第二讲 交流电机的谐波问题 2.1谐波电动势 2.2谐波磁动势
交流电机的绕组、电动势和磁动势
N极面
S极面
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
N
NS
S
N
S
A
X
单层绕组的特点： (1)最大并联支路数等于极对数； (2)不能利用短距绕组消除高次谐电势和磁势； (3)线圈数少，绕线和嵌线的工时少； (4)无层间绝缘，下线方便，槽利用率高；
YA Z B
C
X
例 3：Q＝36，2P＝4，绘制 a=1的三相单层交叉式 绕组展开图。
1、计算绕组参数； 2、画槽电动势星形图，划分相带； 3、连接A相绕组，画A相绕组展开图； 4、画B、C相绕组展开图。
例 4 ：Q=24；2P=2；要求绘制三相单层同心式绕组。
18槽2极单层同心式绕组（a=1）
A
B
C
X
Y
Z
24 槽 4 极单层整距绕组
绕组结构参数？ y=？τ=？ q=？ α=？
24槽4极单层整距绕组
三相4极24槽单层整距绕组
两个图的区别？ 三相4极24槽单层链式绕组
判断：绕组的结构型式及绕组结构参数
τ
τ
τ
τ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
同步电机
异步电机
同步电机：多用作发电机，也用作电动机，可改 变电网功率因数。
异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用 作发电机。
两种类型的交流电机涉及三个共同部分：
◆交流绕组的基本结构 ◆交流绕组中感应的电动势 ◆交流绕组产生的磁动势
5.1 交流电机的基本工作原理
一、同步发电机的基本工作原理
二、异步电动机的基本工作原理
电机学交流绕组及其电动势和磁动势课件
22
电机学
Electric Machinery
4-21 试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？ （1）对称两相绕组内通以对称两相正序电流时（图4-26）； 三相绕组的一相（例如C相）断线时（图4-27）。
(1)
B
iB iA A
23
电机学
Electric Machinery
解(1)
单相交流绕组产生脉振磁动势
三相交流电机定子绕组设计成分布及短距以后，
其优点主要是__(_1_) _： ⑴改善了电动势和磁动势 的波形； ⑵可以增加基波电动势和磁动势。
19
电机学
Electric Machinery
当采用短距绕组希望同时削弱定子绕组中的五次和七次 谐波电动势，线圈节距应当为
_(3_)_⑴（4τ/5）； ⑵（6τ/7）τ； ⑶（5τ/6） ⑷τ
它们的平均值之比也满足这个关系，即：B5av 1 , B7av 1 B1av 25 B1av 49
且已知基波磁通量1 B1avl 0.74Wb
5次谐波磁通量 5
B5avl 5
1 25
B1avl 5
1 125
1
0.00592(Wb)
7次谐波磁通量 7
B7avl 7
1
49 B1avl 7
1 343
21
电机学
Electric Machinery
一台50HZ的三相电机通以60 HZ的三相对称电流, 保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁 动势的幅值大小 不变 转速 变大 极数 不变 。
三相对称绕组极对数及有效匝数一定，当接三 相对称电源后产生的基波旋转磁动势幅值大小 由__三__相_电_流__的_大__小__决定， 其转向由 __三_相__电_流__的_相__序__决定， 其转速由 _三__相_电__流_的__频_率___决定。
谐波的产生原因和治理方式
谐波的产生原因和治理方式第一篇：谐波的产生原因和治理方式谐波的产生原因和治理方式供电系统中的谐波在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。
过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。
近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。
所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。
1 谐波的产生在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。
在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。
任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。
