自动 第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
2013-2014大二(下)电机与电力拖动期末复习题
第一部分直流电机一、填空题：1．当端电压U小于电枢电势Ea直流电机运行于状态。
2．可用电枢电压U与电枢中感应电动势E的大小关系来判断直流电机的运行状态，当时为电动机状态，当时为发电机状态。
3．直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向。
4．直流电机的电磁转矩是由和共同作用产生的。
5．直流发电机中，电枢绕组中的感应电动势是的，电刷间的感应电动势是的。
6．在直流电动机中，电枢绕组的受力方向与运动方向，是拖动性质的转矩。
7．直流电机的励磁方式有，，，。
8、一台并励直流发电机，正转时能自励，反转时自励；二、判断题1．并励直流发电机正转时如能自励，如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，则电机不能自励。
( ) 2．一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）3．一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）4．一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（）三、选择题1．直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2．直流电机的电枢电势的大小等于（）。
A、绕组一条支路中各导体的感应电动势之和；B、S极下所有导体的感应电动势之和；C、N极下所有导体的感应电动势之和；D、电枢表面所有导体的感应电动势之和。
3.直流电动机的电刷的功用是( )。
A清除污垢 B. 引入直流电压、电流C.引出直流电压、电流D. 引出交流电压四、简答题1.什么是电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？公式aTICTΦ=中的Φ应是什么磁通？2、、并励直流发电机的自励条件是什么？五、计算题1．一台直流电动机的额定数据为：额定功率P N=17Kw，额定电压U N=220V，额定转速n N=1500r/min, 额定效率ηN=0.83。
求它的额定电流及额定负载时的输入功率。
2．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=220V，额定电枢电流I aN=75A，额定转速n N=1000r/min，电枢回路电阻R a=0.26Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=91Ω，额定负载时电枢铁损耗P Fe=600W，机械损耗P m=1989W。
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲学分：4.5 总学时：81理论学时；72 实验学时：9面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：郗忠梅 大纲审定人：李有安一、说明1、课程的性质和目的《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。
本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节。
通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。
2、课程教学的基本要求理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。
实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。
3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。
为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。
二、教学大纲内容（1） 课程理论教学第一章 绪论 （2学时）第一节 教材内容与课程性质第2节 本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？第二章 电力拖动系统动力学（2学时）第一节 电力拖动系统转动方程式第2节 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。
