绕组电动势
电机学-交流绕组和电动势
§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
交流绕组的感应电动势
线圈组的感应电势
• 矢量式
E E E E yz y1 y2 y3
• 分布系数：
k q1 分布绕组的感应电势 集中绕组的感应电势 sin
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称， 故气隙磁 场中含有奇次空间谐波。 ＝1、3、5…
1、主极磁场产生次谐波的性质
• 极对数为基波的倍，极距为基波的1/ ，随主极一起 以同步转速在空间移动。即
p p ;
;
n n 1
• 谐波频率：
f
p n 60
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ pqN a
y
• 相电势：
E 4 .44 fN 1 1 k
q1
双层绕组的电势
• 双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组， 共2p个线圈组； • 这2p个线圈组可并可串，总串联匝数
N1 每相总匝数 并联支路数 ＝ 2 pqN a
y
• 双层绕组要考虑到短距系数：
感应电势的大小
• 导体感应电势
E n max B 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： B
2
Bp;
• 感应电势最大值：
• 感应电势的有效值：
E n max
2
B p l 2 f f ( l ) f
交流绕组的感应电动势
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： (1) 机械旋转磁场 通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场；
交流电机绕组及其感应电动势解读
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。
电机采用分布绕组，每元件组有q个元件，元件组电势即为q个元件的电势之和。
元件组电势
绕组感应电动势
分布因数 kd——元件组各电势的相量和与代数和的比值
1
绕组因数kN=kdkp，反映分布和短距对电势的影响
2
绕组感应电动势
绕组的相电势
单层绕组 每对极每相有一个元件组 p对极电机，每相有p个元件组，可以串联、并连或混合连接。如有a条并联支路，则每相电势为
7
根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。
8
异步电机
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
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
在同步电机中，转子是主磁极，当外加的直流励磁电流流入转子绕组时，转子铁芯便表现出固定的极性，随转子一起旋转，相当于一块旋转的磁铁 在异步电机中转子绕组是一个自行闭合的绕组，当气隙磁场切割转子绕组时，便会在转子绕组中感应电势产生电流，转子铁芯便表现为表面旋转变化的磁极
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
交流绕组及其电动势和磁动势
•4.2三相双层绕组
•一、基本概念
•1.线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈 按一定规律的排列和联结。线圈可以区分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（看 图）
•4.2三相双层绕组 •一、基本概念
•2.极距τ ：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围
•3.线圈节距y：一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线 圈的节距。用y表示。（看图） •y<τ时，线圈称为短距线圈；y=τ时，线圈称为整距线圈； •y>τ时，线圈称为长距线圈。
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↑，从而影响用电设备的运行性能
• ⑵干扰临近的通讯线路
二、消除谐波电动势的方法
因为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。 3.改善主磁场分布 4.斜曹或斜极
4.5通有正弦交流电时单相绕组的磁动势
• 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
•4.2三相双层绕组 •双层绕组的主要优点（P113）
•一、基本概念
：