因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。
2 产生谐波的设备类型所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。
(1)开关模式电源(SMPS)：大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。
它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。
这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。
此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。
(2)电子荧光灯镇流器：电子荧光灯镇流器近年被大量采用。
它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。
第二篇_交流电机绕组、电动势和磁动势
电角度=p×机械角度
A Z
Y
C X
B
X
Z A Y
C X B
B
C
Y A
Z
2.极距τ
沿电机定子铁芯内圆每个磁极所占有的距离称为极 距τ ，(也可认为是相邻两磁极对应位置两点之间的圆 周距离或者说每极所对应的定子内圆弧长)。即
D
2p
极距τ 也可用每一磁 极所占的定子槽数来表示， 若定子铁芯槽数为Z，则
结论:任意调换两根电 源进线，则旋转磁场 反转。
B
N
X
t 0
t 60
3.旋转磁场的极 对数P i
A
A
iC C
iB
Z X Y
B
Y
N
A Z
当三相定子绕组按图 示排列时，产生一对磁 极的旋转磁场，即：
C X
S
B
p 1
t 0
若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间 互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。
把每对极所对应 的定子槽等分为六 个等分。依次称为A、 Z、B、X、C、Y相带， 各相绕组放在各自 的相带范围内。
三相对称绕组在一对磁极中相带应按 A-Z-B-X-C-Y的分布规律排列。A、X，B、Y， C、Z，分别为一对磁极中各自一相的两个 相带，相距180°电角度，且A、B、C三相 互差120°电角度。p对极的电机，相带的 排列为一对极情况的p次重复,即可划分为 6p个相带。
A Z X Y
iC C
iB
B
()电流入
Y C
X 规定
A
n0
Z B
i : “+”
i : “–”
首端流入，尾端流出。
尾端流入，首端流出。
电机谐波优秀课件
[7] 朱耀忠等，电机与电力拖动，北京航空航天大学出版社，2023 书生 [8] 李永东主编，交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2023 电子版
阅读参照书籍后旳作业
1 谐波旳基本概念（[1]: p164-201, [2]: p4~35） A。基波与谐波旳定义，谐波计算措施，谐波评价指标
7/12
2.1.1.4 一般谐波电动势旳减弱措施
阐明
y1应
采用短距绕组（短距对基波电势旳影响）
该尽 量取
以减弱5次谐波为例
k p 5
sin( 5
y1 90
)
y1
2k 5
0
得接 近整 距
k值
1
2
3
y1
(2/5) τ (4/5)τ
(6/5)τ
kp5
0
0
0
kp1
0.5878 0.9511 0.9511
2.1.1 一般谐波电动势
2.1.1.1 谐波磁场及其特点(谐波电动势产生原因) 2.1.1.2 谐波磁场产生旳电动势 2.1.1.3 谐波电动势旳危害 2.1.1.4 减弱方法
1/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
气隙磁密
bδ
(p70 p125) (p81 p143)
2/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
12/12
2.1.1.4 一般谐波电动势旳减弱措施
采用分布绕组（q值对分布系数旳影响）
kdν
1.0
0.5
0
5
0.5
7
1.0
1 3
5
10 q
q 越大则各次谐波分布系数越 小；但q增多也意味着总槽数 旳增多，使冲剪工时和材料 消耗增多，槽有效面积降低， 增长成本。一般2≤ q ≤6，二 极汽轮机6≤ q ≤12 。
谐波 介绍 原理
4.3 电机谐波的利用
I。 “利用谐波起动感应电机”, ([3]: p25-86 ) J。 “利用齿谐波辨识电机转速”([8]: p250-251 )
谐波问题 谐波电动势和磁动势