本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
第六篇 电动势及磁通势
• 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：
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。
电机与拖动基础答案(第四版)6-12章
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
和
大
空间机械角，也就是相差 分别为两根导体的
位相差
相量图如图 所示。图中，
和
分别
为一个线圈两个边的感应电动势， 图 6.2 根据相量图， α 决定,为 可得
为线圈电动势。
短距系数 。相邻两个线圈的电动势相位差由槽距角 。三个相邻线圈电动势及合成电动势相量图如图 6.3 所示。 分布系数
ww 学 生 w. dx 必 sb 备 b.c 网 om
大
(5)
最大幅值为 F 的两极脉振磁通势，空间正弦分布，每秒钟脉振 50 次。可
以把该磁通势看成由两个旋转磁通势 和 的合成磁通势：旋转磁 通势幅值 和 的大小为，转向，转速为 极数为，每个瞬间 与 的位置相距脉振磁通势 F·的距离（电角度）. (6) 三相对称绕组通入电流为 ω ω ω 。合成磁通势的性质是, 转向是从 绕组轴线转向转向。若 f=ω π 电机是六极的，磁通势转速 为 。当 ω 瞬间，磁通势最大幅值在轴线处。 (7) 某交流电机电枢只有两相对称绕组，通入两相电流。若两相电流大小相等， 相位差 电机中产生的磁通势性质是。若两相电流大小相等，相位差 磁通势性质是。若两相电流大小不等，相位差 磁通势性质 为。在两相电流相位相同的条件下，不论各自电流大小如何，磁通势的性质为. (8) 某交流电机两相电枢绕组是对称的，极数为 2。通入的电流 领 ，合成磁通势的转向便是先经绕组轴线转 电角度后到绕 先 组轴线,转速表达式为 (9) 某三相交流电机电枢通上三相交流电后，磁通势顺时针旋转，对调其中的 两根引出线后，再接到电源上，磁通势为时针转向，转速变。 (10) 某两相绕组通入两相电流后磁通势顺时针旋转，对调其中一相的两引出线 再接电源，磁通势为时针旋转，转速变。 答 (1) 9.66; π 脉振； 两极，50 次； 12F，相反，3000, 2，相等； 旋转磁通势， 、C、 相绕组； 圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，椭圆形旋转磁通势，脉振磁通势；
第18讲 交流电机电枢绕组产生的磁通势汇总
cos
120
fC1
F1cos t
240cos
240
一、三相电枢绕组产生的磁通势
f A1 fB1
F 1cos tcos
F1cos t 120cos
120
fC1
F1cos
t
240 cos
240
其中，
F1
4
2 Nkdp1 I 2p
利用脉振波分解为两个行波，对上述三相的脉振磁通势分解为：
f A1
一、三相电枢绕组产生的磁通势
S
· S
A·
X
X
A
· · ·
N
· N
N
S
N
·
·
·
S
·
·
A1
·
A2
· A1
·
·
·
·A2 S
N
S
·
N
一、三相电枢绕组产生的磁通势
一、三相电枢绕组产生的磁通势
为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规 律变化，U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电 流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：
第17讲 三相绕组的磁通势
一、三相绕组产生的磁通势 二、二相绕组产生的磁通势
回顾：单相绕组磁通势
回顾：单相绕组磁通势
一、三相电枢绕组产生的磁通势
1、基波磁通势
如图为简单的三相绕组在定子内表面的空间分布。直角坐 标的放置及坐标原点如图所示。用最简单的绕组说明问题， 也可以理解为三相对称的复杂绕组的简化。
二、两相电枢绕组产生的磁通势
（2）矢量法
画 t 0o瞬间的矢量图。线圈AX的电流为正的最大值时，产
生的正反转基波磁通势 F&A , F&A正好处于+A轴线上。BY线圈的 电流在过90°才能达到最大值，产生正反转基波磁通势
第6章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
• 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
电气自动化专业电机学试题
