电机学交流电机绕组及其感应电动势作用原理和消弱方法
第章交流电机的绕组和电动势
10-1 交流电机的工作原理，对绕组的基本要求10-2 三相单层集中整距绕组10-3 绕组的分布和短距10-4 三相双层分布短距绕组10-5 感应电动势中的高次谐波第十章交流电机的绕组和电动势第十章交流电机的绕组和电动势 基本要求：1. 了解交流绕组的基本概念2.理解基波绕组因数的物理意义3. 掌握交流绕组基波电动势的计算2）异步电机的基本工作原理结构•定子：定子铁心和三相对称交流绕组•转子：转子铁心和闭合的交流绕组鼠笼型异步电动机2.对交流绕组的基本要求（1）在导体数一定的条件下，能得到较大的基波电动势和基波磁动势。
（2）电动势和磁动势波形应尽量接近正弦波，即谐波分量较小。
（3）在三相电机中，三相绕组的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要彼此相等。
（4）用铜量少。
（5）具有足够的绝缘强度和机械强度，（6）运行中有较好的散热性能。
（7）制造工艺简单，维修方便。
3.交流绕组的分类•按相数：单相绕组、两相绕组、三相绕组、多相绕组•按槽内层数：单层绕组（等元件式、链式、同心式和交叉式）、双层绕组（叠绕组、波绕组）•按每极每相槽数：整数槽、分数槽单层绕组上层边下层边双层绕组下层边上层边一个磁极在定子铁心内圆表面所占的距离，通常用槽数或Q=36，2p=41A E 1X E NSE X E −1T EN S E 11A10-3 三相双层分布短距绕组双层绕组：每槽中有两个线圈边，分为上下两层放置。
线圈数等于槽数。
双层绕组的优点：（1）可采用短距，改善电动势、磁动势的波形；（2）线圈尺寸相同，便于制造；（3）端部排列整齐，有利于散热和增加机械强度。
双层绕组的分类：叠绕组、波绕组双层绕组的应用场合：10kW 以上交流电机的定子绕组1 三相双层分布短距绕组的构成20°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 35 361 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 35 363）谐波电动势的危害电动势中如存在高次谐波，将使电动势波形变坏，产生很多不良影响：•电机的附加损耗增大，效率下降，温升增加。
电机学第四章交流电机绕组的基本理论09.9.24
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
30
5、绘制绕组展开图
连相绕组；按照同样的方法构造其他两相。
※ 10kW以上的电机主要采用双层绕组
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论 31
4.4
在正弦分布磁场下的绕组电动势
交流绕组的感应电势：旋转磁场是交流电机工作的基础。在 交流电机理论中有两种旋转磁场:
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论 2
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
3
4.1
交流绕组的基本要求
例：Z=36，2p=4
一、基本要求： 电气要求： 1. 绕组产生的电动势（磁动势） 接近正弦波---谐波分量少。
2. 三相绕组的基波电动势对称
3. 一定导体数下，产生尽可能大 的基波电动势
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论 12
3、采用60º相带可获得较大的基波电势
分相方法：将星形图圆周分 为六等份，每等份60º（称 60º相带）。A、B、C三相带 中心线依此互差120º ，X相 带中心线与A相带中心线互 差180º ，将X相带与A相带 电动势反向串联起来得A相 电动势。同理得到B、C相电 动势。各相电动势大于120º 相带时的值。
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
25
4.3
三相双层绕组
大多数交流电机使用双层绕组。双层绕组的每个槽内 放置上、下层两个线圈有效边，线圈一条边在某槽上 层，另一个边则放置在相距y1槽的下层，因此每台电 机线圈个数＝槽数。
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
26
相隔距离取决于节距
《电机学》 第四章 交流电机绕组的基本理论
18
例：Z=24，2p=4 =Z/2p
电机学交流绕组知识点
交流绕组部分（感应电动势和磁动势）习题1.谐波电动势对电机运行有何影响？为什么同步发电机定子绕组采用星型接法？谐波电动势使电机的电动势波形非正弦，产生谐波转矩和附加损耗。
为了消除3次谐波，同步电机定子绕组采用星形接法。
（三相交流电流中，各相基波电动势相位差为120度，而各相的三次谐波电动势相位差为360度，即为同相。
同理，3的倍数的各奇次谐波也为同相位。
这样接成星形时，在线电动势中不可能出现3次和3的倍数奇次谐波电动势。
当三相绕组接成三角形，3次及3的倍数奇次谐波电动势在闭合的三角形电路中被短路而形成环流，引起附加铜损耗，虽然这时只残留微少的电压降，线电动势中仍不出现这类谐波。
