绕组电动势
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电机学-交流绕组和电动势
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢交流绕组的定义
感应交流电的绕组叫交流绕组
同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同， 因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢对交流绕组的要求 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； 5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好； 6）制造工艺简单，检修方便。
8
9
10
S2
11 12 13
A
18
17 16 15 14
动势最大，应将第一个N极下的7、8槽也划
Y
24 12
13 1
14 2
归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽
23 11
Z 3 15
相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，
22 10
4 16
第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则 C
为X相带。
§8-2 三相单层绕组
➢三相单层集中整距绕组
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三
1
相对称电动势呢？可以作三相绕组电动
势相量的方法来说明。因槽间角 1 60 6 电角度，若规定导体电动势穿进纸面为
60°
2
正，则图8- 4(a)所示瞬间1槽导体电动势
为正的最大，当转子转过 1角后，2槽导
体电动势才最大，因此2槽导体电动势落 5
§8-1 交流绕组的基本概念
➢交流绕组的定义
感应交流电的绕组叫交流绕组
同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同， 因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢对交流绕组的要求 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； 5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好； 6）制造工艺简单，检修方便。
8
9
10
S2
11 12 13
A
18
17 16 15 14
动势最大，应将第一个N极下的7、8槽也划
Y
24 12
13 1
14 2
归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽
23 11
Z 3 15
相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，
22 10
4 16
第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则 C
为X相带。
§8-2 三相单层绕组
➢三相单层集中整距绕组
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三
1
相对称电动势呢？可以作三相绕组电动
势相量的方法来说明。因槽间角 1 60 6 电角度，若规定导体电动势穿进纸面为
60°
2
正，则图8- 4(a)所示瞬间1槽导体电动势
为正的最大，当转子转过 1角后，2槽导
体电动势才最大，因此2槽导体电动势落 5
交流绕组的感应电动势
• 每对极下属于同一相的q个线圈，构成一个线圈组。图中q=3 • 每个线圈的感应电势由两个线圈边的感应电势矢量相加而成。 • 整个线圈组的感应电势由所有属于该组的导体电势矢量相加。
线圈组的感应电势
• 矢量式
E E E E yz y1 y2 y3
• 分布系数：
k q1 分布绕组的感应电势 集中绕组的感应电势 sin
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁 场中含有奇次空间谐波。 ＝1、3、5…
1、主极磁场产生次谐波的性质
• 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起 以同步转速在空间移动。即
p p ;
;
n n 1
• 谐波频率：
f
p n 60
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ pqN a
y
• 相电势：
E 4 .44 fN 1 1 k
q1
双层绕组的电势
• 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组， 共2p个线圈组； • 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ 2 pqN a
y
• 双层绕组要考虑到短距系数：
感应电势的大小
• 导体感应电势
E n max B 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： B
2
Bp;
• 感应电势最大值：
• 感应电势的有效值：
E n max
2
B p l 2 f f ( l ) f
交流绕组的感应电动势
旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋 转磁场： (1) 机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；
线圈组的感应电势
• 矢量式
E E E E yz y1 y2 y3
• 分布系数：
k q1 分布绕组的感应电势 集中绕组的感应电势 sin