电气自动化专业电机学试题第一章变压器差不多工作原理和结构1-1从物理意义上说明变压器什么缘故能变压，而不能变频率？1-2 试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？1-3 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳固直流电压吗？什么缘故？1-4 变压器铁芯的作用是什么，什么缘故它要用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片迭成？1-5变压器有哪些要紧部件，它们的要紧作用是什么？1-6变压器原、副方和额定电压的含义是什么？1-7 有一台D-50/10单相变压器，VUUkVASNNN230/10500/,5021==，试求变压器原、副线圈的额定电流？1-8 有一台SSP-125000/220三相电力变压器，YN，d接线，kVUUNN5.10/220/21=，求①变压器额定电压和额定电流；②变压器原、副线圈的额定电流和额定电流。
第二章单相变压器运行原理及特性2-1什么缘故要把变压器的磁通分成主磁通和漏磁通？它们之间有哪些要紧区别？并指出空载和负载时鼓舞各磁通的磁动势？2-2变压器的空载电流的性质和作用如何？它与哪些因素有关？2-3 变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什么作用？什么缘故小负荷用户使用大容量变压器不管对电网和用户均不利？2-4为了得到正弦形的感应电动势，当铁芯饱和和不饱和时，空载电流各呈什么波形，什么缘故？2-5 一台220/110伏的单相变压器，试分析当高压侧加额定电压220伏时，空载电流I0呈什么波形？加110伏时载电流I0呈什么波形，若把110伏加在低压侧，I0又呈什么波形? 2-6 试述变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。
它们分别对应什么磁通，对已制成的变压器，它们是否是常数？当电源电压降到额定值的一半时，它们如何变化？我们期望这两个电抗大好依旧小好，什么缘故？这两个电抗谁大谁小，什么缘故？2—7 变压器空载运行时，原线圈加额定电压，这时原线圈电阻r1专门小，什么缘故空载电流I0不大？如将它接在同电压（仍为额定值）的直流电源上，会如何？2—8 一台380/220伏的单相变压器，如不慎将380伏加在二次线圈上，会产生什么现象？2—9一台220/110伏的变压器，变比221==NNk，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，什么缘故？2-102-10变压器制造时：①迭片松散，片数不足；②接缝增大；③片间绝缘损害，部对变压器性能有何阻碍？2-11变压器在制造时，一次侧线圈匝数较原设计时少，试分析对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁电抗、铁损、变比等有何阻碍？2—12 如将铭牌为60赫的变压器，接到50赫的电网上运行，试分析对主磁通、激磁电流、铁损、漏抗及电压变化率有何阻碍？2-13变压器运行时由于电源电压降低，试分析对变压器铁心饱和程度、激磁电流、激磁阻抗、铁损和铜损有何阻碍？2-14两台单相变压器，V U U N N 110/220/21=，原方匝数相同，空载电流II I I I 00≠，今将两台变压器原线圈顺向串联接于440V 电源上，问两台变压器二次侧的空载电压是否相等，什么缘故？2-15变压器负载时，一、二次线圈中各有哪些电动势或电压降，它们产生的缘故是什么？写出它们的表达式，并写出电动势平稳方程？2-16变压器铁心中的磁动势，在空载和负载时比较，有哪些不同？2-17试绘出变压器“T ”形、近似和简化等效电路，说明各参数的意义，并说明各等效电路的使用场合。
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。
交流电机的绕组、磁通势和电动势
绕组的连接方式
01
02
03
04
并联
将两个或多个绕组并联连接， 以增加电机输出电流。
串联
将两个或多个绕组串联连接， 以增加电机输出电压。
星形连接
将绕组的三个末端连接在一起 ，形成一个中性点，通常用于
三相电机。
三角形连接
将三相电机的三个绕组首尾相 接，形成一个闭合回路，通常
用于高压电机。
02 交流电机磁通势
作用。
转矩产生
02
反电动势与电源电动势的相互作用产生转矩，驱动电机旋转。
调速控制
03
通过改变电源电动势的相位和大小，可以调节电机的转速，实
现调速控制。
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基于磁路的分析
