、工作原理： 1）原动机拖动转子旋转 2）转子通入直流励磁——产生恒定磁场，
随转子旋转形成机械旋转磁场 3）电枢绕组切割转子旋转磁场感应电动势 ——感应电动势的相序：与绕组沿定子内圆的空间
e c B a l vB m ls vit n E m sitn
三相定子绕组对称，因此三相电势大小相等，相
位互差120度。设Em为电势最大值，A相初相角为0，
则：
eA Em sint
eB Em sin(t 120)
eC Em sin(t 240)
（20221/）3/9 大小：
授课：XXX
8
二、三相异步电动机的工作原理
电角度——一对磁极占有的空间角度是360度电角度
关系：
电角度 = p * 机械角度 （ p为极对数）
2、极距：
沿定子内圆每个磁极所占有的距离
= Z / 2p （定子槽数）
2021/3/9
授课：XXX
15
3、线圈与节距y1： 线圈：由一匝或多匝导线串联而成，有两个引出
线，一个称为首端，一个称为末端。
节距y1：线圈两个有效边沿定子内圆的距离 整距（y1 = ）、短距（y1 < ）、长距（y1 > ） 4．槽距角：
相邻两槽之间的电角度 = p*360 / Z
5．每极每相槽数q：
每相绕组在每一磁极下所占有的槽数
q = Z / 2pm
2021/3/9
（整数槽和分数槽）
授课：XXX
16
6．相带和极相组（线圈组）： 每一极下，每相绕组所占有的电角度（q） —— 60度分相法
（2）转动原理： 对称定子绕组外加对称三相交流电压， 定子绕组内有对称三相交流电流， 它们联合产生旋转磁场，
转子导条切割定子旋转磁场将感应电势，从而在 闭合的导条中有电流，则转子导条将受到电磁力f， 并且形成电磁转矩，使转子顺旋转磁场的方向旋转， 若转子轴上有负载，电动机将输出机械功率。
异步电机的转速n小于同步转速。若二者相等，
异步机就不能旋转。
2021/3/9
授课：XXX
12
第二节 交流绕组的构成原则和分类
一、构成原则：
电势最大 三相对称 正弦波
1．三相绕组对称，即每相绕组结构相同，阻抗 相等，在空间相距120°电角度，以获得对称 的三相感应电动
2．在导体数一定的情况下，力求产生较大的基 波电动势和基波磁动势。
3．绕组的电动势和磁动势尽可能接近正弦波
分布和转子旋转磁场的方向有关 要求感应正序电势，即A—B—C
——感应电动势的频率：与转子磁场的极对数p和 转速n有恒定关系。
2021/3/9
授课：XXX
6
当P＝1，转子转一周，电势交变一次
当P对极，转子转一周，电势交变P次
若每分钟转速为n，则电势频率为f=Pn/60赫。 当f=50赫， 汽轮机： n=3000转/分――P＝1；
n=1500转/分――P＝2； 水轮机： n=100转/分――P＝30。
同步电机的转速与电网频率有严格不变关系。 即当电网频率一定时，电机转速就一定。
2021/3/9
授课：XXX
7
——感应电势的大小和波形（交流绕组的电动势） （1）波形：与磁场沿空间的分布的波形有关，若磁
场沿圆周按正弦分，则电势随时间按正弦变化
选择0度，120度，240度，360度四个旋转瞬时分
析，规定电流为正时：从首端ABC流出
；
电流为负时，从首端ABC流入
。
2021/3/9
授课：XXX
10
A (1) 0度
紫色为流入 C 蓝色为流出
C
A
B
B
(2) 120度
C
C
A
B (3) 240度
2021/3/9
A
授课：XXX
B (4) 360度
11
第四章 交流绕阻及其电动势和磁动势
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
交流电机的工作原理 交流绕组的构成原则和分类 三相双层迭绕组 交流绕组的感应电动势 单相交流绕组的磁动势 三相交流绕组的磁动势
2021/3/9
授课：XXX
1
交流电机：
同步电机(凸极、隐极) 主要做发电机用； 也可做电动机和调相机用。
以2P＝4，Z＝36，三相双层迭绕组为例： 1、极距：
= Z / 2p =36/4=9槽； 2、节距：
2021/3/9
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17
7、槽电势星形图： 假设气隙磁密在圆周上按正弦规律分布，
转子旋转――定子各槽内导体的感应电势也将随 时间按正弦规律变化。当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时，这些矢 量构成一个辐射星形图。各槽内导体感应电势在 时间相位上互差α电角度。
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二、定子绕组分类： 1、按相数：单相和三相； 2、按槽内层数：单层
双层 3、按绕组端接部分的形状
单层有同心式 交叉式 链式；
双层有迭绕组 波绕组
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第三节 三相双层迭绕组
一、交流绕组的一些基本术语：
1、机械角度与电角度：
机械角度——一圆周360度；
1．基本组成：
定子：定子铁心和定子绕组——交流绕组
转子：转子铁心和转子绕组（自成闭合回路）
2．转动原理：以鼠笼式转子为例（转子槽内有导
条，导条两端用短路环连接，形成闭合绕组）
B
A
C
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9
（1）旋转磁场的产生：
定子三相电流瞬时表达式：
iA Im cost iB Im cos(t 120 ) iC Im cos(t 240 )
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18
例如：2P＝4，Z＝24的槽电势星形图为：
C 21,9 22,10 11,23
20,8
12,24
19,7
1,13
18,6
2,14
A
B
17,5