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁 场中含有奇次空间谐波。 ＝1、3、5…
1、主极磁场产生次谐波的性质
• 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起 以同步转速在空间移动。即
p p ;
;
n n 1
• 谐波频率：
f
p n 60
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ pqN a
y
• 相电势：
E 4 .44 fN 1 1 k
q1
双层绕组的电势
• 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组， 共2p个线圈组； • 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ 2 pqN a
y
• 双层绕组要考虑到短距系数：
感应电势的大小
• 导体感应电势
E n max B 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： B
2
Bp;
• 感应电势最大值：
• 感应电势的有效值：
E n max
2
B p l 2 f f ( l ) f
交流绕组的感应电动势
旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流电机理论中有两种旋 转磁场： (1) 机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；
交流电机绕组及其感应电动势解读
交流绕组
交流绕组
三相单层绕组 单层——每槽中只放置一层元件边，元件数等于槽数的一半，无需层间绝缘，结构和嵌线较简单 单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机，其极对数通常是p＝l,2,3,4 单层绕组通常有链式、交叉式和同心式等三种不同排列方式 单层绕组的构造方法和步骤 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。 将每个极的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。
电机采用分布绕组，每元件组有q个元件，元件组电势即为q个元件的电势之和。
元件组电势
绕组感应电动势
分布因数 kd——元件组各电势的相量和与代数和的比值
1
绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响
2
绕组感应电动势
绕组的相电势
单层绕组 每对极每相有一个元件组 p对极电机，每相有p个元件组，可以串联、并连或混合连接。如有a条并联支路，则每相电势为
7
根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
8
异步电机
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
同步电机与异步电机主要结构部件对比
旋转电机的基本作用原理
在同步电机中，转子是主磁极，当外加的直流励磁电流流入转子绕组时，转子铁芯便表现出固定的极性，随转子一起旋转，相当于一块旋转的磁铁 在异步电机中转子绕组是一个自行闭合的绕组，当气隙磁场切割转子绕组时，便会在转子绕组中感应电势产生电流，转子铁芯便表现为表面旋转变化的磁极
旋转电机的基本作用原理
同步电机 定子上为三相对称绕组，匝数相同，空间位置互差120°, 转子上装有励磁绕组，通入直流电将产生一个磁场，它匝链定子各绕组
交流绕组
三相单层绕组 单层——每槽中只放置一层元件边，元件数等于槽数的一半，无需层间绝缘，结构和嵌线较简单 单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机，其极对数通常是p＝l,2,3,4 单层绕组通常有链式、交叉式和同心式等三种不同排列方式 单层绕组的构造方法和步骤 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。 将每个极的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。
电机采用分布绕组，每元件组有q个元件，元件组电势即为q个元件的电势之和。
元件组电势
绕组感应电动势
分布因数 kd——元件组各电势的相量和与代数和的比值
1
绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响
2
绕组感应电动势
绕组的相电势
单层绕组 每对极每相有一个元件组 p对极电机，每相有p个元件组，可以串联、并连或混合连接。如有a条并联支路，则每相电势为
7
根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
8
异步电机
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
同步电机与异步电机主要结构部件对比
旋转电机的基本作用原理
在同步电机中，转子是主磁极，当外加的直流励磁电流流入转子绕组时，转子铁芯便表现出固定的极性，随转子一起旋转，相当于一块旋转的磁铁 在异步电机中转子绕组是一个自行闭合的绕组，当气隙磁场切割转子绕组时，便会在转子绕组中感应电势产生电流，转子铁芯便表现为表面旋转变化的磁极
旋转电机的基本作用原理
同步电机 定子上为三相对称绕组，匝数相同，空间位置互差120°, 转子上装有励磁绕组，通入直流电将产生一个磁场，它匝链定子各绕组
交流绕组及其电动势和磁动势
•4.2三相双层绕组
•一、基本概念
•1.线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈 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。与线圈相关的概念包括：有效边；端部；线圈节距等（看 图）