通过对电机磁路的建模和分析，可以计算出磁通 势的大小和分布。这种方法需要建立磁路的数学 模型，并进行求解。
实验测量
通过实验测量电机的磁场强度和分布，可以间接 得到磁通势的大小和分布。这种方法需要专业的 测量设备和实验条件。
03 交流电机电动势
电动势的概念
电动势是描述电源将 其他形式的能量转换 为电能的能力的物理 量。
电动势的方向规定为 电源内部电流的方向， 即从负极指向正极。
在电路中，电动势表 示为电压源或电压降 落。
电动势的计算方法
欧姆定律
E=IR，其中E为电动势，I为电流， R为电阻。
基尔霍夫定律
在电路中，电动势的代数和等于零 ，即∑E=0。
叠加原理
在多个电源共同作用的电路中，每 个电源产生的电动势单独作用，然 后求和。
电动势的分类与特性
直流电动势
方向和大小保持不变的电动势 ，如电池提供的电源。
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。
交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
Eq1 Ey1
2
sin
qEy1
2
sin
qEy1kq1
2
2
sin q
kq1
q
2
sin
2
--绕组的分布因数
二、线圈组的感应电动势
Eq1 qE k y1 q1
Ey( y ) 4.44 f1N yk y11
一个线圈组电动势的有效值为：
Eq( y ) 4.44 f1qN ykq1ky11 4.44 f1(qN y )k11
设短距线圈的节距缩短的角度为 y1 ：
1
t
t N y B1mLr sintd (t) N y B1mLr
cost t t
N yB1mLr cos t cost
1
Ny
B1m Lr
6.2 交流电机电枢绕组
分类：
（1）按相数: 分为单相、两相、三相及多相绕组。
（2）按槽内层数: 分为单层和双层绕组。 单层绕组又可分为链式、交叉式和同心式绕组； 双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。
（3）按每极每相槽数: 分为整数槽和分数槽绕组。
6.2 交流电机电枢绕组
6.2 交流电机电枢绕组
三相六极异步电动机，额定频率50Hz。已 知定子槽数36，绕组为单层整距分布绕组， 每相两条支路，每个线圈的匝数为40匝， 每相绕组的基波感应电势为200V，求每极 磁通量。
q Q 36 2 p 360 0 3 360 0 300
2 pm 2 3 3
交流电机电枢绕组的 电动势与磁通势
电枢
是电机中机电能量转换的关键部分。 直流电机电枢：转子 交流电机电枢：定子
三相交流绕组
2
二、交流绕组的分类
按相数分
单相 三相
按每极每相槽数分
整数槽 分数槽 同心式 交叉式 链式
叠绕 波绕
单层 按槽内层数分 双层
本章主要介绍三相整数槽绕组。
3
4-2 三相双层绕组
对于10kw以上的三相交流电机，其定子绕组一般均采用双 层绕组。 双层绕组每个槽内有上、下 两个线圈边，分别称为上层 边和下层边。一个线圈的一 个边放在某槽的上层，另一 个边则放在下层，相隔的槽 数称为节距，用y1表示。 在双层绕组中线圈数正好等于槽数。
m3 p 360 2 360 20 Q 36
8
返回
9
1、绘槽电动势星形图
若气隙中有一正弦分布的旋转磁场，则槽内导体的感应电动 大小相等，相位依次相差一个槽距角。
14
13 12 15 16 17
18
11
1
10 2
9
3 8 7 6 5 4
10
2、划分相带 (每极下每相所占有的区域称为相带) 以A相为例，A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A相 共有12个槽，为使合成电动势最大，在第一个N极下取1、 2、3三个槽作为A相带，在第一个S极下取10、11、12三 个槽作为X相带。1、2、3三个槽向量间夹角最小，合成 电动势最大，而10、11、12三个槽分别与1、2、3三个 槽相差一个极距，即180度电角度，这两个线圈组（极 相组）反接以后合成电动势代数相加，其合成电动势最 大。
23
一路串联
24
4-3 三相单层绕组
单层绕组每槽只有一个线圈边，所以线圈数等于槽数的一半。这种绕 组下线方便，槽利用率高（无层间绝缘）。分同心式、链式和交叉式， 本节介绍单层绕组连接规律，现分别说明如下：
上海电力学院电机学期末考试题库--交流绕组电动势和磁动势
绕组电势磁势一、选择1设同步电机稳定运行时，定子电枢电流产生的旋转磁势相对定子的转速为n a, 转子励磁电流产生的旋转磁势相对定子的转速为n b,贝u:(1) n a>n b；(2) n a<n b ；⑶ n a=n⑷都有可能，与电机的运行状态有关。
