第六章 交流电机的绕组和电动势
合集下载
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
三相正弦交流电
• 在对称三相负载的星形接法中，线电压与相电压之间、线电流与相 电流之间存在以下关系，即:
上一页 下一页 返回
第二节 电源绕组和负载的连接
• 但是，当三相负载不对称时，各相电流的大小不一定相等，相位差 也不一定为120°。所以不对称三相负载的中线电流不等于零。但通 常中线电流比相电流小得多，所以中性线的截面积可小些。由于低压 供电系统中的三相负载经常变动(如照明电路中的灯具经常开关，单 相空调、冰箱的启动与停止)，当中性线存在时，它能平衡各相电压 保证三相负载为三个互不影响的独立电路，此时各相负载的相电压等 于电源的相电压，不会因负载的变化而变化。但是当中性线断开后， 各相电压就不相等了。经实际测量证明，阻抗小的相电压低，阻抗大 的相电压高，这就可能烧坏接在相电压升高的这相中的电器。所以在 三相负载不对称的低压供电系统中，不允许在中性线上安装熔断器或 开关，以免中性线断开引起事故。另一方面我们也要力求三相负载平 衡以减小中性线的电流。如在三相照明电路中，应将单相负载平均分 接在三相上，而不是全部集中在某一相上或两相上。
• 根据基尔霍夫电压定律:
上一页 下一页 返回
第二节 电源绕组和负载的连接
• 线电压与相电压的相量图如图6-6示。 • 由图可见，线电压也是对称的，并且在相位上比相应的相电压超前
30°. • 至于线电压和相电压的关系，也可以从图6-6量图中得出。
上一页 下一页 返回
第二节 电源绕组和负载的连接
• 变压器的绕组接成三相四线制(有中性线的星形接法)，可以给负载提 供两种电压，一种是相电压，一种是线电压。目前我国电力电网的低 压供电系统中的线电压为380V，相电压为220V，常写作“电源电压 380/220V"。
上一页 下一页 返回
上一页 下一页 返回
第二节 电源绕组和负载的连接
• 但是，当三相负载不对称时，各相电流的大小不一定相等，相位差 也不一定为120°。所以不对称三相负载的中线电流不等于零。但通 常中线电流比相电流小得多，所以中性线的截面积可小些。由于低压 供电系统中的三相负载经常变动(如照明电路中的灯具经常开关，单 相空调、冰箱的启动与停止)，当中性线存在时，它能平衡各相电压 保证三相负载为三个互不影响的独立电路，此时各相负载的相电压等 于电源的相电压，不会因负载的变化而变化。但是当中性线断开后， 各相电压就不相等了。经实际测量证明，阻抗小的相电压低，阻抗大 的相电压高，这就可能烧坏接在相电压升高的这相中的电器。所以在 三相负载不对称的低压供电系统中，不允许在中性线上安装熔断器或 开关，以免中性线断开引起事故。另一方面我们也要力求三相负载平 衡以减小中性线的电流。如在三相照明电路中，应将单相负载平均分 接在三相上，而不是全部集中在某一相上或两相上。
• 根据基尔霍夫电压定律:
上一页 下一页 返回
第二节 电源绕组和负载的连接
• 线电压与相电压的相量图如图6-6示。 • 由图可见，线电压也是对称的，并且在相位上比相应的相电压超前
30°. • 至于线电压和相电压的关系，也可以从图6-6量图中得出。
上一页 下一页 返回
第二节 电源绕组和负载的连接
• 变压器的绕组接成三相四线制(有中性线的星形接法)，可以给负载提 供两种电压，一种是相电压，一种是线电压。目前我国电力电网的低 压供电系统中的线电压为380V，相电压为220V，常写作“电源电压 380/220V"。
上一页 下一页 返回
第06章-交流电机的旋转磁场理论
-11-
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。
-13-
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
-8-
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
f A1 = F 1 cos φ
• 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：
• 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：
交流电机的绕组和电动势(3)
A
X
（2）当q为奇数，每个相带的槽不能均分。
举例：Z=36，2p=4，m=3。（q=3）
槽号 相带 第一对极 第二对极
A 1,2,3 19,20,21
Z 4,5,6 22,23,24
B 7,8,9 25,26,27
X 10,11,12 28,29,30
C 13,14,15 31,32,33
Y 16,17,18 34,35,36
特点：两个线圈的节距不相等，同一相线圈端部不交叠，布
置和嵌线方便，常用于小型两极异步电机。
4）交叉式绕组： 欲将电机绕组连成链式结构：
（1）当q=偶数，可把每个相带的槽分成两半连成链式绕组。
S1
N1
S2
N2
AZ B X CY A Z B XC Y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
S1
N1
S2
N2
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 1 2
头
尾头
尾头
尾头
尾
A
X
三相单层交叉式绕组展开图（A相）
每对极下依次按“二大一小”交叉排列，这种绕组称为单层
N1
S2
N2
AZ B
XC Y AZ B XC Y
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ZA
B
C
X
交流电机绕组及感应电动势
旋转电机的结构 铁芯：构成磁的通路 转子 定子
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