2.1 谐波电动势 2.2 谐波磁动势
（p124 ，137） （p143 ，159）
参考书籍
第二讲 谐波问题 （p124 ，137） 谐波电动势和磁动势（p143 ，159）
2.1 谐波电动势 2.2 谐波磁动势
参考书籍
2.1 谐波电动势
2.1.1 普通谐波电动势 2.1.2 齿谐波电动势
2.1.1 普通谐波电动势
2.1.1.1 谐波磁场及其特点 2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势 2.1.1.3 谐波电动势的危害 2.1.1.4 削弱办法
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
交流电机的谐波问题
额定频率为基波频率奇数倍的谐波，被称为“奇次谐 波”，如3、5、7次谐波 4.2、偶次谐波 额定频率为基波频率偶数倍的谐波，被称为“偶 次谐波”，如2、4、6、8次谐波。 一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多 更大。 在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波 已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负 载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、 13、17、19等。 变频器主要产生5、7次谐波。
q sin 2 kd1 q sin 2
kd
q sin 2 q sin
2
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
4/5
谐波电动势频率 基波
谐波
pns f1 60 p n pns f f1 60 60
电机学第4章 交流电机的绕组、电动势和磁动势
第四章交流电机的绕组、电动势和磁动势学习指导学习目标与要求交流电机的绕组，电动势及磁动势（1）三相绕组的构成原则和连接方法。
（2）交流绕组电动势的分析和计算方法。
绕组系数的物理意义及其对改善波形的作用。
（3）交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法。
单相绕组脉振磁动势。
三相绕组合成磁动势的基波。
椭圆形旋转磁动势、圆形旋转磁动势和脉振磁动势三者的区别和相互关系。
谐波旋转磁动势概念。
学习重点1．交流绕组的连接规律和绕组电动势的计算和高次谐波电动势的削弱和消除方法。
2．介绍了单相绕组产生磁动势和三相绕组产生磁动势的性质。
学习难点1．交流绕组的连接规律2．三相绕组产生的旋转磁动势。
现代工农业生产中采用的电机大多数是交流电机。
交流旋转电机可以分为同步电机和异步电机两类。
同步电机按转子结构形成分为凸极同步电机和隐极同步电机。
同步电机主要用作发电机，也有用作电动机和调相机。
异步电机中主要是感应电机，感应电机的转子电流是由定子电流感应产生的，故称之为感应电机。
感应电机运行时，其转速不同于同步转速，故又称为异步电机，习惯上所称的异步电机即为感应电机。
感应电机可分为笼型感应电机、绕线型感应电机和换向器型感应电机，笼型感应电机应用最为普遍；感应电机主要用作电动机，很少作为发电机使用，风力发电机组中有采用感应电机。
同步电机和感应电机虽然励磁方式和运行特性有很大的差别，但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，存在共性的问题，本篇所要论述的是：交流电机绕组的连接规律、正弦分布磁场下绕组的电动势、非正弦分布磁场下的谐波电动势及其抑制和通有正弦电流时绕组产生的磁动势。
这些问题为后文研究感应电机和同步电机的运行性能提供基础。
4.1 交流电机的工作原理一、同步电机的工作原理以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。
同步电机由定子和转子两部分组成，定、转子之间有气隙，如图4-1所示。
定子上嵌放AX 、BY 、CZ 三相对称绕组。
最新交流电机的谐波问题
采用短距绕组（削弱条件）
y1 90 k 180
k 1,2,
y12k k1,2,3,
7/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（短距对基波电势的影响） 以削弱5次谐波为例
k值
1
2
3
y1
(2/5) τ
(4/5)τ
(6/5)τ
kp1
0.5878 0.9511 0.9511
min
max
bp
max1.5~2.0
min
bp 0.70~0.75