2当采用短距绕组同时削弱定子绕组中的五次和七次谐波磁势时，以下那一种绕组是我们应该选用的：⑴绕组跨距为(4 / 5 h ;⑵绕组跨距为(5 / 6 # ;⑶绕组跨距为(6 / 7 ；⑷绕组跨距为(7/3。
3交流绕组每相感应电势公式Ei= 4 . 4 4 f康林中的枷是：⑴磁通随时间交变的最大值；⑵一台电机的基波磁通量；4公式F=l. 3 5 是指：⑴一相的磁势振幅；⑵三相一对极的合成磁势振幅；⑶三相一个极的合成磁势振幅。
5由三相定子绕组基波电流产生的五次空间磁势谐波，它的转速是：⑴静止不动：⑵是基波磁场转速的1/5⑶等丁基波磁场转速；⑷五倍丁基波磁场转速。
6由三相定子绕组基波电流产生的七次空间磁势谐波，它产生的磁通切割定子绕组感应电势的频率是：⑴等丁零；⑵等于某波频率；⑶等丁基频的1/7 ;⑷等丁基频的七倍。
7三相异步电动机定子绕组做成分布及短距以后，虽然感应电势的基波分量有所减少，但是它带来的优点主要是：⑴改善了电势的波形；⑵可以增加某次谐波电势；⑶可以增加电机的额定转速；⑷可以改善磁势的波形。
8整数槽双层迭绕组最大并联支路数为a,极对数为p,它们之间的关系是:①am=2p ②am=□③am=O. 5op①〔6 0相带〕；②〔1 2 0相带〕9整数槽单层绕组的最大并联之路数为a m,极对数为p ,它们之间的关系是：①am=2p ②am=□③am=0. 5op①〔q为偶数〕；②〔q为奇数〕1 0整数槽双层波绕组的最大并联之路数为a m ,极对数为p ,最大并联支路数为：①2 p; ②P ；③2。
①〔y = 2r+!B寸〕；②〔y = 2rH寸〕1 1单层交流绕组中，每相申联匝数N i同每个线圈的匝数N y ,每极每相槽数q ,极对数p ,并联支路数a之间的关系是：①2 p q y^ a =N; ②p q y/a = N③ 2 p q y^^ = N; ④ p q^a = N12交流双层绕组中，每相申联匝数N同每个线圈的匝数by ,每极每相槽数q,极对数p,并联支路数a之间的关系是：① 2 p q " a =必; ② p q W a = N;③2 p q哭③=肢④pq Na = N。
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲学分：4.5 总学时：81理论学时；72 实验学时：9面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：郗忠梅大纲审定人：李有安一、说明1、课程的性质和目的《电机与拖动》是电气工程及其自动化专业的一门必修的专业基础课。
本课程的主要任务是使学生掌握变压器、交流电机和直流电机的基本知识、基本理论、基本计算方法和一般运行分析问题以及电力拖动系统的运行情况，为后续专业基础课和专业课的学习打好必要的基础。
电机实验是本课程的重要教学环节。
通过实验可对变压器和各类电机的工作特性，基本原理和理论计算加以验证，使学生掌握电机基本实验的原理和方法，初步掌握对电机进行一般操作的动手能力和对实验数据的分析能力，并提高实验技能和熟练程度。
2、课程教学的基本要求理论知识方面：本课程宜安排学生在学完电路、电子等有关基础课程之后的第四学期，内容上注意与以上学科的衔接，课堂教学应力求使学生理解基本概念，掌握基本内容。
实验技能方面：熟练掌握电工仪表的使用方法和各种电机线路的正确接线方法等。
3、课程教学改革总体设想：在有限的教学时间内尽可能多传授给学生有关电机学方面的理论知识。
为了与后继课程的连续性，多增加同步电机的理论知识的讲述学时数。
二、教学大纲内容（一）课程理论教学第一章绪论（2学时）第一节教材内容与课程性质第二节本课程常用的物理概念和定律本章重点、难点：1、安培环路定律2、变压器电动势。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
思考题：1、变压器和电机的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要材料？2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因数有关？第二章电力拖动系统动力学（2学时）第一节电力拖动系统转动方程式第二节负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的条件负载的转矩特性、电力拖动系统稳定运行的条件。
本章重点、难点：电力拖动系统稳定运行条件。
建议教学方法：在教学方法上要力求少而精，采用启发式与形象化相结合。
交流绕组的电动势和磁动势习题及解答
