第六章 交流电机绕组及其感应电动势
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电机学-交流绕组和电动势
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢交流绕组的定义
感应交流电的绕组叫交流绕组
同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同， 因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢对交流绕组的要求 1）良好的导电性能； 2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势； 3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相 的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相 等； 4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁 动势中的谐波分量尽量小； 5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好； 6）制造工艺简单，检修方便。
8
9
10
S2
11 12 13
A
18
17 16 15 14
动势最大，应将第一个N极下的7、8槽也划
Y
24 12
13 1
14 2
归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽
23 11
Z 3 15
相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，
22 10
4 16
第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则 C
为X相带。
§8-2 三相单层绕组
➢三相单层集中整距绕组
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三
1
相对称电动势呢？可以作三相绕组电动
势相量的方法来说明。因槽间角 1 60 6 电角度，若规定导体电动势穿进纸面为
60°
2
正，则图8- 4(a)所示瞬间1槽导体电动势
为正的最大，当转子转过 1角后，2槽导
体电动势才最大，因此2槽导体电动势落 5
§8-1 交流绕组的基本概念
➢交流绕组的定义
感应交流电的绕组叫交流绕组
同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同， 因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。
交流电机的绕组和电动势
§8-1 交流绕组的基本概念
➢对交流绕组的要求 1）良好的导电性能； 2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势； 3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相 的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相 等； 4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁 动势中的谐波分量尽量小； 5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好； 6）制造工艺简单，检修方便。
8
9
10
S2
11 12 13
A
18
17 16 15 14
动势最大，应将第一个N极下的7、8槽也划
Y
24 12
13 1
14 2
归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽
23 11
Z 3 15
相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，
22 10
4 16
第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则 C
为X相带。
§8-2 三相单层绕组
➢三相单层集中整距绕组
槽电势星形图：连成的绕组能否得到三
1
相对称电动势呢？可以作三相绕组电动
势相量的方法来说明。因槽间角 1 60 6 电角度，若规定导体电动势穿进纸面为
60°
2
正，则图8- 4(a)所示瞬间1槽导体电动势
为正的最大，当转子转过 1角后，2槽导
体电动势才最大，因此2槽导体电动势落 5
第06章-交流电机的旋转磁场理论
-11-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
二、旋转磁场的基本特点
1）三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成 磁动势是一个旋转行波， 合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉
振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入 m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波， 其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。
-13-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
第三节 交流电机的主磁通和漏磁通
一、主磁通
当交流电机的定子绕组通入三相对称电流时， 便在气隙中
建立基波旋转磁动势，同时产生相应的基波旋转磁场。 与基波
旋转磁场相对应的磁通称为主磁通，用m表示。由于旋转磁场
是沿气隙圆周的行波，而气隙的长度是非常小的， 所以相应的
-8-
第六章 交流电机的旋转磁场理论
图6-3说明 Fs (x,t) 是一个幅 值恒定、正弦分布的行波。
由于 Fs (x,t) 又 表示三相电
枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆
F sm
F ( x, t) s
v1
et
周的空间分布，所以它是一个沿
气隙圆周旋转的行波，其相对于
定子的速度是
v1
e
π
（6-8）
0
FA1( x, t ) FB1 ( x, t ) FC1 ( x, t )
Fm
1
c
oset
c
os
πx
Fm
1
c
os
(et
2π 3
)
Fm 1
cos(et
2π 3
)
cos(πx
cos(πx
2π ) 3 2π ) 3
（6-5）
式中，Fm1是每相磁动势基波分量的幅值，其精确的计算需要考 虑绕组分布及短距等因素。