3/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
使气隙磁场的分布接近正弦波（隐极机）
2
2
0.7~ 00.8
4/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用三相对称绕组
➢ 采用三相对称绕组时，无论是Y联结还是D联结，其线电 动势中都不存在3次以及3的奇数倍次谐波。
➢ 当采用D联结时，3次谐波环流引起附加损耗，降低效率， 增加发热，所以同步发电机一般用Y联结。
5/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱原理）
适当选择绕组元件的节距，使某次谐波的短距系数等于 或接近于0 ，便可达到消除或削弱该次谐波的目的。
kp
siny19
0 0
6/12
1/5
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
齿谐波电动势
对同步发电机的空载电势波形进行分析，发现在q为整数的 时候，存在着较强的次数为(Q/p)±1=2mq±1的高次谐波； 对气隙较小的小型同步发电机，这种谐波更加突出。这就 是所谓的“齿谐波”电动势。
谐波和无功功率补偿技术基本原理PPT
可解决的问题
谐波
有源电力滤波器 （APF）
( 缺口 ) 稳态过电压 、欠电压 ( 电压波 动) 闪变 三相 不对称
10/
1.1.5 用于电能质量控制的 新型电力电子装置
可解决的问题
动态电压恢复器 （DVR）
电压幅度凹陷 电压幅度凸升 ( 短时中断 )
11/
1.2 谐波与无功简介
1.2.1 谐波问题及研究现状 1.2.2 谐波抑制
设a相电压所含的n次谐波为
uan 2Un sin(nt n )
ubn 2Un sin(nt 2n / 3 n u ) 2Un sin(nt 2n / 3 n )
cn
则b、c相电压所含n次谐波就分别为
34/
2.1.2 谐波分析
对上面各式进行分析，可得出以下结论
13/
1.2.1 谐波问题及研究现状
谐波研究的意义 – 谐波的危害十分严重； – 影响电力电子技术自身发展； 环保，建立“绿色”电力系统。
谐波问题的研究方向
1) 2) 3) 4) 谐波相关的功率定义和功率理论； 谐波分析以及谐波影响和危害的分析； 谐波的补偿和抑制； 谐波相关的测量和限制谐波标准问题。
2.1.1 谐波的基本概念 2.1.2 谐波分析
交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波概述
交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波概述发表时间：2015-12-22T11:51:46.350Z 来源：《电力设备》2015年5期供稿作者：于文牮[导读] 国网威海供电公司交流电机中的谐波与电机的损耗、噪声、转矩、绕组电抗等密切相关。
于文牮（国网威海供电公司山东威海 264200）摘要：综合分析了交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波这两类谐波的原理和性质。
从谐波转矩、谐波漏抗和谐波损耗三个方面分析了谐波对交流电机性能的影响，阐述了谐波的抑制及用途。
关键词：谐波；磁动势；分数槽；电动势；齿谐波0.引言交流电机中的谐波与电机的损耗、噪声、转矩、绕组电抗等密切相关[1-5]。
现有的文章多数仅专注于某一种特定谐波，而对交流电机定子绕组内谐波的综合概述还比较少。
本文综合考虑交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波，对这两种谐波的产生机理、特性，以及对电机的影响等方面进行了分析和总结，并讨论了谐波的危害和谐波的一些有利的用途。
1.定子绕组磁动势谐波1.1 磁动势谐波的成因磁动势谐波是一种空间上的谐波，由于每相绕组都是由有限个产生方波的绕组线圈去逼近正弦分布，电机中不可避免地产生磁动势谐波。
整数槽绕组基波磁动势的极对数与电机的极对数相等，谐波磁动势的极对数则为基波极对数的整数倍。
分数槽绕组更复杂，绕组的特殊结构造成极数不明显，使绕组中明显包含多种极对数的谐波。
分数槽绕组磁动势中与电机转子极对数相同的谐波成分称为“基波”；多于转子极对数的谐波称为“高次谐波”；少于转子极对数的谐波称为“次谐波”；多于转子极对数但又不能被它整除的谐波叫做“分数次谐波”。
1.2磁动势谐波的性质定子绕组中的基波电流和谐波电流都会产生谐波磁动势，为得到普遍的多相绕组谐波合成磁动势表达式，需对文献[1]中通入正弦电流的三相绕组合成磁动势的公式加以修改。