第三篇 交流绕组的电动势和磁动势一、 填空题：1. 已知一台三相交流电机，Q =36，2p =4，采用双层短距叠绕组，y 1=5/6τ，则绕组的每极每相槽数q =__________，槽距角α=__________，基波节距因数k p 1=__________，基波分布因数k d 1=__________，绕组基波因数k dp 1=__________。
已知三相交流电机，Q =54，2p =6，绕组为三相双层叠绕组，其q =__________槽，τ=_______槽，若y 1=7/9τ，则k p 1=__________，k d 1=__________，k dp 1=__________。
3；20︒；0.9659；0.9659；0.933 3；9；0.9397；0.9659；0.9082. 单相绕组通以正弦电流产生 磁动势，其基波磁动势最大幅值为F φ1= ，波幅位于 。
脉振；119.0dp k pIN ；（该相）绕组的轴线上 3. 单层分布绕组每相有__________个线圈组，每个线圈组由__________个线圈串联而成，最大并联支路数a max =__________，每相串联匝数N 1=__________。
双层分布绕组每相有__________个线圈组，每个线圈组由__________个线圈串联而成，最大并联支路数a max =__________，每相串联匝数N 1=__________。
p ； q ；p ；1kpqN N a =2p ； q ；2p ；12kpqN N a=4. 一个整距线圈的两个有效边，在空间相距的电角度为_______，若电机的极对数为p ，则在空间相距的机械角度为_______。
180︒；180p︒5. 一个在空间作余弦分布的脉振磁动势可以分解为两个旋转磁动势，两个磁动势的幅值为原脉振磁动势最大振幅的_________，转速相等，均为n 1=_________，转向_________。
电动机
5.1.3 交流电机绕组
2 最简单的交流绕组 （1）构成特征 1) 在一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势， 合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波； 2) 对三相绕组、对基波而言，各相的电动势和磁动势要对 称，即三相感应电势大小相等、相位上互差120º时间电角 度、三相阻抗相等； 3) 绕组的铜耗要小，用铜量要省；绝缘要可靠，机械强度、 散热条件要好，制造要方便。
τ=
或
πD
2n p
（弧长）
(5.1-1)
τ=
360 n p 2n p
， = 180 （电角度） 或 τ =
z1 （槽数） 2n p
式中, D 为定子铁心内径； z1 为定子铁心槽数。
Y Y C
(3) 节距 y ：一个线圈的两个有效边所跨定子内圆上的圆弧为节距。一 般节距 y 用槽（距）数表示，也可以用电角度表示。 当 y = τ 时，称为整距绕组；显然，在本节前面介绍过的绕组都是 整距绕组， 5.1.14a)则为两极 12 槽的整距绕组， 图 其极距与节距均为 6。 当 y < τ 时，称为短距绕组，图 5.1.14b)是两极 12 槽的短距绕组，其节 距为 5；当 y > τ 时，称为长距绕组。长距绕组端部较长，浪费铜，故 一般不采用。 (4) 槽距角 α1 ：相邻两槽之间的电角度称为槽距角 α1 。
C Y X A Z C B Y A X B Z
1 交流绕组的作用
图 5.1.9 三相绕组的外观图
(1) 流入定子电流，建立旋转磁场。 (2) 产生感应电动势。只要电机中存在旋转磁场，它必然 会切割固定不动的定子绕组，于是在其中产生感应电动 势。实际上，正是由于在电动机中有感应电动势出现，电 能才能转换为机械能。在发电机中，正是由于有感应电动 势出现，机械能才能转换为电能。
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。
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3、基本概念
1.线圈和线圈节距 1.线圈和线圈节距 y 1 : 一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。 一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。 =τ， <τ。 整距绕组 y 1 =τ，短距绕组 y 1 <τ。 2.极距τ 2.极距τ： 极距
Z τ= 或τ = 2p 2p
πD
3.电角度： 3.电角度： 电角度 从电磁角度看，一对 、 极构成一个磁场周 从电磁角度看，一对N、S极构成一个磁场周 3600 电角度 ，如果电机 期，即一对磁极为 的极对数为p，则整个定子内圆电角度为： 的极对数为 ，则整个定子内圆电角度为： 电角度 = p × 3 6 0 0