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
（一个周期）360°电角度。在电机中一对磁极所对 应的角度定义为360°电角度。（几何上，把一圆周 所对应的角度定义为360°机械角度。）
➢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°
➢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°
第六篇 电动势及磁通势
f A1 = F 1 cos φ
• 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：
• 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）
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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）
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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：
交流电机绕组及感应电动势
旋转电机的结构 铁芯：构成磁的通路 转子 定子
绕组：构成电的通路
• 励磁绕组：通产生磁场的电流
空气隙
• 电枢绕组：通传递能量的电流
旋转电机工作时，磁场与电枢绕组之间有相对运 动，可以在电枢绕组内感应出电动势，同时，电枢 电流与气隙磁场相互作用又会产生电磁转矩。由此 实现机电能量转换。
ν 次谐波电动势频率，从感应电势产生来理解：
p n pn1 f f1 60 60
正在嵌入线圈的定子 正在安装转子的同步发电机
异步电机定子
三个早该解决的疑问
我们规定的电网频率（50Hz）是如何实现的？ 如何保证A、B、C相的相位关系？ 如何保证电网电压波形为正弦型？
一、同步电机的基本作用原理
结构模型 定子：三相对称绕组按照一定的空间顺序，分 为A、B、C相分布于定子空间中。这个分布顺序 加上转子的转速就决定了电源的三相相位关系。 转子：装有直流励磁绕组，通电后产生恒定磁 场，该磁场在气隙中按正弦规律分布。
磁场为正弦空间波形，但从线圈边这个位置点看出去，经 过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常 意义上的时间相量—随时间变化的正弦波。注意：这个简单 的关系是旋转电机时空联系的基础。
如此可以得到单个线圈边感应电势为：
NBlv NB l 2 p n sin t Ea m 60 2 N 2 Bml f sin t N Bml f sin t
磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置点点看出去经看出去经过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常意义上的时间相量意义上的时间相量随时间变化的正弦波
绕组：构成电的通路
• 励磁绕组：通产生磁场的电流
空气隙
• 电枢绕组：通传递能量的电流
旋转电机工作时，磁场与电枢绕组之间有相对运 动，可以在电枢绕组内感应出电动势，同时，电枢 电流与气隙磁场相互作用又会产生电磁转矩。由此 实现机电能量转换。
ν 次谐波电动势频率，从感应电势产生来理解：
p n pn1 f f1 60 60
正在嵌入线圈的定子 正在安装转子的同步发电机
异步电机定子
三个早该解决的疑问
我们规定的电网频率（50Hz）是如何实现的？ 如何保证A、B、C相的相位关系？ 如何保证电网电压波形为正弦型？
一、同步电机的基本作用原理
结构模型 定子：三相对称绕组按照一定的空间顺序，分 为A、B、C相分布于定子空间中。这个分布顺序 加上转子的转速就决定了电源的三相相位关系。 转子：装有直流励磁绕组，通电后产生恒定磁 场，该磁场在气隙中按正弦规律分布。
磁场为正弦空间波形，但从线圈边这个位置点看出去，经 过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常 意义上的时间相量—随时间变化的正弦波。注意：这个简单 的关系是旋转电机时空联系的基础。
如此可以得到单个线圈边感应电势为：
NBlv NB l 2 p n sin t Ea m 60 2 N 2 Bml f sin t N Bml f sin t
磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置磁场为正弦空间波形但从线圈边这个位置点点看出去经看出去经过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常过其上的磁场强度随时间变化关系记录下来就是一个通常意义上的时间相量意义上的时间相量随时间变化的正弦波
电机学 交流电机的绕组及其感应电动势
交流绕组概述
作用：
– 通入电流→磁场（电动机） – 磁场与定子绕组切割→电势→电流（发电机）
分类（类型）
– 相数：单相、三相 – 层数：
单层：同心式、交叉式、链式 双层：叠绕组、波绕组
– 宽度：整距、短距 – 分布性：分布绕组、集中绕组
交流绕组的基本概念
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
构造方法和步骤（举例：Z=24,2p=4,整距,m=3) •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； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 •连线圈和线圈组： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈） 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一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？） 将同一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2p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。 按照同样的方法构造其他两相。 •连三相绕组 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
整矩绕组：跨距y＝τ＝6，每个元件的上层边与下层边相距6
a规相个件律8槽。个为。同元l例理-72如件‘--8第2’分，-l槽83成’的-，9’4上，7个层4--1元边130应‘’件，-8与.-组..第1相4，7连’槽，，各的1共下元3计-层1件有边92‘组接-41个成的4元-一2连件个0’接。元，