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
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）
电机学 交流电机的绕组及其感应电动势
交流绕组概述
作用：
– 通入电流→磁场（电动机） – 磁场与定子绕组切割→电势→电流（发电机）
分类（类型）
– 相数：单相、三相 – 层数：
单层：同心式、交叉式、链式 双层：叠绕组、波绕组
– 宽度：整距、短距 – 分布性：分布绕组、集中绕组
交流绕组的基本概念
绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称 ①要求磁势和电势的波形为正弦波形； ②要求磁势和电势三相对称，三相电压对称； ③电力系统都有统一的标准频率，我国规定工业标准
构造方法和步骤（举例：Z=24,2p=4,整距,m=3) •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： 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： 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 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
整矩绕组：跨距y＝τ＝6，每个元件的上层边与下层边相距6
a规相个件律8槽。个为。同元l例理-72如件‘--8第2’分，-l槽83成’的-，9’4上，7个层4--1元边130应‘’件，-8与.-组..第1相4，7连’槽，，各的1共下元3计-层1件有边92‘组接-41个成的4元-一2连件个0’接。元，
每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、极对数p和 相数m为，则
交流电动机
第六章交流电动机电机是实现电能和机械能互相转换的旋转装置。
本章主要介绍交流电动机的基本构造、工作原理、转速与转矩之间的机械特性及起动、反转、调速及制动的基本原理和使用方法等。
6．1 三相异步电动机的构造三相异步电动机分主要由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两个基本部分组成。
见下图三相异步电动机的定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的定子绕组组成。
见下图三相异步电动机的转子铁心是圆柱状的，也是用硅钢片叠成，表面有冲槽，用来放置转子绕组。
转子铁心装在转轴上，轴上加机械负载。
根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式两种。
鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。
见下图绕线式异步电动机的转子绕组同定子绕组一样也是三相的，它联接成星型。
每相绕组的的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。
环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。
在环上用弹簧压着碳质电刷。
起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组联接，见下图6．2 异步电动机转动原理：旋转磁场1.旋转磁场的产生三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内，按一定规律连接成三相对称结构。
三相绕组AX，BY，CZ在空间互成1200，它可以联接成星形,也可以联接成三角形。
当三相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流i A、i B、i C：i A=I m sinωti B= I m sin(ωt－120o)i C= I m sin(ωt＋120o)电流的参考方向和随时间变化的波形图见下图。
的产生过程(见下图)：由分析可知,当定子绕组中通入三相电流后，当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。
这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。
2.旋转磁场的转向从旋转磁场可以看出，在ωt=00的时，A相的电流i A=0，此时旋转磁场的轴线与A相绕组的轴线垂直；当ωt=900时，A相的电流i A=+I m达到最大，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。
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
电机学-三相交流绕组
F 1 0 .9 a I 2 q 2 a p 1N q k q 1 ky 1 0 .9 Ip N 1k N 1
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
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
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。
同步电机-交流绕组的电动势和磁动势
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相 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 电角 度，若规定导体电动势穿进纸面为正，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槽导体电动势落后于l槽导 体电动势 60度电角度，这样依次作出相差 1 电角度的所有槽导体基波电动势相量， 所得的相量图称为槽电动势星形图。如图 所示。