因此多采用星形连接。
）2.为什么交流绕组的磁动势，既是时间函数又是空间函数？用单相绕组基波磁动势来说明。
交流绕组的电流是随时间而变化的正弦函数。
磁动势为空间函数，磁场在空间分布。
（见练习题书P.121）3.脉动磁动势和旋转磁动势有什么关系？脉动磁动势可以分解为两个旋转磁动势分量，每个旋转磁动势分量的振幅为脉动磁动势振幅的一半，旋转速度相同，但旋转方向相反。
（分解的表达式见笔记p.3）。
等式左边为脉动磁动势，等式右边第一项为正向旋转磁动势，在空间按正弦规律分布，幅值不变，幅值位置在wt-x=0处，随时间变化，磁动势波在空间移动，移动的速度为w，所以是旋转磁动势。
等式右边第二项为负向旋转磁动势。
4.产生圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有何不同？m相对称电流流入m相对称绕组时，产生圆形旋转磁动势。
m相不对称电流流入m相对称绕组，或者m相对称电流流入m相不对称绕组时，产生椭圆形旋转磁动势。
5.如果不考虑谐波分量，在任一瞬间，脉动磁动势的空间分布是怎样的？圆形旋转磁动势的空间分布是怎样的？椭圆形旋转磁动势在空间分布是怎样的？如果观察一瞬间，能否区别该磁动势是脉动磁动势、圆形旋转磁动势或椭圆形旋转磁动势？如果不考虑谐波分量，在任一瞬间，脉动磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势在空间分布均为正弦波，故不能区别三种磁动势。
「原理」绕组及其电势与交流电机的关系
「原理」绕组及其电势与交流电机的关系
电机究竟有多复杂，怎么就“似曾相识”却总也琢磨不透？类似问题回应过不少人，总归非专业人士多，一言点透不可能，给出的信息多为片面、零碎和不够严谨的专业知识。
引出讨论专题：绕组及其电势在交流电机内部是如何发挥其神奇而美妙的作用的。
交流旋转电机主要分为同步电机和异步电机两类。
两类电机虽然激磁方式和运行特性有很大不同差别，但电机内部发生的电磁现象和机电转换原理相同，存在许多共同性问题，即交流电机的绕组、电势及磁势等问题。
华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)
360°电角度
2 × 360° 电角度
11
术语2. 槽距角α：相邻两槽之间 的机械角度。
术语 3. 槽距电角 α1 ：相邻两槽 之间的电角度 。
360 α Z
Z为电机槽数
p 360 α1 pα Z
例图中：Z=36
360 360 α 10 Z 36
p 360 2 360 α1 20 Z 36
电机学 Electric Machinery
（第4章 交流电机绕组的基本理论）
交流绕组：交流电机中的绕组 速度等于同步速 同步电机 同步发电机
交流电机
异步电机 速度不等于同步速
同步电动机
异步电动机 异步发电机
同步电机
异步电机
2
异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用作发电机。
3
同步电机：多用作发电机使用，在不调速情况，也用作电动机，可
定义：每相在每个极下所占有的槽 数。 已知总槽数 Z 、极对数 p 和相数 m ， 则 Z
q
2 pm
q>1——分布绕组
整数槽绕组——q为整数 分数槽绕组——q为分数
例图中：Z=36，p=2，m=3
Z 36 q 3 2 pm 2 2 3
14
术语5. 相带 定义：每极每相绕组占有的范围，用电角度表示。 已知总槽数Z、极对数p和相数m，则
A相展开图 a=1
29
3、三相单层绕组特点
特点：
绕组型式不同只不过是线圈构成方式不同、导体连接先后次序不 同，而构成绕组的导体所占的槽号是相同的，都在属两个相差 180°电角度的相带内； 三相单层绕组的节距因数均为1，具有整距绕组性质；
《电机学》课程中的难点分析及化解办法
难点分析及化解办法
李玉廷 － 临沂师范学院物理 系 ２ ６ ０ ７ ０５
分 析有 关的知 识又太 少 ，所以磁路 计算 也成为学 习中的一 个难 点 （ ２）电机 结构 ：各种电机 由于作用 不 同 ．也就决 定 了其 结构不 同 ，在 １常 ３ 生 活 中，同学 们只 看到过 电机的 外部 结 构 ，很少 有机 会 了解 电机 的内 部结 构 ， 为此 ．当学到 此内容 时 ．闳缺乏 感性认 识而搞 不清楚 ．直接 影响 后续内容 的学
（ ９）变压器理 论 与交流异 步电机理 论的 相似性 ：这种 相似性 有利 下进 行对
介培 Ｔ 《 电机 学》 课 程 的 基本 特 ． 分 析 是， Ｔ谊课 程的 堆点 所在 厦 其 原 因， 雉合 实 际教 学提 出 Ｔ化 解 办 法
电机 学 ：难 点 ； 原 因 ：也会使学 生造 成某些 混淆 ．反而成 为难 点
和 一 运 行 问题 的 分 析 能 力 ， 为学 习 般 《 力 系 统 分 析 ＊、 《电 力 系 统 自 动 电 化 ＊ 电 力系 统继 电 保护 》打 下 必 要 、
的理 论 基础 。
１对 《 电机学＊学习感到困难的原
第10章交流电机的绕组和电动势
如变压器就属于集中绕组，它相当于
在一个很深的槽中纵向放入若干导体。纵