2.定子绕组反电动势谐波2.1 反电动势谐波的成因反电动势谐波通常有两个成因：一方面，即使电机的气隙磁导均匀，气隙磁动势中的谐波成分仍会产生磁密谐波，感生出谐波电动势；另一方面，电机开有齿槽，导致磁导不均匀，磁动势与不均匀磁导作用，感应出齿谐波电动势。
交流电源系统中的电流谐波产生原因及危害分析
电流谐波产生原因
具有非线性特性的电气设备 当正弦电压加在非线性负载两端时，流经非线性 负载的电流波形不为正弦波，产生了大量的谐波。
非线性负载是导致交流电源系统中产 生电流谐波的负载
线性负载（Linear load): 当施加可变正弦电压时， 其负载阻抗参数恒定的那种负载。 非线性负载（Non-linear load): 负载阻抗参数（Z） 不总为恒定常数，随诸如电压或者时间等其他参 数而变化的那种负载。
交流电源系统中的电流谐波 产生原因及危害分析
2012/4/19
1
概述
电流谐波产生原因 电流谐波危害分析
电流谐波抑制技术
2012/4/19 2
概述
随着电力系统的发展以及电力市场的开 放，电能质量问题越来越引起广泛关注。由 于各种非线性负载(谐波源)应用普及，产生 的谐波对电网的污染日益严重。因此，谐波 及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。
2012/4/19
24
应对措施: LC无源滤波 功率因数校正技术 有源滤波
2012/4/19
25
2012/4/19
26
对电力变压器的危害
谐波会使变压器的铜损和铁损增加，变压器的实际容量减少。 同时，谐波还会使变压器噪声增大。
对电力电缆的危害
谐波次数升高，频率上升，电缆导体集肤效应明显，导致导体 的交流电阻增大，使电缆的允许通过电流减小。
2012/4/19 13
谐波电流的危害
对用电设备的危害
对电动机的危害
- 2 I s in 2 2 ( n 1) 0 ( n 2 k , k 1, 2 , 3, ...) 2 2 I 2 (1 n s in n s in c o s n c o s ) ( n 2 k 1, k 1, 2 , 3, ...) 2 n 1
交流电机绕组、电动势和磁动势
8
9
10
11
12 13
14
15 16
17
18
19
2 0 21 22 23
24
25
26
27 28
29
30
31 32
33 34 35 36
Z
A相绕组的连接顺序为：A-1-10-2-11-3 相绕组的连接顺序为： 3-12-19-28-20-29-21-30-X 相绕组的连接顺序为
A
B
C
X
Y
交叉式绕组
1
已知： ＝ ， ＝ ， ＝ ， 已知：Q＝36，2p＝4，q＝3，试给出三相等元件 单层绕组展开图。 单层绕组展开图。 由于q＝ 采用60º相带 即每相带包含有3个槽 相带， 个槽， 由于 ＝3 ，采用 相带，即每相带包含有 个槽， 相带划分如下： 相带划分如下：
相带 槽 号
A 1，2，3 19，20，21
同心式绕组 同心式绕组
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
A
Z
B
C
X
Y
A相绕组的连接顺序为：A-1-12-2-11-3 相绕组的连接顺序为： 3-10-19-30-20-29-21-28-X 相绕组的连接顺序为
相带的划分与单相绕组相同，每一相带占有两槽。 相带的划分与单相绕组相同，每一相带占有两槽。
相带 槽号
A 1，2 ， 13，14 ，
Z 3，4 ， 15，16 ，
B 5，6 ， 17，18 ，
电机电磁方案改善电机谐波的方法_概述说明以及解释
电机电磁方案改善电机谐波的方法概述说明以及解释1. 引言1.1 概述电机谐波是指电机系统中频率为电源供应频率的整数倍的额外频率成分。
随着工业和家用电器的广泛使用，电机谐波问题也日益突出。
谐波会导致电机工作不稳定、效率降低、产生振动和噪音等不良影响。
因此，研究并采取相应措施来改善电机谐波问题具有重要意义。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面阐述电磁方案改善电机谐波的方法：首先，对电机谐波问题进行全面分析，包括定义与影响因素以及谐波对电机性能的影响和挑战；其次，总结现有解决方案，并分析其优缺点；然后，详细介绍基于电机设计的优化方法、控制策略优化与谐波抑制技术应用以及使用滤波器减少谐波对电力系统的影响等具体方法；接着，通过实例分析和方法有效性验证来验证这些方法在实际场景下的可行性，并讨论实际应用案例及结果评估；最后，总结研究成果，回顾本文贡献，并展望未来工作。
1.3 目的本文的目的在于提供一个全面而系统的概述和解释，介绍电磁方案改善电机谐波问题的方法。
通过对现有解决方案的概述和分析，结合具体方法的介绍与实例分析，旨在为读者提供对于电机谐波问题认识的深入理解以及改善谐波问题时所需要考虑和采取的有效方法。