1
6
60°
2
5
3
4
转子以同步速旋转，电角速度＝电角频率。转过 60 度空间电角度所需要的时间＝时间电角度
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
槽电势星形图： 1槽导体与4槽导体串联组成整距线圈构成A 相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的 极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势 与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动 势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相 量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽 导体电动势的相量差，如图所示，可知三相 绕组的基波电动势为三相对称电动势。 集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的 C 电动势波形不好，而且由于绕组集中，运 行时发热集中，散热不良，再加上电枢表 面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。
没有层间绝缘击穿的问题，提高了电机工作的可靠性，此外单层 绕组嵌线也比较方便，但由于节距受到一定的限制，不能利用它 来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在 lOkW以下 的异步电动机中。
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应 的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相绕组的 匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差 120 度空间电 角度，例如一台 p=1 的电机，电枢槽数 Z=6 ，则每极每相槽数 q=Z/2pm=6/2×3 ＝ 1( 集中绕组 ) ，取节距 y=Z/2p=3( 整距 ), 若连 成单层绕组，其绕组排列如图所示。
1
6
60°
2
5
3
4
转子以同步速旋转，电角速度＝电角频率。转过 60 度空间电角度所需要的时间＝时间电角度
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
槽电势星形图： 1槽导体与4槽导体串联组成整距线圈构成A 相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的 极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势 与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动 势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相 量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽 导体电动势的相量差，如图所示，可知三相 绕组的基波电动势为三相对称电动势。 集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的 C 电动势波形不好，而且由于绕组集中，运 行时发热集中，散热不良，再加上电枢表 面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。
没有层间绝缘击穿的问题，提高了电机工作的可靠性，此外单层 绕组嵌线也比较方便，但由于节距受到一定的限制，不能利用它 来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在 lOkW以下 的异步电动机中。
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应 的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相绕组的 匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差 120 度空间电 角度，例如一台 p=1 的电机，电枢槽数 Z=6 ，则每极每相槽数 q=Z/2pm=6/2×3 ＝ 1( 集中绕组 ) ，取节距 y=Z/2p=3( 整距 ), 若连 成单层绕组，其绕组排列如图所示。
交流电机绕组及其感应电动势
p 360 2 360 30 电角度 Z 24
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
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
电工基础第六章 三相交流电路
三相四线制
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Z 24 q 2 2 pm 4 3 p 360 2 360 1 30 Z 24 Z 24 6 （极距为1～7） 2p 4 y6
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） (3)分相：q=Z/(2Pm)， N S N S