本章主要介绍交流电机的电枢绕组（交流绕组） 本章主要介绍交流电机的电枢绕组（交流绕组）
交 流 电 机 结 构 定 子
定 子
5
定 子
6
定子铁心
b2 h
7
交流绕组_ 交流绕组_ 定子线圈
8
交流绕组_ 交流绕组_定子绕组
9
交流电机电枢绕组的基本概念
1、构成原则
1.交流绕组产生的合成电动势和合成磁动势的波形 1.交流绕组产生的合成电动势和合成磁动势的波形 要接近正弦波形 幅值要大。 正弦波形， 要接近正弦波形，幅值要大。 2.三相绕组对称 即其产生的三相感应电动势对称， 三相绕组对称， 2.三相绕组对称，即其产生的三相感应电动势对称， 三相感应电动势幅值相等，相位互差120 120° 三相感应电动势幅值相等，相位互差120°电角 度。 3.绕组的铜耗要小，用铜量要省。 3.绕组的铜耗要小，用铜量要省。 绕组的铜耗要小 4.绝缘要可靠 机械强度高、散热条件好、 绝缘要可靠、 4.绝缘要可靠、机械强度高、散热条件好、制造方 便。
p × 3600 = 200 α= Z
（2）画电动势星形相量图
假定所有线圈以上层边来编号，并与槽号一致， 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，如下图所示。 槽电动势星形图与线圈电动势星形图一致，如下图所示。 第一对磁极： 第一对磁极：1—18槽 槽 第二对磁极： 第二对磁极：19—36槽 槽
60度相带分析：把每极下的电枢表面分为三等分，每 60度相带分析：把每极下的电枢表面分为三等分， 度相带分析 相占一等分，故称每一等分为一个相带。 相占一等分，故称每一等分为一个相带。由于一对磁极 的范围是360 电角度，每个磁极的范围便是180 360° 180° 的范围是360°电角度，每个磁极的范围便是180°电角 每一相带相当于180 180° 180° 60° 度，每一相带相当于180°/ m = 180°/ 3 = 60°电角 故称为60 相带。 60° 度，故称为60°相带。
10.槽电动势星形图： 10.槽电动势星形图： 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 量来表示。 量来表示。 画出所有槽内导体电动势相量图， 画出所有槽内导体电动势相量图，这些相量构成一个辐射 星形图，既是槽电动势星形图 槽电动势星形图。 星形图，既是槽电动势星形图。 对于三相双层绕组，电动势星形图一根相量代表 对于三相双层绕组， 一个线圈的电动势；对于三相单层绕组， 一个线圈的电动势；对于三相单层绕组，电动势星形 图一根相量代表一根导体的电动势。 图一根相量代表一根导体的电动势。
（6）确定并联支路数
极相组A的电动势、电流方向与极相组X 极相组A的电动势、电流方向与极相组X的电动势电流方向相 为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消， 反，为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消，串联时应将 极相组A和极相X组反向串联. 极相组A和极相X组反向串联.
_
+
+
_
_
+
+
_
A 相绕组线圈的连接图 (一条并联支路 一条并联支路) 一条并联支路
绕组最大并联支路数 = 极数 = 线圈组数
二、三相单层绕组
特点： 特点： 每槽只有一个线圈边， 每槽只有一个线圈边，整个绕组线圈数等于 总槽数的1/2 总槽数的1/2 嵌线方便，槽的利用率较高 嵌线方便， 电气性能差 单层绕组常用在10KW以下的小型感应电机中 单层绕组常用在10KW以下的小型感应电机中 10KW
7.极相组（线圈组） 7.极相组（线圈组）——将一个磁极下属于同 极相组 将一个磁极下属于同 一相（即一个相带） 个线圈， 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。 式串联成一组，称为极相组。 8. 线圈组数 = 线圈个数/ q 线圈个数/ 9.并联支路数a 9.并联支路数a 并联支路数
由于各槽在空间彼此互差 20°电角度， 20°电角度，因此各导体电动势 在时间相位上也彼此互差20 20° 在时间相位上也彼此互差20°电 角度。于是，假设1号槽的导体电 角度。于是，假设1号槽的导体电 动势以相量1表示，则在图示的转 动势以相量1表示， 子转向下， 子转向下，2号槽的导体电动势相 比相量1滞后20 20° 同理， 量2比相量1滞后20°。同理，相 比相量2滞后20 20° 依此类推， 量3比相量2滞后20°。依此类推， 就可绘出槽电动势星形图。 就可绘出槽电动势星形图。