•4.2三相双层绕组 •一、基本概念
•2.极距τ ：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围
•3.线圈节距y：一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线 圈的节距。用y表示。（看图） •y<τ时，线圈称为短距线圈；y=τ时，线圈称为整距线圈； •y>τ时，线圈称为长距线圈。
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
4.5通有正弦交流电时单相绕组的磁动势
• 二、交流绕组的分类 • 按相数分为：单相、三相、多相
• 按槽内层数分为：单层（同心式、链式、交叉 式）、双层（叠绕组、波绕组）、单双层
• 每极每相槽数q：整数槽、分数槽
•4.2三相双层绕组 •双层绕组的主要优点（P113）
•一、基本概念
：
•1.线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈
⑶谐波磁场的槽距角：dγ =γd
⑷谐波磁场的转速：nr = ns主磁极的转速（ 同步转速）
⑸谐波感应电动势的频率：fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1
⑹谐波感应电动势的节距因数kpv ⑺谐波感应电动势的分布因数kdv ⑻谐波感应电动势的绕组因数kwv= kpv kdv ⑼谐波电动势（相值）
绕组电动势
τ 采 节 y1 =τ − 可 消 ν次 波 用 距 以 除 谐 ν
δ min δ max
r 2
bp
r 2
τ
τ
凸极电机的极靴外形和隐极电机的励磁绕组的布置 （a）凸极电机 （b）隐极电机
5. 齿谐波电动势的产生及削弱方法
定子铁心开槽的目的
将定子绕组嵌入槽内，便于固定 与无槽的情况相比，使气隙缩短，所需励磁减小
E y1 = 2 N y Ec1 = 4.44 f1 N y Φ m来自3. 线圈电动势与短距系数
短距系数
y1 π ky1 = sin( ) τ 2
★ ky1≤1 ★ 对于整距线圈 ky1=1
y1 π Ey1 = 2(NcEc1)sin( ) = 2(NcEc1)ky1 τ 2
4. 线圈组电动势与分布系数
π
Φ = Bav lτ
气隙每极基波磁通量
导体中基波电动势有效值
1 1 E= Em = π f Φ = 2.22 f Φ 2 2
定子导体感应电动势基波频率：
pn f = 60
p对极电机，气隙 磁场空间分布为p个正弦 波的磁场称为基波磁场 ，基波磁场在绕组中感 应的电动势为基波电动 势。 当p对极的正弦分布 磁场 以 转 速n1 切 割导 体 时，在导体中感应电动 势为正弦波，其有效值 为
ν p n1 pn fν = ν ν = ν = f1
60 60
1
E = 2πNkWν fνΦ = 4.44NkWν fνΦ φν ν ν
q 1 να sin y1 π 2 kyν = sin( ν ) kqν = να1 τ 2 qsin 2 kWν = kyν kqν
当算出基波和各次谐波电动势的有效值后，可得出相电动 势的有效值为
三相异步电动机定子绕组的感应电动势
三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组接到三相电源后，气隙内即建立旋转磁场。
这个磁场以同步转速n1旋转，幅值不变。
其分布近乎正弦，好像一种旋转的磁极。
它同时切割定.转子绕组，在其中产生感应电动势。
虽然在定.转子绕组中感应电动势的频率有所不同，但两者定量计算的方法是一样的。
本节讨论由正弦分布.以同步转速n1旋转的旋转磁场在定子绕组中所产生的感应电动势。
一、绕组的感应电动势及短矩系数1.导体的感应电动势当磁场在空间作正弦分布，并以恒定的转速n1旋转时，导体感应的电动势为一正弦波，其最大值为导体电势的有效值为而，所以有2.整距线圈的感应电动势图1 匝电动势的计算在图1(a)中，将相隔一个极距，即相差180?空间电角度的位置上放置两根导体U1和U2，并在上端用导线将它们连成一个整距线圈。
线匝下面的两个端头分别称头和尾。
由于两根导体在空间相间一个极距，则可知，若一根导体处在N极极面下，另一根导体必定处在S极极面下对应的位置，它们切割磁场所感应出的电动势必然大小相等.方向相反。
即在时间相位上彼此相差180?时间电角度，每根导体的基波电动势相量则如图1(b)所示。
每个线匝的电动势为有效值在一个线圈内，每一匝电动势的大小和相位都是相同的，所以整距线圈的电动势为有效值3.短距绕组的感应电动势这时线圈节距,，则电动势和相位差不是180?，而是相差γ，γ是线圈节距所对应的电角度。
因此匝电势为式中——短距因数，。
则短距线圈的电动势为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。
二、线圈组的感应电动势及分布系数线圈组是由q个绕组串联组成的，若是集中绕组(q个绕组均放在同一槽中)，则每个绕组的电动势大小.相位都相同，对于分布绕组，q个绕组嵌放在相邻α槽距角的q个槽中，对每个绕组而言，它们切割旋转磁场所产生的感应电动势的大小应完全相同。
三相异步电动机定子绕组的电动势-精选文档
一、线圈的感应电动势 二、线圈组的感应电动势 三、相绕组的感应电动势——相电势
一、线圈的感应电动势
讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子 绕组可以看成下图中所示的转子旋转，在定子绕组中所 感应产生的电动势。 气隙磁密分布
π B B sin x x 1 m
a.电动机横截面
b.磁密波形
c.电动势波形
1.整距线圈的电动势：
电角度为 d ( t ) 内通过的磁通
d N B L r s i n t d (t ) 1 y 1 m
一个极距内的磁通
t N B L r s i n()2 t d t N B L r c o s t 1 y 1 m y 1 m t
整距线圈的电动势有效值为：