3,15 4,16
一般说，当P和Z有最大公约数t时， 则有t个重合的槽电势星形图。
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二、三相双层迭绕组：
异步电机(鼠笼、绕线) 主要做电动机用 也可做发电机用。 分为单相异步和三相异步。
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第一节 交流电机的工作原理
一、同步发电机的工作原理
1、基本组成 2、工作原理
二、三相异步电动机的工作原理
1、基本组成 2、工作原理
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一、同步发电机的工作原理：
1、基本组成：
1）定子：定子铁心和定子绕组——电枢绕组
（交流绕组）
2）转子：转子铁心和转子绕组——励磁绕组
B
A
（直流绕组） C
N
逆时针旋转
S
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2、工作原理： 1）原动机拖动转子旋转 2）转子通入直流励磁——产生恒定磁场，
随转子旋转形成机械旋转磁场 3）电枢绕组切割转子旋转磁场感应电动势 ——感应电动势的相序：与绕组沿定子内圆的空间
e c B a l vB m ls vit n E m sitn
三相定子绕组对称，因此三相电势大小相等，相
位互差120度。设Em为电势最大值，A相初相角为0，
则：
eA Em sint
eB Em sin(t 120)
eC Em sin(t 240)
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二、三相异步电动机的工作原理
电角度——一对磁极占有的空间角度是360度电角度
关系：
电角度 = p * 机械角度 （ p为极对数）
2、极距：
沿定子内圆每个磁极所占有的距离
= Z / 2p （定子槽数）
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3、线圈与节距y1： 线圈：由一匝或多匝导线串联而成，有两个引出
线，一个称为首端，一个称为末端。
节距y1：线圈两个有效边沿定子内圆的距离 整距（y1 = ）、短距（y1 < ）、长距（y1 > ） 4．槽距角：
相邻两槽之间的电角度 = p*360 / Z
5．每极每相槽数q：
每相绕组在每一磁极下所占有的槽数
q = Z / 2pm
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（整数槽和分数槽）
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6．相带和极相组（线圈组）： 每一极下，每相绕组所占有的电角度（q） —— 60度分相法
（2）转动原理： 对称定子绕组外加对称三相交流电压， 定子绕组内有对称三相交流电流， 它们联合产生旋转磁场，
转子导条切割定子旋转磁场将感应电势，从而在 闭合的导条中有电流，则转子导条将受到电磁力f， 并且形成电磁转矩，使转子顺旋转磁场的方向旋转， 若转子轴上有负载，电动机将输出机械功率。
异步电机的转速n小于同步转速。若二者相等，
异步机就不能旋转。
2021/3/9
授课：XXX
12
第二节 交流绕组的构成原则和分类
一、构成原则：
电势最大 三相对称 正弦波
1．三相绕组对称，即每相绕组结构相同，阻抗 相等，在空间相距120°电角度，以获得对称 的三相感应电动
2．在导体数一定的情况下，力求产生较大的基 波电动势和基波磁动势。
3．绕组的电动势和磁动势尽可能接近正弦波
分布和转子旋转磁场的方向有关 要求感应正序电势，即A—B—C
——感应电动势的频率：与转子磁场的极对数p和 转速n有恒定关系。
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6
当P＝1，转子转一周，电势交变一次
当P对极，转子转一周，电势交变P次
若每分钟转速为n，则电势频率为f=Pn/60赫。 当f=50赫， 汽轮机： n=3000转/分――P＝1；
n=1500转/分――P＝2； 水轮机： n=100转/分――P＝30。
同步电机的转速与电网频率有严格不变关系。 即当电网频率一定时，电机转速就一定。
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7
——感应电势的大小和波形（交流绕组的电动势） （1）波形：与磁场沿空间的分布的波形有关，若磁
场沿圆周按正弦分，则电势随时间按正弦变化
选择0度，120度，240度，360度四个旋转瞬时分
析，规定电流为正时：从首端ABC流出
；
电流为负时，从首端ABC流入
。
2021/3/9
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10
A (1) 0度
紫色为流入 C 蓝色为流出
C
A
B
B
(2) 120度
C
C
A
B (3) 240度
2021/3/9
A
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11
第四章 交流绕阻及其电动势和磁动势
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
交流电机的工作原理 交流绕组的构成原则和分类 三相双层迭绕组 交流绕组的感应电动势 单相交流绕组的磁动势 三相交流绕组的磁动势
2021/3/9
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1
交流电机：
同步电机(凸极、隐极) 主要做发电机用； 也可做电动机和调相机用。
以2P＝4，Z＝36，三相双层迭绕组为例： 1、极距：
= Z / 2p =36/4=9槽； 2、节距：