4.每极每相槽数q: 每一个极面下每相所占的槽数为 4.每极每相槽数q: 每极每相槽数
Z q= 2 pm
5.槽距角α 5.槽距角α： 槽距角
Z为槽数，p 为槽数， 为极对数， 为极对数， m为相数
p × 3600 相邻两个槽之间的电角度： α = 相邻两个槽之间的电角度 Z
6.相带： 6.相带： 相带
19、20、21相量与1、2、3相量分别重 19、20、21相量与1 相量与 合，这是由于它们在磁极下分别处于 对应的位置， 对应的位置，所以他们的感应电动势 同相位。 同相位。
n
（3）计算每极每相槽数
q= Z =3 2 pm
如图 表示36槽内导体 感应电动势的相量图，亦称为槽电动势星形图。
（4）相带及其划分
以A相为例，由于q = 3 ，A相在 相为例，由于q 每个极下应占有三槽。 每个极下应占有三槽。在第一对极 距范围内，如果在N1极下将1 N1极下将 距范围内，如果在N1极下将1、2、 三个槽划归A 3三个槽划归A相，在旁边标以字母 为了使每相合成电动势最大， A，为了使每相合成电动势最大， 则应把S1极下的10、11、12三个槽 则应把S1极下的10、11、12三个槽 S1极下的10 也划归A 标以字母X 也划归A相，标以字母X。类似地把 第二对极距范围内的19 20、21和 19、 第二对极距范围内的19、20、21和 28、29、30等六个槽也划归 等六个槽也划归A 28、29、30等六个槽也划归A相。
双层绕组分类
⑴叠绕组——相邻两个串联线圈中，后一个线圈叠 叠绕组——相邻两个串联线圈中 后一个线圈 相邻两个串联线圈 线圈叠 加在前一个线圈上 波绕组——两个相连接的线圈成波浪式前进 ⑵波绕组——两个相连接的线圈成波浪式前进
槽电动势星形图和相带划分（6步）
以三相、四极、36槽的定子为例，来分析槽内导 体的感应电动势及相带划分： （1）计算槽距角
各个相带的槽号分配（ 相带） 各个相带的槽号分配（60 相带）
o
（5）绘制绕组展开图 （A相） 三相双层叠绕组
A1 X1
y1 < τ ， 短 距 Z τ= =9 y =8 1 2p
A2 X2
2
10
12
三相双层叠绕组中的A 图6－16 三相双层叠绕组中的A相绕组的展开图
Z = 36, 2 p = 4
第六章 交流电机的电枢绕组与磁 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
1
背景介绍
交流旋转电机分两大类： 交流旋转电机分两大类：
1. 2.
同步电机： 同步电机：主要用作发电机 异步电机（感应电机）： ）：主要用作电动机 异步电机（感应电机）：主要用作电动机
旋转电机的基本结构
旋转电机的结构 转子 定子 空气隙 铁芯： 铁芯：构成磁的通路 绕组： 绕组：构成电的通路 • 励磁绕组：通产生磁场的电 励磁绕组： 产生磁场的电 流
分，直流电机的电枢指转子部分，交流电 机的电枢是指定子部分。
• 电枢绕组：通传递能量的电 电枢绕组： 传递能量的电 电枢绕组是电机中机电能量转换的关键部 流
一、三相双层绕组
特点
⑴每个槽内放置上下两个线圈边 线圈个数等于槽数Z 定子） ⑵线圈个数等于槽数Z（定子） (3)线圈数组数等于极数 线圈数组数等于极数， (3)线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数 (4)每相绕组的电动势等于每条支路的电动势 (4)每相绕组的电动势等于每条支路的电动势 双层绕组常用在10KW以上的三相交流电机中 双层绕组常用在10KW以上的三相交流电机中 10KW
背景介绍
同步电机与异步电机的区别主要体现在励磁方式和运 行特性两个方面。两类电机虽然存在着很大差别， 行特性两个方面。两类电机虽然存在着很大差别，但是电 机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理却基本上是 相同的，因此存在许多共性的问题， 相同的，因此存在许多共性的问题，可以统一起来进行研 究。 本章主要讨论交流电机电枢绕组、 本章主要讨论交流电机电枢绕组、电动势及磁动势等 问题。 问题。这些问题对以后分别研究异步电机和同步电机的运 行性能有着重要的意义。 行性能有着重要的意义。
2、交流绕组的分类
按相数分为：单相、三相、多相 按相数分为：单相、三相、 按槽内层数分为 单层（同心式、链式、交叉式）、 分为： ）、双层 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 （叠绕组、波绕组）、单双层 每极每相槽数q 整数槽、 每极每相槽数q：整数槽、分数槽
图6－15 三相双层绕组的槽电动势 －