•1.线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈
⑶谐波磁场的槽距角：dγ =γd
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）
绕组电动势
τ 采 节 y1 =τ − 可 消 ν次 波 用 距 以 除 谐 ν
δ min δ max
r 2
bp
r 2
τ
τ
凸极电机的极靴外形和隐极电机的励磁绕组的布置 （a）凸极电机 （b）隐极电机
5. 齿谐波电动势的产生及削弱方法
定子铁心开槽的目的
将定子绕组嵌入槽内，便于固定 与无槽的情况相比，使气隙缩短，所需励磁减小
E y1 = 2 N y Ec1 = 4.44 f1 N y Φ m来自3. 线圈电动势与短距系数
短距系数
y1 π ky1 = sin( ) τ 2
★ ky1≤1 ★ 对于整距线圈 ky1=1
y1 π Ey1 = 2(NcEc1)sin( ) = 2(NcEc1)ky1 τ 2
4. 线圈组电动势与分布系数
π
Φ = Bav lτ
气隙每极基波磁通量
导体中基波电动势有效值
1 1 E= Em = π f Φ = 2.22 f Φ 2 2
定子导体感应电动势基波频率：
pn f = 60
p对极电机，气隙 磁场空间分布为p个正弦 波的磁场称为基波磁场 ，基波磁场在绕组中感 应的电动势为基波电动 势。 当p对极的正弦分布 磁场 以 转 速n1 切 割导 体 时，在导体中感应电动 势为正弦波，其有效值 为
ν p n1 pn fν = ν ν = ν = f1
60 60
1
E = 2πNkWν fνΦ = 4.44NkWν fνΦ φν ν ν
q 1 να sin y1 π 2 kyν = sin( ν ) kqν = να1 τ 2 qsin 2 kWν = kyν kqν
当算出基波和各次谐波电动势的有效值后，可得出相电动 势的有效值为
三相异步电动机定子绕组的感应电动势
三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组的感应电动势三相异步电动机定子绕组接到三相电源后，气隙内即建立旋转磁场。
这个磁场以同步转速n1旋转，幅值不变。
其分布近乎正弦，好像一种旋转的磁极。
它同时切割定.转子绕组，在其中产生感应电动势。
虽然在定.转子绕组中感应电动势的频率有所不同，但两者定量计算的方法是一样的。
本节讨论由正弦分布.以同步转速n1旋转的旋转磁场在定子绕组中所产生的感应电动势。
一、绕组的感应电动势及短矩系数1.导体的感应电动势当磁场在空间作正弦分布，并以恒定的转速n1旋转时，导体感应的电动势为一正弦波，其最大值为导体电势的有效值为而，所以有2.整距线圈的感应电动势图1 匝电动势的计算在图1(a)中，将相隔一个极距，即相差180?空间电角度的位置上放置两根导体U1和U2，并在上端用导线将它们连成一个整距线圈。
线匝下面的两个端头分别称头和尾。
由于两根导体在空间相间一个极距，则可知，若一根导体处在N极极面下，另一根导体必定处在S极极面下对应的位置，它们切割磁场所感应出的电动势必然大小相等.方向相反。
即在时间相位上彼此相差180?时间电角度，每根导体的基波电动势相量则如图1(b)所示。
每个线匝的电动势为有效值在一个线圈内，每一匝电动势的大小和相位都是相同的，所以整距线圈的电动势为有效值3.短距绕组的感应电动势这时线圈节距,，则电动势和相位差不是180?，而是相差γ，γ是线圈节距所对应的电角度。
因此匝电势为式中——短距因数，。
则短距线圈的电动势为短距系数的物理含义是:由于绕组短距后，两绕组边中感应电动势不再相等。
求绕组电动势时不能像整矩绕组那样代数相加，而是相量相加，也就是把绕组看成是整距后所求绕组电动势再做折算。
二、线圈组的感应电动势及分布系数线圈组是由q个绕组串联组成的，若是集中绕组(q个绕组均放在同一槽中)，则每个绕组的电动势大小.相位都相同，对于分布绕组，q个绕组嵌放在相邻α槽距角的q个槽中，对每个绕组而言，它们切割旋转磁场所产生的感应电动势的大小应完全相同。
三相异步电动机定子绕组的电动势-精选文档
一、线圈的感应电动势 二、线圈组的感应电动势 三、相绕组的感应电动势——相电势
一、线圈的感应电动势
讨论定子绕组内感应电动势时，气隙磁场切割定子 绕组可以看成下图中所示的转子旋转，在定子绕组中所 感应产生的电动势。 气隙磁密分布
π B B sin x x 1 m
a.电动机横截面
b.磁密波形
c.电动势波形
1.整距线圈的电动势：
电角度为 d ( t ) 内通过的磁通
d N B L r s i n t d (t ) 1 y 1 m
一个极距内的磁通
t N B L r s i n()2 t d t N B L r c o s t 1 y 1 m y 1 m t
整距线圈的电动势有效值为：
1 e N 4 . 4 4 fN cy (1 ) y 1 1 y 1 2
因此一个极距内的磁链为：