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
直流电机的基本工作原理
• 第二节 交流绕组
一、交流绕组的基本要求 绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称。 ①要求磁势和电势的波形为正弦波形； ②要求磁势和电势三相对称，三相电压对称； ③电力系统都有统一的标准频率，我国规定工
第四节 谐波电动势及其削弱方法
一、非正弦磁场下绕组的感应电动势
E 4.44 f Nk N m
p p
n n1
n1 pn1 f p f1 60 60
k N k d k p
m
Bm l
2
2 cos 2 q sin 2
第三节 绕组的感应电势
一．线圈的电动势
二．线圈组电动势
三．相绕组的电动势
1．单层绕组 2．双层绕组
一、线圈的电动势
设气隙磁场按正弦规律分布，则每极磁通
2 BS Bml
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
二、三相双层绕组
二、三相双层绕组
双层绕组
上层边
双层绕组的每个槽内有上、下 两个线圈边，线圈的一条边放 在某一槽的上层，另一条边则
下层边
放在相隔y槽的下层，如图所 示，对于双层绕组，整个电机 的线圈数正好等于槽数。
双层绕组
双层整距绕组
例：设相数m＝3，极数2p＝4，槽数Z＝24，则每 极每相槽数q＝2，槽距角a＝30°
交流绕组线圈
第二节 交流绕组
关于交流绕组的术语 1）电角度
磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期， 称为360°电角度。在电机中一对磁极张开所对应 的角度定义为 360°电角度 。（几何上，把一圆周 所对应的角度定义为360°机械角度。） 磁极对数为p
电角度 p 机械角度
2）相带 每极下一相绕组所占的宽度称为相带， 相带用电角度表示。
选择线圈的节距使得某一次谐波的短距系数等于或接近 零， 达到消除或减弱该次谐波的目的。
k p
cos 0 2
1 y (1 ) 即：为了消除第次谐波，只要选择要 y (1 1 ) 的短距线圈 例：如何消除或削弱5、7次谐波？
m cos t
1、整距线圈中的感应电势
d e N dt
m cos t
设 线 圈 匝 数 为 Nc ， 感 应电势的瞬时值为
d ec N c N cm sin t dt
有效值
Ec
N cm
2
4.44 fN cm
2、短距线圈中的感应电势
业标准频率为50Hz。
④在一定的导体数下，获得较大的基波电势和
基波磁势。
• 第二节 交流绕组
关于交流绕组的术语 实用的交流绕组是分布地嵌在定子槽 内的许多线圈组成，一个线圈有Nc匝， 每匝有两根导体,线圈的直线部分放在 槽里，因它切割气隙磁场产生感应电 动势，故称有效边，露在槽外的前后 端连接线，称为端部，它不切割气隙 磁场，仅起连接有效边的作用，如图 所示。
A1
X1
X2
A2
A3
X3
X4
A4
三相双层短距绕组
例：某交流电机定子绕组的Z＝24，p=4，m=3，采用短距，且 y=5，（节距为1～6）。 首先进行计算：
Z 24 q 2 2 pm 4 3 p 360 2 360 1 30 Z 24 Z 24 6 （极距为1～7） 2p 4 y5
q Eq 2 R sin 2 Ec 2 R sin
2
q sin 分布绕组线圈组电动势 Eq 2 kd 集中绕组线圈组电动势 qEc q sin 2
分布绕组线圈组电动势 kd qEc
二、线圈组的电动势
绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响
q sin Eq 2 kd qEc q sin 2 k p cos
D / 2 p
Z / 2p
180、
6）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一 般用槽数表示。 如图所示线圈，若它的一个边放在第1槽， 另一个边放在第10个槽，则节距y＝9，为了使 N 1 线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等 于或近于极距。 整距绕组：y＝ τ 短距绕组： y< τ 长距绕组： y> τ，端接较长，较少采用。
y y=9
= 9
S
10
线圈的节距
一、三相单层绕组 例： 一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,绘制三相单层分布 绕组的电动势星形图及绕组展开图。
一、三相单层绕组
做槽星型电势图和分相
线圈组： 每相每对极下有q个线圈 组成一个线圈组
整个电机一相有p个线圈 组，p个线圈组之间可以 串联，也可以并联
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。 N S 以a=1为例 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
消除和减小高次谐波电势的方法
从谐波性质：当接成星形连接时，在线
电势中不可能出现3次及其3的倍数次谐 波电势。 从磁场角度：使气隙磁场接近正弦分布 ，如采用适当的极靴宽度和不均匀的气 隙长度(磁极中心气隙较小，磁极边缘的 气隙较大)、励磁绕组的分布范围 从绕组方面：采用短距、分布绕组
（1）采用短距绕组
节距的选择:
4 对于5次谐波， 选用 5 6 对于7次谐波， 选用 7
( )
1 1 5 7
4 6 即：y ( ~ ) 5 7
5 取中间值：y 6
(2)采用分布绕组
sin q q sin
2 2
k d
例： q=1，Kd1=Kd3=Kd5=Kd7=…=1
第六章 交流电机的绕组和电动势
一、同步电机
定子: 铁芯和三相对称绕组ax、by 、cz，
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.