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
第6章 交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
• 电机气隙除了基波外，还有三次、五次、七次 奇次谐波。
• 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
• 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
电机学-三相交流绕组
F 1 0 .9 a I 2 q 2 a p 1N q k q 1 ky 1 0 .9 Ip N 1k N 1
绕组系数:
kN1 kq1ky1
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁 势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f1F1c整理o 课件 c sost
§7-3 单相绕组的磁势
整理课件
§7-3 园形旋转磁势
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
1 60f n160pf p (r/min) • 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相 反的园形旋转磁势。
整理课件
§7-4 三相基波磁势合成旋转磁势
ia 2I cos t • 三相对称电流： ib 2I cos( t -1200 )
y1
为多匝线圈和单匝线圈。
与线圈相关的概念包括： 有效边；端部；线圈节距等
节距Y1（跨槽数）—— 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用
y 1 表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。
整理课件
第六章 三相交流绕组基本概念
• 单层绕组一个槽中只放一个元件边； • 双层绕组一个槽中放两个元件边。
•分析思路
1）双层整距绕组可以等 效为两个整距单层绕组
2）两个等效单层绕组在空 间分布上错开一定的角度， 这个角度等于短距角；
3）双层短距绕组的磁势
等于错开一个短距角的两
个单层绕组的磁势在空间
叠加。
kq1qFqF c11 q ssiniq2 n
F1 2Fq1
sin2 2si2n
2 整理课件
2
§7-2 （2）双层短距绕组的磁势
F0或 F0
每极合成磁动势幅值大小为： F 1 2 3 F 1 2 3 0 .9 Ip N 1k N 1 1 .3I5 p N 1k N 1
绕组系数:
kN1 kq1ky1
• 单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦分布脉振磁势，磁 势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。
f1F1c整理o 课件 c sost
§7-3 单相绕组的磁势
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§7-3 园形旋转磁势
• F+波是一个旋转波，在气隙空间以角度 速ω旋转，转速为：
1 60f n160pf p (r/min) • 单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相 反的园形旋转磁势。
整理课件
§7-4 三相基波磁势合成旋转磁势
ia 2I cos t • 三相对称电流： ib 2I cos( t -1200 )
y1
为多匝线圈和单匝线圈。
与线圈相关的概念包括： 有效边；端部；线圈节距等
节距Y1（跨槽数）—— 一个线圈的两个线圈边之间沿电枢气隙圆周上的跨距称为节距，用
y 1 表示。节距可用长度单位表示，常用槽数表示。
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第六章 三相交流绕组基本概念
• 单层绕组一个槽中只放一个元件边； • 双层绕组一个槽中放两个元件边。
•分析思路
1）双层整距绕组可以等 效为两个整距单层绕组
2）两个等效单层绕组在空 间分布上错开一定的角度， 这个角度等于短距角；
3）双层短距绕组的磁势
等于错开一个短距角的两
个单层绕组的磁势在空间
叠加。
kq1qFqF c11 q ssiniq2 n
F1 2Fq1
sin2 2si2n
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§7-2 （2）双层短距绕组的磁势
F0或 F0
每极合成磁动势幅值大小为： F 1 2 3 F 1 2 3 0 .9 Ip N 1k N 1 1 .3I5 p N 1k N 1
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交流电机的共同问题
第六章 交流电机的绕组及其感应电动势
第一节 第二节 第三节 第四节 旋转电机的基本作用原理 交流绕组 绕组的感应电势 谐波电动势及其削弱方法
第一节 旋转电机的基本作用原理
交流电机：产生或使用交流电能的旋转电机。 两大类：
同步电机—速度等于同步速(n= n1) 异步电机—速度不等于同步速(n≠n1)
Z=2mpq＝2×3×l×4＝24，槽距角a＝15°
极 对 相 a 23,24,1,2 z 3,4,5,6 b 7,8,9,10 带 x c y 11,12,13,14 15,16,17,18 19,20,21,22 第一对极
属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一
个大线圈，2与11相连构成一个小线圈。这一 大一小组成一个同心式线圈组。13与24相连， 14与23相连组成另一同心式线圈组。然后把 两个线圈组反向串联，以保证电势相加
•均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相 绕组在每个极域内所占的槽数应相等 。
•每极槽数用极距τ表示
•每极每相槽数q •对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周 空间互相错开1200电角度。 •如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为1200 /α。 •电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线 圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 •如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。