1 e N 4 . 4 4 fN cy (1 ) y 1 1 y 1 2
因此一个极距内的磁链为：
y1 短距线圈缩短的电角度为：
2、短距线圈的电动势
1
t N B L r s i n t d ( t ) N B L r c o s ( t ) c o s t 1 y 1 m y 1 m t
y 1
2
2
有效值的表达式
E 4 . 44 f N k c ( y ) 1 y y 1 1
ky1 cos 线圈的节距因数 2
节距因素 k 的物理意 y1 义与磁动势的雷同，对于 短距线圈，电动势的相量 为各线圈边相量的矢量和， 而对于整距线圈，电动势 相量为各线圈边的代数和。
b)线圈组的电动势相量合成
三、相绕组的感应电动势——相电势
1、相绕组构成
励磁绕组感应电动势表达式
励磁绕组感应电动势表达式
【原创版】
目录
1.励磁绕组感应电动势的定义
2.励磁绕组感应电动势的计算公式
3.励磁绕组感应电动势与电机参数的关系
4.应用举例
正文
一、励磁绕组感应电动势的定义
励磁绕组感应电动势是指当电机运行时，由于励磁绕组（也称为磁场绕组或场绕组）在磁场中运动而产生的电动势。
励磁绕组感应电动势是电机运行时磁场能量转换为电能的重要参数。
二、励磁绕组感应电动势的计算公式
励磁绕组感应电动势的计算公式如下：
ε = 4.44 × f × N ×Φ
其中，ε表示感应电动势，f 表示电源频率，N 表示励磁绕组匝数，Φ表示励磁绕组磁通。
三、励磁绕组感应电动势与电机参数的关系
励磁绕组感应电动势与电机的转速、电源频率、励磁绕组匝数和磁通等因素有关。
具体关系如下：
1.感应电动势与电机转速成正比关系。
电机转速增加，感应电动势也随之增加。
2.感应电动势与电源频率成正比关系。
电源频率增加，感应电动势也随之增加。
3.感应电动势与励磁绕组匝数成正比关系。
励磁绕组匝数增加，感应电动势也随之增加。
4.感应电动势与励磁绕组磁通成正比关系。
励磁绕组磁通增加，感应电动势也随之增加。
四、应用举例
以一台三相交流异步电机为例，电源频率为 50Hz，励磁绕组匝数为200 匝，磁通为 0.8Wb。
根据励磁绕组感应电动势的计算公式，可得：ε = 4.44 × 50 × 200 × 0.8 = 35520.0 V
因此，该电机励磁绕组感应电动势为 35520.0 V。
第6章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
• 电机气隙除了基波外，还有三次、五次、七次 奇次谐波。
• 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
• 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
第15讲 交流电机电枢绕组的电动势
其中：B 为旋转磁场磁密的幅值；l为导体有效长度；
v 为导体切割磁力线的线速度也即气隙旋转磁场的速度。
n 电机的电角速度为： 2 p 60 导体A感应的基波电动势瞬时值为：
e b lv Biblioteka B lvsint Emsint 2Esint
e
0 1
Em
j
t
E
一、导体电动势
为复平面内的时间旋转矢量，与空间矢量 相区别，称为相量。
一、导体电动势
例6-1 导体A和X相距1500电角度，转子一对磁极，逆时针
旋转，试画出两导体感应电动势的相量图。
j
A
n
N
150
EX
X
电动势 正方向
150
EA
S
二、整距线匝感应电动势
一个线匝（单匝线圈）的两个边相距一个极距，当转子磁极旋
转时，两根导体将产生大小相等、方向相反的感应电动势。
如图线圈为短距线圈，线圈节距 y1 y 小于1。短距线圈的基波电动势向量为： ，其中y 大于零
Ey EA EX EA0 EXy
B
ey
j
X N
S
2
eA
头
y1
eX
EX
Ey
尾
y1
EA
四、短距线圈的感应电动势
B
ey
j
X N
S
2
eA
头
y1
eX
EX
Ey
尾
y1
EA
三、整距线圈感应电动势
1、线圈：由Ny个线匝串联起来
2、节距y1：一个线圈两边之间的距离，一般用空间电角度表示。 若
第六章交流绕组及其电动势
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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
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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。
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定 子 铁 芯 和 线 圈
交流 电机 的定 子绕 组
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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。
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第三篇 交流电机的绕组电动势和磁动势
8.★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
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kw1、磁极对数p及相电流 有关，其中N、kw1及p由构造决定， 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。
第三篇交流电机的绕组电动势和磁动势
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 =槽，每极每相槽数q=，槽距角α=，分布因数 =， ，节距因数 =,绕组因数 =。
11.一个整距线圈的两个边，在空间上相距的电角度是多少?如果电机有p对极，那么它们在空间上相距的机械角度是多少?