np 60 f f或n 60 p
二、异步电机
定子: 由铁芯和三相交 流绕组组成。
q=2， Kd1=0.965， Kd3=0.707， Kd5=0.259…
q=6， Kd1=0.957， Kd3=0.644， Kd5=0.195…
q越大，抑制谐波电动势的效果越好 但 q 增多，意味总槽数增多，电机成本提高。
2
Eq kd qEc 4.44 fqN c k p kdm 4.44 fqN c k Nm
qNc为一个线圈组串联匝数
三、绕组的相电势
单层绕组
•单层绕组共有p个线圈组
•若p个线圈组全部并联则相电动势 = Eq
•若p个线圈组全部串联则相电动势 = pEq
•实际线圈组可并可串，定义每相总串联匝数N如下：
-Ea’ -Ea Ea’
2
Ec’ Ec
Ea
导体a’与导体a相距非一个极距（差一短
距角）
短距角： yΒιβλιοθήκη 1800 • 短距系数：
短距线圈电动势 kp ＝ 整距线圈电动势 2 Ea cos 2 cos sin( y1 900 ) 2 Ea 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）。
短距线圈电势为:
Ec， 2 Ea cos
2
Ec k p 4.44 fN c k pm
二、线圈组的电动势
q=3的元件组
一个线圈组的电动势 一个线圈的电动势
q Eq 2 R sin 2 Ec 2 R sin
2
二、线圈组的电动势
• 分布系数：
sin q
二、谐波电势的消减方法
相电动势的有效值：
E E
2
1
E
2
3
E
2
5
...... E1 1 (
E 3 E1
) (
2
E 5 E1
) 2 ....
2 2 线电动势的有效值： El 3 E1 E 5
• 三相绕组相电动势的三次谐波同幅值同相位 • Y连接时： El 3 E 21 E 2 5 ...... 发电机绕组接线方式 •连接时：
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 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
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） (3)分相：q=Z/(2Pm)， N S N S
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
直流电机的基本工作原理
• 第二节 交流绕组
一、交流绕组的基本要求 绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称。 ①要求磁势和电势的波形为正弦波形； ②要求磁势和电势三相对称，三相电压对称； ③电力系统都有统一的标准频率，我国规定工
第四节 谐波电动势及其削弱方法
一、非正弦磁场下绕组的感应电动势
E 4.44 f Nk N m
p p
n n1
n1 pn1 f p f1 60 60
k N k d k p
m
Bm l
2
2 cos 2 q sin 2
第三节 绕组的感应电势
一．线圈的电动势
二．线圈组电动势
三．相绕组的电动势
1．单层绕组 2．双层绕组
一、线圈的电动势
设气隙磁场按正弦规律分布，则每极磁通
2 BS Bml
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
二、三相双层绕组
二、三相双层绕组
双层绕组
上层边
双层绕组的每个槽内有上、下 两个线圈边，线圈的一条边放 在某一槽的上层，另一条边则
下层边
放在相隔y槽的下层，如图所 示，对于双层绕组，整个电机 的线圈数正好等于槽数。
双层绕组
双层整距绕组
例：设相数m＝3，极数2p＝4，槽数Z＝24，则每 极每相槽数q＝2，槽距角a＝30°
交流绕组线圈
第二节 交流绕组
关于交流绕组的术语 1）电角度
磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期， 称为360°电角度。在电机中一对磁极张开所对应 的角度定义为 360°电角度 。（几何上，把一圆周 所对应的角度定义为360°机械角度。） 磁极对数为p
电角度 p 机械角度
2）相带 每极下一相绕组所占的宽度称为相带， 相带用电角度表示。
选择线圈的节距使得某一次谐波的短距系数等于或接近 零， 达到消除或减弱该次谐波的目的。
k p
cos 0 2
1 y (1 ) 即：为了消除第次谐波，只要选择要 y (1 1 ) 的短距线圈 例：如何消除或削弱5、7次谐波？
m cos t
1、整距线圈中的感应电势
d e N dt
m cos t
设 线 圈 匝 数 为 Nc ， 感 应电势的瞬时值为
d ec N c N cm sin t dt
有效值
Ec
N cm
2
4.44 fN cm
2、短距线圈中的感应电势
业标准频率为50Hz。
④在一定的导体数下，获得较大的基波电势和
基波磁势。
• 第二节 交流绕组
关于交流绕组的术语 实用的交流绕组是分布地嵌在定子槽 内的许多线圈组成，一个线圈有Nc匝， 每匝有两根导体,线圈的直线部分放在 槽里，因它切割气隙磁场产生感应电 动势，故称有效边，露在槽外的前后 端连接线，称为端部，它不切割气隙 磁场，仅起连接有效边的作用，如图 所示。
