交流绕组及其电动势和磁动势

3、端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。
定子铁心
机座
定子绕组
一、槽电动势星形图和相带划分
1、槽电动势星形图
A BC
9
1
一台三相四极36槽的电机定子来 说明槽内导体的感应电动势和属于各 相的导体是如何分布的：
nN
36
S
S
18
N
由于一个上层导体和一个下层导体对应 一个槽，所以用槽号表示槽内导体，相应的 槽内导体电动势相量称为槽相量，一个线圈 上下层两个边相距一个节距且反串联，则上 层槽相量也用于表示线圈相量。
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。
S1（S2） C
X
3031133124
29
12 11
13531634 35 Y
17
18 36
同样的规律，在与A相相距1200和 2400处开始选取B相和C相极相组。
28 10
1 19
27 9
2 20
B
8
26
7
25
6
24
3 21 5 422 23
A
每个绕组的每个相带各占600电角度， 称为600相带绕组。通常的三相绕组都是
E E 若线圈有NC匝：
有效值：EC1 2NC E1' 4.44 fNC1
1'
ns N
y1
' 1
1''
'' 1
S
1'
端部
N n
S 整距 1''
短距1''
E1'' EC1
E1'
180O
E1''
EC1
整距匝电动势
三、短距线圈的电动势，节距因数
短距：y1
Q 2p
对应节距：
y1
180o
180o
第三节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势
本节介绍电机槽内导体的感应电动势，整距线圈 的感应电动势，短距线圈的感应电动势和节距因 数，分布绕组的电动势和分布因数、绕组因数， 由极相组构成的每相绕组电动势以及线电动势。
节距因数、分布因数、绕组因数，以及每相绕组 电动势、线电动势是本章重点。
一、导体的感应电动势
y1
90o
EC1
y1
合适的短距能有 效地抑制线圈谐 波电动势。
E1''
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
用途：一般为多匝，用于一般电压、额定电流不太大的中小型同步
电机和感应电机的定子绕组中
三、波绕组
绕组特点：线圈为单匝线圈，两个相连接的线圈成波浪形前进。 连接规律：把所有同一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起 来，组成一组；再把所有另一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次 串联起来，组成另一组；最后把两大组线圈根据需要串联或并联，构 成一相绕组。 合成节距y：相串联的两个线圈其对应线圈边之间的距离
X1 30 12 29 11 28 10 X2
A
X
小结
双层绕组的优点是，可以同时利用短距和分布的办法来改善感应 电动势和磁动势的波形，使电机得到较好的电磁性能。双层绕组 主要用于中、大型电机。
双层绕组中又有叠绕组和波绕组两类，两者的连接规律虽然不同， 但有效材料的利用情况却基本相同。
叠绕组：y 1
S2
N1
S1
N2
波绕组：y Q p 2mq 2
整数槽绕组: 两组绕组串联 a 1 两组绕组并联：a 2
y
y1
y1
对于3相4极36槽，y1=8的波绕组，y Q p 18 。 波绕组用途：多极、支路导线截面较大的交流电机（水轮发电机），
整数槽波绕组在绕线电机转子中应用较多
L，导体的轴向长度，单位m。
i，导体中感应电流，单位A。
旋转磁场转速n1
n1
60 f p
转子转速n n n1 ?
A C
n1 n1 n Z
B X
BS
电动机运行时：n n1
最简单的鼠笼型异步电动机模型
第一节 交流绕组的构成原则和分类
主要介绍交流绕组的构成原则和绕组的分类
一、交流绕组的分类
1、相数分：单相和多相 2、层数分：单层、双层和单双层混合 3、每极下每相槽数分：整数槽绕组和分数槽绕组 4、绕法分：双层有叠绕组和波绕组
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
27 9
2 20
8
26
7
25
6
24
3 21 5 422 23
A
120O相带绕组
在一对极下连续取2q个相邻槽作为相带，构成的绕组称为1200相带绕组。
S2
28 29 30
N1
12 3
S1
10 1112
N2
19 20 21
28 30 32 34 36 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
X1
A2 A1
三相双层绕组A相绕组的展开图 X 2
N1, N2极下
S1, S2极下
A1 3 21 2 20 1 19 A2
叠绕组每极每相线圈串联时，应把极相组A和极相组X反向串联。
e
A1
123
A
e
X1
10 11 12
e
A2
19 20 21
e
X2 28 29 30 X
a 1
一条串联支路时的联结
A1
123
X1
10 11 12
A
A2
19 20 21
a2
X2
28 29 30
两条串联支路时的联结
A X
1'
端部
一匝线圈电动势：EC1 E1' E1'' E1'00 E1'
N
一匝线圈电动势有效值：
n
EC1
2E1'
cos
180o 2
2E1' sin
y1 90o
4.44 fk p11
若线圈有NC匝：EC1 4.44 fNC k p11
S 整距 1'' 短距1''
线圈节距因数：k p1
sin
60
60 2 p
D为极距。
2p
从而有：E1 B1l 2f 2 2 fB1l
一极下平均磁密：
b
Bav
1
0
B1
sin
t
d
t
2
B1
每极磁通：
1
Bav
l
2
B1l
B1l
2
1
从而有：E1
2
f
2
1
2.22
f1
e1 v
b
B1 N
定子
二、整距线圈的电动势
整距线圈： y1
单匝线圈电动势：EC1 E1' E1'' 2E1'
60O相带绕组与120O相带绕组合成电动势比： E60 : E120 2 : 3