单层绕组：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。 •连线圈和线圈组： 将一对极域内属于同一相的圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什 么？）
将一对级域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈 组？）
同步速——旋转磁场的转速(n1)
一、三相同步电机（磁极对数p=1）
定子、转子、空气隙
转子绕组通以直流电流形成 分布磁场，匝链定子上的各 相绕组。 对称是指各相绕组的匝数相等， 空间位置彼此相距120°
定子上嵌放有对称的三相 绕组a-x、b-y、c-z
设磁场在气隙中按正弦分布
设转子以恒定速度旋转 定子绕组中所匝链的磁通按 正弦规律变化，其感应电势 按正弦规律变化。 由于各相匝数相等，从而各 相电势的大小相等，由于各 相绕组空间分布彼此相距 120°，从而三相电势时间 相位差120°—满足了三相 电势对称要求。
•电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。电能-机械能
•根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
第二节 交流绕组
一、交流绕组的基本要求 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。 二、常用的三相交流绕组 ①单层（每槽只有一个线圈边）：单层链式、单层同心式、单 层交叉式、等元件式。 ②双层（每槽有二个线圈边，分上、下两层放置） ：双层叠 绕组、双层波绕组。
三相电势对称
例： p=2
每相两个线圈，a1-x1、a2-x2 属于a相，b1-y1、b2-y2属于b 相，c1-z1、c2-z2属于c相。 各相的两个线圈的分布： 空间上——相距一对磁极 电势看——两个线圈交链的 磁通变化规律完全相同，因 而感应电势完全相同（幅值 一致，时间上同相位）。
属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一个大线圈， 2与11相连构成一个小线圈。这一大一小组成一个同心式 线圈组。13与24相连，14与23相连组成另一同心式线圈 组。然后把两个线圈组反向串联，以保证电势相加
小结：三相单层绕组
在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短， 合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。 分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件 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，从每相电动势的角度来看，所有绕组都是 属于两个相差180°电角度相带内的导体组成，三相单层绕组 的节距因数Kp（短距线圈电势与整距线圈电势之比）均为1， 具有整距绕组性质。 优点：绕组因数KN中只有分布因数Kd(线圈组合成电势有效值 与各线圈电势代数和之比），基波绕组因数较高，无层间绝缘， 槽利用率高。 缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形， 漏电抗较大。 使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波形要 求较高的电机，通常采用双层绕组。）
小结：三相单层绕组的优缺点
优点（1）每槽内只有一个线圈边，无层间绝缘，下线方便，槽 的利用率高。 （2）线圈数为槽数的一半，绕线及嵌线的工时少。 缺点（1）不能利用短距来削弱电动势和磁动势中的高次谐波， 因单层绕组虽线圈的节距可能是短距，但其线圈组的电动势始 终是两个相邻1800相带内线圈边电动势的相量和，实质上与整 距分布绕组完全相同，无短距的效果。 （2）同一槽内导体均属同一相，故槽漏阻抗较大。 单层绕组的最大并联支路数：amax=p 并联支路数是指线圈组是并联还是串联，视所选并联支路数a 决定。
定子槽数Z=2mpq=2×3×2×3＝36 槽距角a=p×360/Z=20°
属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、
19、20、21、28、29、30共12个元件边
y=8 y=7
2—10，3—11相连，是节距为8的（大）线圈 12—19相连，节距为7的（小）线圈 20—28，21—29相连，节距为8的大线圈 30—1相连，节距为7的小线圈。
三相双层绕组
双层——每槽中有两个元件边，分为上下两
层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为 下层。每个元件(线圈）均有一个边放在上 层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取 决于节距。 元件（线圈数）的总数等于槽数，每相元件 数即为槽数的三分之一。 绕组展开图中：每槽上层圈边用实线，下层 圈边用虚线，槽号加‘。
（6）节距 y (跨距；槽中线圈两个圈边的宽度)
表示元件（线圈）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。
2、交流绕组连接的七个步骤：
（1）求极距；（2）取节距；（3）算相带q；（4） 算槽距角；（5）画相带表或电势星形图；（6）连 线圈和线圈组；（7）连单相绕组和三相绕组 分析工具：槽导体电势星形图 或相带表。把电枢上 各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示， 构成一辐射星形图
构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距,m=3) •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； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 •连线圈和线圈组： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与另一槽的下层边构成一个线圈） 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组 以上连接应符合电势相加原则
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：
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。
极 对 第一对极 第二对极
相 带 a c’ b a’ c b’ 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24
