交流电机绕组的电动势和磁动势

Fcm

1

0.9N c
I
⑥基波磁动势的性质：按正弦规律变化的脉动磁动势。
二、分布绕组的磁势
1.整距分布绕组的磁势（q个）
Fqm1 qFcm1k q1 0.9(qN c I )k q1
2.双层短矩分布绕组的基波磁动势
Fqm1
2F k qm1 y1
2(0.9qN I c
k )k
q1
③转速： dx 2 f
xt
n1
2 f 2 p

f
p
(r
/
s)

60 f p
(r / min)
四、三相绕组的磁动势
1.圆形旋转磁动势
①数学法
f A1

Fm1
s
in
t
c
os

x
f B1

Fm1
sin(t

120)
c
os(
x 120)
f C1

Fm1
sin(t
a
对于双层绕组，因为每相有2p个线圈组所以每相串联匝数
N

2
pqn a
式中:a为并联支路数
若已知定子槽数为 Q 1 ，每槽导体数为Z，
则电机总导体数为
ZQ1
，电机总匝数为 1 2
ZQ1
每相全部线圈串联匝数为
1 m

1 2
Q1Z
，
每相支路串联匝数N=
1 2m a
Q1Z
线电动势星接时 EL1 3 E 1
结论：
⑴三相对称绕组流过三相对称电流产生的合成基波磁动势为圆形旋转磁动势；
⑵性质：①幅值：
F1

3 2
Fm1

3 0.9 Nk w1
2
p
I
1.35 Nk w1 p
I
②转速：
60 f
n1
(r / min) p
③转向：从载有超前电流相转到载有滞后电流相；
④某相电流达最大值时，合成磁动势的幅值恰好在该相绕组轴线上 。
x
单相脉动磁动势的分解
f1 (x, t)

Fm1
sin
t
c
os

x

1 2
Fm1 sin(t

x)
1 2
Fm1
s
in(t

x)
f f () 1 ( x,t )
() 1 ( x,t )
结论： 两个磁动势的性质：
①圆形旋转磁动势； ②幅值为单相磁动势幅值的一半；
角接时 EL1 E1
六、感应电动势中的高次谐波
因为磁场波形相对于磁极中心线左右对称，所以谐波磁场中无偶次谐 波，故γ=3，5，7，9，11……
1、高次谐波电动势
⑴谐波磁场的极对数：pγ =γp p——基波磁场的极对数
⑵谐波磁场的极距：τγ =τ/γ τ——基波磁场的极距 ⑶谐波磁场的槽距角：dγ =γd
③分解：
fc (x,t)

Fcm1 sin t cos
x
Fcm3
sint cos3
x
Fcm
sin
t

cos

x
式中： x 为用电角度表示的空间距离。
④基波磁动势的幅值：
Fc m1

4


2 2 NcI
0.9N c I
⑤ν次谐波磁势的幅值：
2、齿谐波电动势
⑴齿谐波——谐波次数v与一对极下的齿数Q1/p具有特定关 系的谐波，即v = Q1/p±1=2mq±1的谐波
⑵齿谐波的特点 kWV（V=2mq±1）= kW1
3、谐波的相电动势和线电动势
EΦ = EL

EL中三次及3的倍数次谐波。因为3k次谐波电动势同相
位、幅值相同，所以星接时线电动势为零角接时产生环
第四章 交流电机绕组的电动势 和磁动势
4.1 交流电机的绕组
4.2 交流电机绕组的电动势 4.3 交流电机绕组的磁动势
4.1 交流电机的绕组
4.1.1 交流绕组的基本知识
一、构成原则
1.合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦形（基波、谐波） 2.三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、空间互差电角度）（即保证
各相电动势磁动势对称，电阻电抗相同） 3.铜耗减小，用铜量减少。 4.绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制造方便
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
三、基本概念
1.极距τ：
D 或 Z
N
每相总的串联匝数


2 pqNC
a
a
二、优点：
⑴ 可采用短距，改善电动势、磁动势的波形 ⑵线圈尺寸相同，便于绕制 ⑶端部排列整齐，利于散热机械强度高
三、分类
⑴叠绕组——相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上 ⑵波绕组——两个相连接的线圈成波浪式前进
叠 绕 组 展 开 图
4.1.3 三相单层绕组
波形决定；
3.基波电动势大小：Ec1 2.22 f1
二、线匝电动势及短矩系数
y
，短矩系数：k y1
sin y 1800