答：整距线圈两个边在空间上相距的电角度为 ；电机为p对极时，在空间上相距的机械角度为 。
12.★定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势大小与相位有何关系?
答；定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势的波形相同，其基波和各次谐波电动势的大小分别相等。基波电动势的相位差为 电角度，且空间上超前(沿转子转向空间位置在前)的导体，其基波电动势的相位是滞后的。
绕组短距时，—个线圈的两个线圈边中的基波和谐波(奇数次)电动势都不再相差 ，因此，基波电动势和谐波电动势也都比整距时减小。合理短距时，对基波，因短距而减小的空间电角度是较小的，因此基波电动势减小得很少；但对 次谐波，短距减小的则是一个较大的角度(是基波的 倍)，因此，总体而言，两个线圈边中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因为谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度，所以可使电动势波形得到改善。
答：幅值
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kw1、磁极对数p及相电流 有关，其中N、kw1及p由构造决定， 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。
第三篇交流电机的绕组电动势和磁动势
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 =槽，每极每相槽数q=，槽距角α=，分布因数 =， ，节距因数 =,绕组因数 =。
11.一个整距线圈的两个边，在空间上相距的电角度是多少?如果电机有p对极，那么它们在空间上相距的机械角度是多少?
答：整距线圈两个边在空间上相距的电角度为 ；电机为p对极时，在空间上相距的机械角度为 。
12.★定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势大小与相位有何关系?
答；定子表面在空间相距 电角度的两根导体，它们的感应电动势的波形相同，其基波和各次谐波电动势的大小分别相等。基波电动势的相位差为 电角度，且空间上超前(沿转子转向空间位置在前)的导体，其基波电动势的相位是滞后的。
绕组短距时，—个线圈的两个线圈边中的基波和谐波(奇数次)电动势都不再相差 ，因此，基波电动势和谐波电动势也都比整距时减小。合理短距时，对基波，因短距而减小的空间电角度是较小的，因此基波电动势减小得很少；但对 次谐波，短距减小的则是一个较大的角度(是基波的 倍)，因此，总体而言，两个线圈边中谐波电动势相量和的大小就比整距时的要小得多，因为谐波电动势减小的幅度大于基波电动势减小的幅度，所以可使电动势波形得到改善。
交流绕组感应电动势有效值的计算公式
交流绕组感应电动势有效值的计算公式交流绕组感应电动势的有效值（也称为RMS值）可以使用以下公式计算：
E = N * B * A * ω * sin(θ)
其中，E 为感应电动势的有效值（单位为伏特，V），N 为线圈中的匝数，B 为磁感应强度（单位为特斯拉，T），A 为线圈的有效面积（单位为平方米，m²），ω 为角频率，即电流的角速度（单位为弧度/秒，rad/s），θ 为磁场与感应电动势之间的相角差。
需要注意的是，上述公式仅适用于理想情况下，即感应电动势的线圈完全位于均匀磁场中，并且感应电动势和磁场之间的相角差保持恒定。
实际应用中，由于存在更复杂的磁场变化和线圈结构等因素，感应电动势的计算可能更加复杂。
此外，如果知道感应电动势的交流波形，可以通过波形分析的方法来计算感应电动势的有效值。
常见的波形如正弦波和方波等，可以通过对波形进行积分和平方根处理来计算有效值。
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
交流绕组的电动势和磁动势
交流绕组的电动势和磁动势
三相对称绕组在一对磁极中相带具有什么分布规律？
课程导入
课程导入
A-Z-B-X-C-Y
课程讲解
课程总结
课后作业
2023年4月25日星期二11时0分23秒
课程导入
课程导入
旋转磁场是交流电机工作的基础，在交流电机理论中有两种旋转磁场
1、机械旋转磁场
课程讲解
通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。
课程导入
课程讲解
课程总结
课后作业
用图解法分析——不同时刻三相合成磁动势
三相对称绕组通入三相对称电流，产生的
课程导入
基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆
形旋转磁动势，它有以下主要性质：
课程讲解
(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍。
课后作业
Bm——磁通密度的最大值