A1
X1
X2
A2
A3
X3
X4
A4
三相双层短距绕组
例：某交流电机定子绕组的Z＝24，p=4，m=3，采用短距，且 y=5，（节距为1～6）。 首先进行计算：
Z 24 q 2 2 pm 4 3 p 360 2 360 1 30 Z 24 Z 24 6 （极距为1～7） 2p 4 y5
q Eq 2 R sin 2 Ec 2 R sin
2
q sin 分布绕组线圈组电动势 Eq 2 kd 集中绕组线圈组电动势 qEc q sin 2
分布绕组线圈组电动势 kd qEc
二、线圈组的电动势
绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响
q sin Eq 2 kd qEc q sin 2 k p cos
D / 2 p
Z / 2p
180、
6）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一 般用槽数表示。 如图所示线圈，若它的一个边放在第1槽， 另一个边放在第10个槽，则节距y＝9，为了使 N 1 线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等 于或近于极距。 整距绕组：y＝ τ 短距绕组： y< τ 长距绕组： y> τ，端接较长，较少采用。
y y=9
= 9
S
10
线圈的节距
一、三相单层绕组 例： 一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,绘制三相单层分布 绕组的电动势星形图及绕组展开图。
一、三相单层绕组
做槽星型电势图和分相
线圈组： 每相每对极下有q个线圈 组成一个线圈组
整个电机一相有p个线圈 组，p个线圈组之间可以 串联，也可以并联
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。 N S 以a=1为例 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
消除和减小高次谐波电势的方法
从谐波性质：当接成星形连接时，在线
电势中不可能出现3次及其3的倍数次谐 波电势。 从磁场角度：使气隙磁场接近正弦分布 ，如采用适当的极靴宽度和不均匀的气 隙长度(磁极中心气隙较小，磁极边缘的 气隙较大)、励磁绕组的分布范围 从绕组方面：采用短距、分布绕组
（1）采用短距绕组
节距的选择:
4 对于5次谐波， 选用 5 6 对于7次谐波， 选用 7
( )
1 1 5 7
4 6 即：y ( ~ ) 5 7
5 取中间值：y 6
(2)采用分布绕组
sin q q sin
2 2
k d
例： q=1，Kd1=Kd3=Kd5=Kd7=…=1
第六章 交流电机的绕组和电动势
一、同步电机
定子: 铁芯和三相对称绕组ax、by 、cz，
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.
np 60 f f或n 60 p
二、异步电机
定子: 由铁芯和三相交 流绕组组成。
q=2， Kd1=0.965， Kd3=0.707， Kd5=0.259…
q=6， Kd1=0.957， Kd3=0.644， Kd5=0.195…
q越大，抑制谐波电动势的效果越好 但 q 增多，意味总槽数增多，电机成本提高。
2
Eq kd qEc 4.44 fqN c k p kdm 4.44 fqN c k Nm
qNc为一个线圈组串联匝数
三、绕组的相电势
单层绕组
•单层绕组共有p个线圈组
•若p个线圈组全部并联则相电动势 = Eq
•若p个线圈组全部串联则相电动势 = pEq
•实际线圈组可并可串，定义每相总串联匝数N如下：
-Ea’ -Ea Ea’
2
Ec’ Ec
Ea
导体a’与导体a相距非一个极距（差一短
距角）
短距角： yΒιβλιοθήκη 1800 • 短距系数：
短距线圈电动势 kp ＝ 整距线圈电动势 2 Ea cos 2 cos sin( y1 900 ) 2 Ea 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）。
短距线圈电势为:
Ec， 2 Ea cos
2
Ec k p 4.44 fN c k pm
二、线圈组的电动势
q=3的元件组
一个线圈组的电动势 一个线圈的电动势
q Eq 2 R sin 2 Ec 2 R sin
2
二、线圈组的电动势
• 分布系数：
sin q
二、谐波电势的消减方法
相电动势的有效值：
E E
2
1
E
2
3
E
2
5
...... E1 1 (
E 3 E1
) (
2
E 5 E1
) 2 ....
2 2 线电动势的有效值： El 3 E1 E 5
• 三相绕组相电动势的三次谐波同幅值同相位 • Y连接时： El 3 E 21 E 2 5 ...... 发电机绕组接线方式 •连接时：
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 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