y1 短距线圈缩短的电角度为：
2、短距线圈的电动势
1
t N B L r s i n t d ( t ) N B L r c o s ( t ) c o s t 1 y 1 m y 1 m t
y 1
2
2
有效值的表达式
E 4 . 44 f N k c ( y ) 1 y y 1 1
ky1 cos 线圈的节距因数 2
节距因素 k 的物理意 y1 义与磁动势的雷同，对于 短距线圈，电动势的相量 为各线圈边相量的矢量和， 而对于整距线圈，电动势 相量为各线圈边的代数和。
b)线圈组的电动势相量合成
三、相绕组的感应电动势——相电势
1、相绕组构成
励磁绕组感应电动势表达式
励磁绕组感应电动势表达式
【原创版】
目录
1.励磁绕组感应电动势的定义
2.励磁绕组感应电动势的计算公式
3.励磁绕组感应电动势与电机参数的关系
4.应用举例
正文
一、励磁绕组感应电动势的定义
励磁绕组感应电动势是指当电机运行时，由于励磁绕组（也称为磁场绕组或场绕组）在磁场中运动而产生的电动势。
励磁绕组感应电动势是电机运行时磁场能量转换为电能的重要参数。
二、励磁绕组感应电动势的计算公式
励磁绕组感应电动势的计算公式如下：
ε = 4.44 × f × N ×Φ
其中，ε表示感应电动势，f 表示电源频率，N 表示励磁绕组匝数，Φ表示励磁绕组磁通。
三、励磁绕组感应电动势与电机参数的关系
励磁绕组感应电动势与电机的转速、电源频率、励磁绕组匝数和磁通等因素有关。
具体关系如下：
1.感应电动势与电机转速成正比关系。
电机转速增加，感应电动势也随之增加。
2.感应电动势与电源频率成正比关系。
电源频率增加，感应电动势也随之增加。
3.感应电动势与励磁绕组匝数成正比关系。
励磁绕组匝数增加，感应电动势也随之增加。
4.感应电动势与励磁绕组磁通成正比关系。
励磁绕组磁通增加，感应电动势也随之增加。
四、应用举例
以一台三相交流异步电机为例，电源频率为 50Hz，励磁绕组匝数为200 匝，磁通为 0.8Wb。
根据励磁绕组感应电动势的计算公式，可得：ε = 4.44 × 50 × 200 × 0.8 = 35520.0 V
因此，该电机励磁绕组感应电动势为 35520.0 V。
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2
q sin
2
2
qE k y1 q1
Eq1
E y1
sin
sin
q
2
sin q
qEy1
q
2
sin
qEy1kq1 4.44 f Nck y11qkq1
2
2
其中：kq1
Eq1(q个分布线圈的合成电动势) qEq1(q个集中线圈的合成电动势)
kq1
sin q q sin
2 2
(称分布系数）
kN1 k y1kq1(称绕组系数）
绕组展开图
N
S
N
S
τ
τ
τ
τ
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 36
a1
x1
导体
整距 短距 单匝
x2
a2
a3
x3
x4
a4
NC匝线圈
q个线圈-线圈组
相绕组
7-6 正弦分布磁场下的绕组电动势
• 1、导体电动势
• 若气隙磁场在空间按正弦波分布，其最大磁密为 Bml
B Bml sin
Y
C
ec1 B lv Bmllv sin t Ec1m sin t
导体电动势有效值
A
X
Ec1
Ec1m 2
Bmllv 2
Bmll Dn
2 60
Z
B
2
Bav
y1
90 0
• 线圈NC匝
Ey1 Nc Et1 4.44 Nck y1 f 1
4、线圈组电动势和分布系数
每个线圈组都由q个线圈串联 组成，线圈组的电动势等于q
R
Eq1
q
个相临线圈电动势的相量和
Eq1
2R
sin
q
2
Ey1
E y1
R 2 sin
2
Eq1
E y1
sin
sin
q
2
q
sin
qEy1
Et1( y1 ) Ec1 Ec1 Ec1 (Ec1)
Ec1 Et1( y1 )
短距线匝电动势有效值
Ec1
Et1( y1 )
2Ec1 sin
2
2Ec1 sin
y1
900
4.44 k y1
f
1
• •
短距系数 3、线圈电动势
k y1
Et1 (短距时匝电动势） 2E（c1 整距时匝电动势）
sin
l 2P n
2 60
2
Bav l
f
2
1
f 2.22 f 1
• 2、匝电动势和短距系数
• 对整距线匝y1= τ
• 整距线匝电动势
Et1 Ec1 Ec1 2Ec1
整距线匝电动势有效值
Et1 4.44 f 1
Ec1
Et1
Ec1
Ec1
v
Ec1 y1
Ec1
v
N
S
y1
对短距线匝y1< τ
y1 1800
5、相电动势和线电动势
E1 4.44 NkN1 f 1
定子额定电压 UN
额定电流
IN
13800V 6645A
定子槽数Z 定子绕组并联支路数a 每槽线圈股数实心 气隙磁密 定子铁芯内径DO 定子铁芯长度Li
66 2 50×2+35×2 7957Gs 1195mm 3650mm