二、叠绕组
叠绕组：相邻的两个线圈中，后一个线圈紧叠在前一个线圈上。
三相四极36槽的双层绕组，y1 8 为例。
9,q 3
1 9,2 10,.....36 8
N
A1 1 2 3
S
X1 1011 12
N
S
A2 19 20 21 X 228 29 30
第二节 三相双层绕组
三相绕组的材料利用率比单相绕组好，三相电机 的运行性能亦比单相电机好，采用三相制还可以 节约输电线路的材料，所以现代动力用中、大型 电机大多做成三相电机。
本节主要介绍电机槽内导体感应电动势的特点和 由此产生的三相双层绕组的结构。
双层绕组，线圈的一条边放在某一 槽的上层，另一条边放在相隔一个线圈 节距的另一槽的下层。
a4
X
A1
123
A2
19 20 21
X1
10 11 12
X2
28 29 30
四条串联支路时的联结
每相的极相组数等于极数，所以双层叠绕组最多并联支路数 等于2p，2p是实际支路数a的整数倍。
优点： 短距时端部可以节约部分用铜。
缺点：每台电机的最后几个线圈的嵌线较困难，极间连线较长， 在极数较多时相当费铜。
60 f p
同步转速
最简单的同步发电机模型
二、异步电机（感应电机）的基本工作原理
定子三相对称绕组通三相对称正弦电流，在气隙中产生正弦分
布的旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组导体，在闭合的转子绕组导
体中产生感应电流，处于磁场中的转子导体将受到电磁力的作用。
导体受电磁力作用：f b li
NY
A
bδ，导体所在处磁通密度，单位T。
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
画展开图时，上层线圈边用 实线表示，下层线圈边用虚线表 示，线圈端接线上方的号为线圈 号，线圈号和线圈上层边所在的 槽同号。与上层边相连的出线端 称为首端，与下层边相连的出线 端称为尾端。
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
A
X
n
连接规律：
交流绕组的线圈节距：
y1
Q 2p
y1
Q 2p
,
0 ， y1
，整距绕组。
y1 Q 2 p, 短距绕组。 y1 Q 2 p,长距绕组。
双层绕组线圈数等于槽数，即 S Q ，单层绕组 S 1 Q 。 2
双层绕组的优点：
1、可以选择最有利的节距，同时采用分布绕组，改善电动势和磁 动势波形。 2、所有线圈具有同样的尺寸，便于制造。
b
e1
2E1 sin t
N e1 n
S
e1 B1
v
N
0
1800 3600
t
定子
气隙磁场正弦分布时导 体内的感应电动势
2、正弦电动势的频率
电机为一对极：f n 60 ；电机为p对极：f pn 60
中国：f N 50Hz ；美国、日本：f N 60Hz
3、导体电动势的有效值
E1
B1lv 2
而 v n D 2 pn D 2 f
第四章 交流绕组及其电动势和磁动势
本章研究三相交流绕组的构成和连接规律，交流绕组的感应电 动势和磁动势，即交流电机理论中的共同问题，亦是研究感应电机 和同步电机原理的基础。 交流电机的基本工作原理 第一节 交流绕组的构成原则和分类 第二节 三相双层绕组 第四节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势 第五节 感应电动势中的高次谐波 第六节 通有正弦电流时单相绕组的磁动势 第七节 通有对称三相电流时三相绕组的磁动势
极下选取相邻的q个槽作为X相带， q 个相邻线圈串联构成极相组。两极相 A 组电动势相反，反串联后串联感应电
动最大。相应的在相隔3600和5400的第
二对极下得到两个极相组，最后把四
Z N1（N2） 60O相带绕组
个极相组按照一定的规律连接起来， 即可得到A相绕组。
2、相带划分 把每个极下每相槽所占的区域称为相带 。 1）60O相带绕组
19
27
凸极式同步电机
每极每相槽数q：每个磁极下每一相绕组所占有的槽
q Q 36 3
2 pm 4 3
C
一对极相当于3600电角度， 4极电机一周7200，沿定子表面 X 有Q个槽相邻两槽间电角度
3031133124
29
12 11
13531634 35 Y
17
18 36
（槽距角）α：
28 10
交流电机的基本工作原理
一、同步电机的基本工作原理
导体中感应电动势：e b lv
转子
A
NY
bδ，导体所在处磁通密度，单位T。
S
L，导体的轴向长度，单位m。 定子 v，导体与磁密的相对线速度，单位m/s。
n1
n1
p，转子极对数。
Z
C If
n1，转子转速。
感应电动势频率：f
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pn1
60
N
定子绕组
X
BS
n1
1 19
p 360o 2 360o 20o
Q
36
27 9
2 20
B
8
26
7
25
6
24
3 21 5 422 23
A
Z
2、相带划分 把每个极下每相槽所占的区域称为相带 。
1）60O相带绕组
以A相为例，在每个极下A相应有 q个槽，整个定子中A相应有2pq个槽。
S1（S2） C
X
3031133124
构成一个三相绕组，大体上要经过以下几步：①确定每板每相槽 数 q；②划分相带；③把每极下同一相带内的线圈串联起来组成 一个极相组；④把属于A相的所有极相组连接起来，组成A相绕组； ③同理组成B相和C相绕组。
简单绕经可用表格法来划分相带，较复杂的绕组可用电动势星形 图来划分。为得到尽可能大的基波电动势和磁动势，三相绕组一 般采用600相带；为使三相对称，划分相带时应使B相和C相的槽 号分别滞后于A相1200和2400电角度。不同极性下的极相组互相 串联时要反向连接，以免电动势互相抵消。
1、感应电动势波形
设主磁场在气隙内为正弦分布，坐标取在转子上，原点位于极间，α
为距离原点的电角度。
转子表面距原点α处的气隙磁密：
b B1 sin
设t=0时导体在极间，转子角频率为ω。
E时1 间t1时2 B，1lvα=ω导t，体感感应应电电动动势势：有效e1值 。blv B1 sin t lv