同时也希望为今后相关领域的研究和工程实践提供参考和指导。
2. 电机谐波问题分析2.1 电机谐波的定义与影响因素电机谐波是指在电机运行过程中，产生的频率为整数倍于基波频率的额外频率成分。
这些额外频率的产生主要是由于以下几个因素所导致：- 电源不纯度：电网供应的电力可能存在非线性和谐振等问题，使得输出电流含有丰富的高次谐波成分；- 电机设计缺陷：一些传统的电机设计可能无法有效抑制谐波产生或滤除已有的谐波成分；- 控制策略不当：在实际操作中，控制策略选择、参数调整以及采样频率等因素都会对谐波产生和抑制产生重要影响。
2.2 谐波对电机性能的影响与挑战谐波问题对电机性能和系统稳定性会造成诸多负面影响。
首先，高次谐波会导致转矩脉动和振荡现象。
交流电动机运行过程中的磁势谐波分析
因占有的空间等于 2 360 电角度，故电角度 = 2 机械角度� 总之 ，对于极对数为 的电机 ，电 角度 = 机械角 度� 因此 ，形 成两极电 机， 应 将定子全部槽数按极数均分为两部分，每部分再 按三相均分为三个区段 ， 共得六个区段 ，称为六 个相带， 依次命名为 A � Z � B � X � C �Y ， 每个 相带内包括一个或几个槽，如图 3 所示 �如此类 推可形成四极电机等，如图 4 所示 �
2012 年第 28 卷第 2 期
� 石油化工安全环保技术 � P E TR O C H E M IC A L SA F E TY AN D E NV IR ON M E N TAL P R OTE C TION TE C H N OLOG Y
15
安全与环保设计
交 流 电 动 机 运 行 过 程 中 的 磁 势 谐 波 分 析
部中的电流均流入纸面， 三相绕组产生的合成磁 场由上向下，是一个两极磁场 � 因此，使三相绕 电动机的核心部件为绕组 ， 交流绕组的形式 � 组在定子槽内互差 120 电角 度， 并按 A � Z �B � ，但其构成原则皆为 : 在导体数目 虽然互不相同 一定的情况下 ，绕组的合成电势和磁势在波形上 接近正弦波， 在幅值上获得的基波电势和基波磁 势最大，定� 转子绕组的损耗小，用铜量省� 对 于三相绕组，各相的电势和磁势对称，电阻与电 抗平衡，绕组的绝缘和机械强度可靠，散热性能好 和用铜量省是衡量电动机性能优略的刚性指标 � X �C �Y 的顺序排列， 则当通入对称的三相交流 电流时，即可得到一个两极的三相绕组� 绕组的 展开图如图 2 所示� 当电机具有两对极时 ， 绕组的布置如图 2 所 示 �沿整个定子铁芯内圆开有 12 个槽 ，组成的三 相绕组相当于图 1 所示二极交流电机的绕组重复 一次� 这里的电角度和机械角度是有区别的 � 电
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谐波电动势的危害
使发电机电动势波形变坏，降低供电质量，影响用电设 备的运行性能；
使发电机本身的杂散损耗增大，效率下降，温升增加；
输电线中的高次谐波所产生的电磁场，会对附近的通信
线路产生干扰；
2.1.1.3 谐波电动势的危害
5/5
谐波电动势的危害（续）
可能引起输电线路中的电容和电感发生谐振，产生过
8/12
采用短距绕组（节距的选择方法）
p127,p146 式4-31
应选择尽可能接近于整距的短节距
1 y1 1 v
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
min
bp
max
max 1.5 ~ 2.0 min
bp 极弧系数： 0.70 ~ 0.75
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
3/12
使气隙磁场的分布接近正弦波（隐极机）
2 2
0.70 ~ 0.8
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势5ຫໍສະໝຸດ 5谐波每极磁通量基波
1
2
谐波
Bm 2 Bm l 1 νB1m
B1ml
转速 n ns 频率 f f1
极对数p p
极距
槽距电角度
2.1.1.3 谐波电动势的危害
1/5
4/12
采用三相对称绕组
采用三相对称绕组时，无论是Y联结还是D联结，其线电
动势中都不存在3次以及3的奇数倍次谐波。
当采用D联结时，3次谐波环流引起附加损耗，降低效率，
增加发热，所以同步发电机一般用Y联结。
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
5/12
采用短距绕组（削弱原理！！！！）
适当选择绕组元件的节距，使某次谐波的短距系数等于 或接近于0 ，便可达到消除或削弱该次谐波的目的。