向看各导体空间位置一致。
3）每极每相槽数q
对交流电机来说，当 q = 2 时，每相有两个 在空间错开一个a 槽距角的线圈相串联，称为分 布绕组（横向看，线圈不重叠。）
4）相带
相带是每极每相所占的电角度。一般相带为：
m
3
= 60°
3）导体感应电动势的计算式
e1 b 1lv B 1mlv sint
B 1mlv E1m
E1 E1m 1 B 1m lv 22
1
B1avl
2
B 1ml
B 1m
2
1
l
v 2f v 2 f
E1
1 1 2 f l 2 2 l
2、对交流绕组的要求
和变压器相仿，在交流电机中要进行能量的 转换必须要有绕组。
交流绕组的种类很多，其主要分类方法有：
（1）按槽内层数分，可分为单层和双层绕组。 其中，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。
2、对交流绕组的要求
（2）按相数分，可分为单相、两相、三相及多相 绕组。 （3）按每极每相槽数，可分为整数槽和分数槽 绕组。
两线圈边之间的距离称为节 距，用y1表示。右图 y1 =π (τ)为 整距线圈。当y1<π时叫短距线圈， y1 >π时叫长距线圈，电机中一 般不用长距线圈。
2）异步电机的基本工作原理
下面以鼠笼型电机为例简单
N
说明异步电机的工作原理。
f' A
如图10-2，在转子的外 表面所开槽内嵌放导体。 各个导体两端伸出转子铁 心以外并用两个端环分别 将其彼此连接起来，形成 一个短路的绕组。
第6章 交流电机绕组及其感应电动势
X1
X2
A2
A3
X3
X4
A4
3、短距（y=5<τ、a=2)的情况
上层边不变，下层边由y决定，y<τ(短距)
短距角：β=（τ-y）α 端接连接较短，节省铜线 可改善电动势和磁动势波形
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
Z 6 2p Z q 2 2 pm p 360 ＝ 30 Z
2.画绕组展开图的步骤：(等元件整距绕组)
(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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1、旋转电机是一种以磁场为耦合场的连续旋转
的机电装置。
定子 ---铁芯和绕组
2、旋转电机结构 空气隙 转子 ---铁芯和绕组
*其中一方产生磁场，另一方输出电动势或电磁转矩
交流电机
异步电机 同步电机
3、旋转电机分类 直流电机
交流电机虽然在运行原理和结构上有很多不同，
但其交流绕组构成及其感应电动势和磁动势等问题
4、感应电势的大小
• 导体感应电势
En max Bm1 lv
• 导体与磁场的相对速度：
v 2 p n/ 60
• 磁感应强度峰值和平均值之间的关系： m1 B1 AV B 2
• 感应电势最大值：En max BAV l 2 f f (l ) BAV f m1 2
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➢磁极对数为p
圆周机械角度为360° 电角度为 p*360 °
交流绕组
•相带 ➢为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占有相等的
范围——相带。
➢每个极对应于180°电角度，如电机有m相，则每个相带占
在同步电机中，转子是主磁极， 在异步电机中转子绕组是一
当外加的直流励磁电流流入转 个自行闭合的绕组，当气隙
子绕组时，转子铁芯便表现出 磁场切割转子绕组时，便会
固定的极性，随转子一起旋转， 在转子绕组中感应电势产生
相当于一块旋转的磁铁
电流，转子铁芯便表现为表
面旋转变化的磁极
交流绕组
• 交流绕组的基本概念
交流绕组
➢连线圈和线圈组：
将一对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？）
将一对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p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。
➢连三相绕组：
带
a
c’
b
a’
c
b ’
第 一 对 极2 3 ,2 4 ,1 ,2 3 ,4 ,5 ,6 7 ,8 ,9 ,1 01 1 ,1 2 ,1 3 ,1 41 5 ,1 6 ,1 7 ,1 81 9 ,2 0 ,2 1 ,2 2
交流绕组
交流绕组
交流绕组
一、链式绕组 链式绕组适用于q=2，p＞1的小型异步电机。例如m ＝3，p＝2，Z=24，q＝2，a=30°
y56
交流绕组
• 链式绕组的每个元件都是短距。从相电势和磁势角
度看——具有整距性质
交流绕组
二、交叉式绕组 交叉式绕组适用于q＝3的小型异步电机 例如：m＝3，p=2，q＝3。
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
异步电机
旋转电机的基本作用原理
异步电机
异步电机
旋转电机的基本作用原理