相距360度电角 度，导体电势 时间上同相位
三相单层绕组
单层——每槽中只放置一层元件（线圈）
边，元件（线圈）数等于槽数的一半，无 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、 等元件式等几种不同排列方式。
* 连成三相绕组
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°
y 5 6
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
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。
第二节 交流绕组（续）
三、交流绕组的特点 ①三相对称绕组；每相绕组的匝数（线径）相同，互 差1200空间电角度，嵌放在铁芯槽内（每相漏阻抗 相等） ②通入电流是三相对称电流：每相电流的最大值（有 效值）相等，互差时间电角度（产生的感应电势也 为三相对称）。 所以，绕组与时间和空间量有关。
四、交流绕组的构成原则
例如：相数m＝3，极数2p＝ 4，槽数Z＝24
Z • 每极每相槽数q＝ ＝2 2 pm
•
p * 360 槽距角＝ =30° Z
• 极距=Z/2p=24/4=6
说明：
属于a相8个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20 根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元 件，每个元件都是整距，y=τ=6槽，即每元件的 跨距为6个槽，同为单层，每相每对极可以连接 成一个元件组。 2对极，每相2个元件组，1—7—2—8，13一19 一14—20。 元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数 单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则 并联支路a＝1，相电势E=pEq，相电流I＝Ic。每 相功率P＝EI＝pEqIc。
依次二大一小交叉布置为交叉式绕组
b相和c相的连接规律与a相完全一样，a=20°，相 间相差6个槽。如第2槽为a相首端，则b相首端是 第8槽，c相首端是第14槽。
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
第六章 交流电机的绕组及其感应电动势
第一节 第二节 第三节 第四节 旋转电机的基本作用原理 交流绕组 绕组的感应电势 谐波电动势及其削弱方法
第一节 旋转电机的基本作用原理
交流电机：产生或使用交流电能的旋转电机。 两大类：
同步电机—速度等于同步速(n= n1) 异步电机—速度不等于同步速(n≠n1)
Z=2mpq＝2×3×l×4＝24，槽距角a＝15°
极 对 相 a 23,24,1,2 z 3,4,5,6 b 7,8,9,10 带 x c y 11,12,13,14 15,16,17,18 19,20,21,22 第一对极
属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一
个大线圈，2与11相连构成一个小线圈。这一 大一小组成一个同心式线圈组。13与24相连， 14与23相连组成另一同心式线圈组。然后把 两个线圈组反向串联，以保证电势相加
•均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相 绕组在每个极域内所占的槽数应相等 。
•每极槽数用极距τ表示
•每极每相槽数q •对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周 空间互相错开1200电角度。 •如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为1200 /α。 •电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线 圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。 •如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。
单层绕组：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。 •连线圈和线圈组： 将一对极域内属于同一相的圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什 么？）
将一对级域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈 组？）
同步速——旋转磁场的转速(n1)
一、三相同步电机（磁极对数p=1）
定子、转子、空气隙
转子绕组通以直流电流形成 分布磁场，匝链定子上的各 相绕组。 对称是指各相绕组的匝数相等， 空间位置彼此相距120°
定子上嵌放有对称的三相 绕组a-x、b-y、c-z
设磁场在气隙中按正弦分布
设转子以恒定速度旋转 定子绕组中所匝链的磁通按 正弦规律变化，其感应电势 按正弦规律变化。 由于各相匝数相等，从而各 相电势的大小相等，由于各 相绕组空间分布彼此相距 120°，从而三相电势时间 相位差120°—满足了三相 电势对称要求。
•电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。电能-机械能
•根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
第二节 交流绕组
一、交流绕组的基本要求 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。 二、常用的三相交流绕组 ①单层（每槽只有一个线圈边）：单层链式、单层同心式、单 层交叉式、等元件式。 ②双层（每槽有二个线圈边，分上、下两层放置） ：双层叠 绕组、双层波绕组。
三相电势对称
例： p=2
每相两个线圈，a1-x1、a2-x2 属于a相，b1-y1、b2-y2属于b 相，c1-z1、c2-z2属于c相。 各相的两个线圈的分布： 空间上——相距一对磁极 电势看——两个线圈交链的 磁通变化规律完全相同，因 而感应电势完全相同（幅值 一致，时间上同相位）。
属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一个大线圈， 2与11相连构成一个小线圈。这一大一小组成一个同心式 线圈组。13与24相连，14与23相连组成另一同心式线圈 组。然后把两个线圈组反向串联，以保证电势相加
小结：三相单层绕组