Bav——正弦分布磁通密度的平均值， Bav=
2 Bm
一根导体电动势的有效值与电动势的频率和每极磁通量成正比，频率一定时，电动势
仅与每极磁通量的大小成正比。
二、线圈中的感应电动势
课程导入
1、整距线圈的电动势
课程讲解
课程总结
c1
E t Ec1-Ec2
Et
E c1 2.22 fΦ1
ky1 sin
y1
90
采用短距线圈主要为了削弱高次谐波，从而改善波形。
c2
三、线圈组的电动势
2、分布绕组
课程讲解
课程总结
课后作业
E q 4.44fqk y1Φ1
S
q个线圈为集中绕组
N
课程导入
S
N
1、集中绕组
三相对称绕组在一对磁极中相带具有什么分布规律？
课程导入
课程导入
A-Z-B-X-C-Y
课程讲解
课程总结
课后作业
2023年4月25日星期二11时0分23秒
课程导入
课程导入
旋转磁场是交流电机工作的基础，在交流电机理论中有两种旋转磁场
1、机械旋转磁场
课程讲解
通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。
课程导入
课程讲解
课程总结
课后作业
用图解法分析——不同时刻三相合成磁动势
三相对称绕组通入三相对称电流，产生的
课程导入
基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆
形旋转磁动势，它有以下主要性质：
课程讲解
(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍。
课后作业
Bm——磁通密度的最大值
Bav——正弦分布磁通密度的平均值， Bav=
2 Bm
一根导体电动势的有效值与电动势的频率和每极磁通量成正比，频率一定时，电动势
仅与每极磁通量的大小成正比。
二、线圈中的感应电动势
课程导入
1、整距线圈的电动势
课程讲解
课程总结
c1
E t Ec1-Ec2
Et
E c1 2.22 fΦ1
ky1 sin
y1
90
采用短距线圈主要为了削弱高次谐波，从而改善波形。
c2
三、线圈组的电动势
2、分布绕组
课程讲解
课程总结
课后作业
E q 4.44fqk y1Φ1
S
q个线圈为集中绕组
N
课程导入
S
N
1、集中绕组
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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2
q sin
2
2
qE k y1 q1
Eq1
E y1
sin
sin
q
2
sin q
qEy1
q
2
sin
qEy1kq1 4.44 f Nck y11qkq1
2
2
其中：kq1
Eq1(q个分布线圈的合成电动势) qEq1(q个集中线圈的合成电动势)
kq1
sin q q sin
2 2
(称分布系数）
kN1 k y1kq1(称绕组系数）
绕组展开图
N
S
N
S
τ
τ
τ
τ
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
a1
x1
导体
整距 短距 单匝
x2
a2
a3
x3
x4
a4
NC匝线圈
q个线圈-线圈组
相绕组
7-6 正弦分布磁场下的绕组电动势
• 1、导体电动势
• 若气隙磁场在空间按正弦波分布，其最大磁密为 Bml
B Bml sin
Y
C
ec1 B lv Bmllv sin t Ec1m sin t
导体电动势有效值
A
X
Ec1
Ec1m 2
Bmllv 2
Bmll Dn
2 60
Z
B
2
Bav
y1
90 0
• 线圈NC匝
Ey1 Nc Et1 4.44 Nck y1 f 1
4、线圈组电动势和分布系数
每个线圈组都由q个线圈串联 组成，线圈组的电动势等于q
R
Eq1
q
个相临线圈电动势的相量和
Eq1
2R
sin
q
2
Ey1
E y1
R 2 sin
2
Eq1
E y1
sin
sin
q
2
q
sin
qEy1
Et1( y1 ) Ec1 Ec1 Ec1 (Ec1)
Ec1 Et1( y1 )
短距线匝电动势有效值
Ec1
Et1( y1 )
2Ec1 sin
2
2Ec1 sin
y1
900
4.44 k y1
f
1
• •
短距系数 3、线圈电动势
k y1
Et1 (短距时匝电动势） 2E（c1 整距时匝电动势）
sin
l 2P n
2 60
2
Bav l
f
2
1
f 2.22 f 1
• 2、匝电动势和短距系数
• 对整距线匝y1= τ
• 整距线匝电动势
Et1 Ec1 Ec1 2Ec1
整距线匝电动势有效值
Et1 4.44 f 1
Ec1
Et1
Ec1
Ec1
v
Ec1 y1
Ec1
v
N
S
y1
对短距线匝y1< τ
y1 1800
5、相电动势和线电动势
E1 4.44 NkN1 f 1
定子额定电压 UN
额定电流
IN
13800V 6645A
定子槽数Z 定子绕组并联支路数a 每槽线圈股数实心 气隙磁密 定子铁芯内径DO 定子铁芯长度Li
66 2 50×2+35×2 7957Gs 1195mm 3650mm