；
Et1
4.44 f1k y1
三、线圈电动势
设线圈为Nc匝数，则有： Ey1 4.44 fNc1k y1
四、线圈组电动势及分布系数
q个线圈组成，集中绕组： Eq1 4.44 fqN c k y11
y1
0.9(2qN c )kq1k I y1 0.9(2qN c )kw1I
三、单相绕组的磁动势
相电流为Iφ、每相串联匝数N、绕组并联支路数a、则单相磁
动势为：
Fm1

0.9
Nk w1 p
I
f1 (x,t)

Fm1
sin t
cos

x
0.9
Nk w1 p
I
sin t cos
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） EΦv = 4.44 fυNRwrΦr
⑷每相线圈组数 Q1 mp
⑸每个线圈匝数为 N C =每槽导体数/2
⑹每个线圈组的匝数为 N C *q
每个槽内放上 下两层线圈的有效 边，线圈的每一个 有效边放在某一槽 的上层，另一个有 效边则放置在相距 一个节距y 的另一槽 的下层。构成原则 、排列方法和联接 步骤与单层绕组基 本相同。
⑺每相串联匝数N（即每极每条支路的匝数）
流，环流产生的压降恰好被抵消。
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 下降，从 而影响用电设备的运行性能 ⑵干扰临近的通讯线路
七、消除谐波电动势的方法
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Kqv; 3.改善主磁场分布; 4.斜槽或斜极 .
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
4.1.2 三相双层绕组
一、特点：
⑴每个槽内放置上下两个线圈边 ⑵线圈个数等于槽数Q1（定子） ⑶线圈组个数 = Q1/q
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于定子槽数的 一半。排列方法和联接步骤为：1）分极、分相；2）连成线圈和线圈组；3） 连成相绕组。
一、单层交叉式绕组
由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺 寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。
交叉式绕组由 两大一小线圈交叉 布置。线圈端部连 线较短，有利于节 省材料，并且省铜。 广泛用于q>1的且为 奇数的小型三相异
2p
源自文库2p
2.线圈节距y： 整距y=τ； 短距y<τ。
3.槽距角α（电角度）：

p 360 0 Z
Z
4.每极每相槽数q: q 2 pm
5. 电角度=p360°=p机械角度
6.并联支路数a
计量电磁关系的角度称为电角 度（电气角度）。电机圆周在 几何上占有角度为360°，称 为机械角度。而从电磁方面看， 一对磁极占有空间电角度为 360°。一般而言，对于p对极 电机，电角度=p机械角度。
2.椭圆形旋转磁动势
当其中一个不对称时，便为椭圆形旋转磁动势。
小结：
单相绕组------脉动磁动势； 三相绕组----旋转磁动势。
步电动机。
二、单层链式绕组
由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外 形如长链。每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线 较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动 机。
三、单层同心式绕组
几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。 同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三 相异步电动机。

120)
cos(
x 120)
分解后相加的三相合成磁动势为：
f1

3 2
Fm1
sin(t


x)
②图解法——不同时刻三相合成磁动势
1
i
iA iB iC
t 900
t
0
t 2100
t 3300
t 4500
合成磁动势的 转向是从载有超前 电流的相转到载有 滞后电流的相。
三相 单层 绕组 的优 缺点
元件少，结构简单，
嵌线方便，槽内无
层间绝缘
优点
单层绕组为 整距绕组
广泛应用于10kW以下的 异步电动机定子绕组
电动势和磁动 势波形较差
缺点
铁损和噪 声较大
起动性 能较差
不适宜于大 中型电机
4.2 交流电机绕组的电动势
一、一根导体的电动势
1.电动势频率：
f

pn 60
2.电动势波形：由e=BLV可知，由气隙磁密沿气隙分布的
4.3 交流电机绕组的磁动势
一、整距集中绕组的磁动势
设气隙均匀，通以正弦交流电流，i 2I sin t
匝数为Nc ，则每个气隙上的磁动势为： Hdl i Nci
结论：
1 fc 2 Nci

2I 2
N c sin t Fcm sin t
①波形：矩形波；
②脉动磁动势：空间位置固定、幅值大小和方向随时间而变化的磁动势。
分布绕组： Eq1(q1) 4.44 fqN c k y11kq1
分布系数：
q
s in
k q1
2

q sin
2
五、相电动势和线电动势
绕组系数： K w1 k y1k q1
设一相绕组的串联匝数为N，则一相的感应电动势 E1 4.44 fk11
对于单层绕组，因为每相有p个线圈组所以每相串联匝数 N pqN