谐波相电动势有效值 基波 谐波
Eφ1 4.44Nkw1 f11 Eφ 4.44Nkw f
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
2/5
谐波短距系数
基波
y1 kp1 sin 90 k p y1 sin 90
电压；
使感应电动机产生有害的附加转矩和损耗，降低其运 行性能。
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
1/12
主要方法
!!!!!
使气隙磁场的分布波形尽可能接近正弦波 采用对称三相绕组
采用短距绕组
采用分布绕组
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
2/12
使气隙磁场的分布接近正弦波（凸极机）
转速 n ns 频率 f f1
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
4/5
谐波电动势频率！！！！
基波
pns f1 60
转速 n ns 频率 f f1
极对数p p
谐波
p n pns f f1 60 60
极距
槽距电角度
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
1/4
气隙磁密
(p70
p125) (p81
p143)
bδ
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
2/4
气隙磁密的分解
b
b1
b3 b5
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
3/4
谐波磁密
bδ b1 b3 b5
采用短距绕组（短距对基波电势的影响）
k p 5 sin( 5
以削弱5次谐波为例 k值 y1 1
y1
90 )
2k y1 5
0
2 (4/5)τ
3 (6/5)τ
(2/5) τ
kp5 kp1
0 0.5878
0 0.9511
0 0.9511
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
实质是使得： k p sin
y1
90 0
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
6/12
采用短距绕组（削弱条件）
y1
90 k 180
k 1,2,
y1
2k
k 1,2,3,
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
7/12
说明 y1应 该尽 可能 取得 接近 整距
转速 n ns 频率 f f1
极对数p p
极距
槽距电角度
谐波
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
3/5
谐波分布系数 基波 谐波
q q sin 极对数p p sin 2 2 k kd1 d 极距 q sin q sin 槽距电角度 2 2
第二讲： 交流电机的谐波问题
谐波问题 谐波电动势和磁动势
（p124 ，137） （p143 ，159）
2.1.1 普通谐波电动势 2.1 谐波电动势 2.1.2 齿谐波电动势 2.2 谐波磁动势
2.1.1 普通谐波电动势
2.1.1.1 谐波磁场及其特点(谐波电动势产生原因) 2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势 2.1.1.3 谐波电动势的危害 2.1.1.4 削弱办法
考虑谐波后的相电动势
E E E E φ φ1 φ3 φ5
Eφ E E E
2 φ1 2 φ3 2 φ5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
2/5
考虑谐波后的线电动势有效值
Y联结
EL 3 E E E
2 φ1 2 φ5 2 φ7
D联结
b Bm sin
1,3,5,
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
4/4
谐波磁密的特点！！！！！
n ns 频率 f f1 p p 极对数 极距 槽距电角度
转速
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
1/5
EL E E E
2 φ1 2 φ5 2 φ7
2.1.1.3 谐波电动势的危害
3/5
D联结时的三次及其倍数谐波环流
E φ3
A
C
E φ3
I 3
E φ3
B
3Z 3 I Z E φ3 3 3
I 3
3E φ3
2.1.1.3 谐波电动势的危害
4/5