在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短， 合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。 分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件 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，从每相电动势的角度来看，所有绕组都是 属于两个相差180°电角度相带内的导体组成，三相单层绕组 的节距因数Kp（短距线圈电势与整距线圈电势之比）均为1， 具有整距绕组性质。 优点：绕组因数KN中只有分布因数Kd(线圈组合成电势有效值 与各线圈电势代数和之比），基波绕组因数较高，无层间绝缘， 槽利用率高。 缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形， 漏电抗较大。 使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波形要 求较高的电机，通常采用双层绕组。）
小结：三相单层绕组的优缺点
优点（1）每槽内只有一个线圈边，无层间绝缘，下线方便，槽 的利用率高。 （2）线圈数为槽数的一半，绕线及嵌线的工时少。 缺点（1）不能利用短距来削弱电动势和磁动势中的高次谐波， 因单层绕组虽线圈的节距可能是短距，但其线圈组的电动势始 终是两个相邻1800相带内线圈边电动势的相量和，实质上与整 距分布绕组完全相同，无短距的效果。 （2）同一槽内导体均属同一相，故槽漏阻抗较大。 单层绕组的最大并联支路数：amax=p 并联支路数是指线圈组是并联还是串联，视所选并联支路数a 决定。
定子槽数Z=2mpq=2×3×2×3＝36 槽距角a=p×360/Z=20°
属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、
19、20、21、28、29、30共12个元件边
y=8 y=7
2—10，3—11相连，是节距为8的（大）线圈 12—19相连，节距为7的（小）线圈 20—28，21—29相连，节距为8的大线圈 30—1相连，节距为7的小线圈。
三相双层绕组
双层——每槽中有两个元件边，分为上下两
层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为 下层。每个元件(线圈）均有一个边放在上 层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取 决于节距。 元件（线圈数）的总数等于槽数，每相元件 数即为槽数的三分之一。 绕组展开图中：每槽上层圈边用实线，下层 圈边用虚线，槽号加‘。
（6）节距 y (跨距；槽中线圈两个圈边的宽度)
表示元件（线圈）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。
2、交流绕组连接的七个步骤：
（1）求极距；（2）取节距；（3）算相带q；（4） 算槽距角；（5）画相带表或电势星形图；（6）连 线圈和线圈组；（7）连单相绕组和三相绕组 分析工具：槽导体电势星形图 或相带表。把电枢上 各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示， 构成一辐射星形图
构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距,m=3) •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； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。 •连线圈和线圈组： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与另一槽的下层边构成一个线圈） 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组 以上连接应符合电势相加原则
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：
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。
极 对 第一对极 第二对极
相 带 a c’ b a’ c b’ 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24
相距360度电角 度，导体电势 时间上同相位
三相单层绕组
单层——每槽中只放置一层元件（线圈）
边，元件（线圈）数等于槽数的一半，无 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、 等元件式等几种不同排列方式。
* 连成三相绕组
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°
y 5 6
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
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。
第二节 交流绕组（续）
三、交流绕组的特点 ①三相对称绕组；每相绕组的匝数（线径）相同，互 差1200空间电角度，嵌放在铁芯槽内（每相漏阻抗 相等） ②通入电流是三相对称电流：每相电流的最大值（有 效值）相等，互差时间电角度（产生的感应电势也 为三相对称）。 所以，绕组与时间和空间量有关。
四、交流绕组的构成原则
例如：相数m＝3，极数2p＝ 4，槽数Z＝24
Z • 每极每相槽数q＝ ＝2 2 pm
•
p * 360 槽距角＝ =30° Z
• 极距=Z/2p=24/4=6
说明：
属于a相8个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20 根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元 件，每个元件都是整距，y=τ=6槽，即每元件的 跨距为6个槽，同为单层，每相每对极可以连接 成一个元件组。 2对极，每相2个元件组，1—7—2—8，13一19 一14—20。 元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数 单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则 并联支路a＝1，相电势E=pEq，相电流I＝Ic。每 相功率P＝EI＝pEqIc。
依次二大一小交叉布置为交叉式绕组
b相和c相的连接规律与a相完全一样，a=20°，相 间相差6个槽。如第2槽为a相首端，则b相首端是 第8槽，c相首端是第14槽。
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