• 异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；
• 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气
隙空间产生旋转磁场；
• 转子绕组的导体处于旋转磁场中；
• 转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方
需层间绝缘，结构和嵌线较简单
•单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机，其极对数通常
是p＝l,2,3,4
•单层绕组通常有链式、交叉式和同心式等三种不同排列方式
单层绕组的构造方法和步骤
➢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。
将每个极的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。
向。
• 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。
• 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的
方向。
• 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。
• 根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
旋转电机的基本作用原理
旋转电机的基本作用原理
同步电机与异步电机主要结构部件对比
旋转电机的基本作用原理
交流绕组
•节距 y (跨距)
表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可用元件两 边所跨越的槽数表示。
交流绕组
分析工具：槽导体电势星形图
相距360度电角 度，导体电势
把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别时用间矢上量同相位
表示，构成一辐射星形图
交流绕组
三相单层绕组
•单层——每槽中只放置一层元件边，元件数等于槽数的一半，无
绕组中的电流与磁场相互作用产生电磁转矩，实现机电能 量转换
根据电枢绕组中的电流，分为交流电机和直流电机 交流电机根据转速是否为同步转速分为同步电机和异步电机
旋转电机的基本作用原理
•同步电机
定子上为三相对称绕组，匝数相同，空间位置互差 120°, 转子上装有励磁绕组，通入直流电将产生一个磁 场，它匝链定子各绕组
有(180/m)电角度。三相电机m＝3，其相带为60°，按60° 相带排列的绕组称为60°相带绕组。
把每对极所对应的定子槽等分为六个等分。依次称为a、 c’、b、a’、c、b’相带，各相绕组放在各自的相带范围 内
•每极每相槽数q
交流绕组
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
电机学
交流电机绕组及其感应电动势 作用原理和消弱方法
本章内容
1
旋转电机的基本作用原理
2
交流绕组
3
绕组的感应电动势
4
谐波电动势及其消弱方法
旋转电机的基本作用原理
• 旋转电机的基本结构
定子（铁芯、绕组） 转子（铁芯、绕组） 气隙
绕组
➢励磁绕组——通入电流产生磁场 ➢电枢绕组——与磁场有相对运动，产生Hale Waihona Puke 应电动势，同时q Z 2 pm
q>1——分布绕组 整数槽绕组——q为整数 分数槽绕组——q为分数
•槽距角 相邻两p槽*之36间0的电角度
Z
交流绕组
•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弧长
D为定子内圆直径。 槽数表示极距：
即基波磁场每极所对应的槽数
D
2p
Z 2p
交流绕组
定子槽数Z=2mpq=2*3*2*3＝36 槽距角a=p*360/Z=20°
交流绕组
交流绕组
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极 *4＝对 24，槽距角a＝15相 °
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，我国规定工业标准频率为50Hz。
在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势。
交流绕组
交流绕组
• 电角度 ➢磁 场 每 转 过 一 对 磁 极 ， 电 势 变 化 一 个 周 期 ， 称 为
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。
交流绕组
例如：相数m＝3，极数2p＝4，槽数Z＝24
每极每相槽数q＝2，槽距角=30°，极距
=Z/2p=24/4=6
极对
相
带
a c’ b a’ c b’
第一对极
1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12
第二对极 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24