电机学 第三篇交流电机的共同问题

1、第三篇第三篇 交流电机的共同问题交流电机的共同问题 第七章第七章 交流电机绕组及其感应电动势交流电机绕组及其感应电动势 第八章第八章 交流绕组的磁动势交流绕组的磁动势 *第？章第？章 电机的发热和冷却电机的发热和冷却 第七章第七章 交流电机绕组及其感交流电机绕组及其感 应电动势应电动势 一、旋转电机结构上的共同点：一、旋转电机结构上的共同点： n 定子，转子，绕组三个主要部分。定子，转子，绕组三个主要部分。 n 一般由励磁绕组产生磁场，电枢绕组上实现机一般由励磁绕组产生磁场，电枢绕组上实现机-电电 能量的转换。励磁绕组和电枢绕组可以在定子上也能量的转换。励磁绕组和电枢绕组可以在定子上也 可以在

2、转子上，之间有气隙隔开。可以在转子上，之间有气隙隔开。 n 电枢绕组与磁场的相对运动，同时产生感应电势，电枢绕组与磁场的相对运动，同时产生感应电势， 感应电势电流和磁场相互作用产生电磁转矩。感应电势电流和磁场相互作用产生电磁转矩。 7-1 旋转电机的基本作用原理旋转电机的基本作用原理 交流电机定子交流电机定子 鼠笼式转子鼠笼式转子 绕线式转子绕线式转子 交流电机定子交流电机定子 笼型转子笼型转子 交流电机定子交流电机定子 绕线式转子绕线式转子 直流电机转子直流电机转子 交流电机转子交流电机转子 交流电机定子交流电机定子 交流电机定子交流电机定子 二、电机的可逆性二、电机的可逆性 一台旋转电机从

3、理论上，既可作发电机也可作电动机。一台旋转电机从理论上，既可作发电机也可作电动机。 n发电机状态：发电机状态：当电磁转矩与电机转速的方向相反，或当电磁转矩与电机转速的方向相反，或 者说电机的旋转依赖于外部机械转矩输入时，则此时者说电机的旋转依赖于外部机械转矩输入时，则此时 电机工作在发电机状态；电机工作在发电机状态； n电动机状态：电动机状态：当电磁转矩与转速同向，或者说电机输当电磁转矩与转速同向，或者说电机输 出电磁转矩，则电机工作于电动机状态。出电磁转矩，则电机工作于电动机状态。 n从电功率侧来看，向电网输出电功率为发电机，吸收从电功率侧来看，向电网输出电功率为发电机，吸收 电网功率为电动

4、机。电网功率为电动机。 从磁场的角度看：直流电机的磁场在空间上是固定的；从磁场的角度看：直流电机的磁场在空间上是固定的；(三相三相) 交流电机的磁场是旋转的交流电机的磁场是旋转的，以定子圆周为参考，转速由电网，以定子圆周为参考，转速由电网 频率和电机的磁极数确定，称为频率和电机的磁极数确定，称为同步转速同步转速，通常用，通常用n n1 1表示表示。 产生圆形旋转磁场产生圆形旋转磁场 N S A B C X Z Y 同步电机（机械旋转磁场）同步电机（机械旋转磁场） 异步电机（电气旋转磁场）异步电机（电气旋转磁场） 特点特点：1、三相电枢（定子）在空间按、三相电枢（定子）在空间按120对称布置。对

5、称布置。 2、转子转速和旋转磁场转速相同、转子转速和旋转磁场转速相同(同步同步)。 3、三相感应电势互差、三相感应电势互差120电角。电角。 三、同步电机基本作用原理（常作发电机）三、同步电机基本作用原理（常作发电机） 转子转动转子转动产生电磁转矩产生电磁转矩中受力中受力 带电转子导体在磁场带电转子导体在磁场流流转子导体闭合有感应电转子导体闭合有感应电动势动势 产生感应电产生感应电切割转子导体切割转子导体产生旋转磁场产生旋转磁场的电流的电流 三相对称三相对称称分布的定子导体通入称分布的定子导体通入以电动机为例：三相对以电动机为例：三相对 四、异步电机的基本作用原理（常作电动机）四、异步电机的基

6、本作用原理（常作电动机） 1、三相空间对称定子绕组（按极对数），转子为三相、三相空间对称定子绕组（按极对数），转子为三相短路短路 绕组绕组。 2、当三相空间对称绕组通以三相对称电流时，产生旋转磁、当三相空间对称绕组通以三相对称电流时，产生旋转磁 场，切割转子绕组，转子导体中产生感应电流，与磁场场，切割转子绕组，转子导体中产生感应电流，与磁场 相互作用，形成电磁转矩。相互作用，形成电磁转矩。 3、设磁场转速为、设磁场转速为n1（同步转速），转子转速为（同步转速），转子转速为n，则转子，则转子 绕组中产生感应电流的必要条件是绕组中产生感应电流的必要条件是n1-n0， 才有磁场对导体的切割。以转才有

7、磁场对导体的切割。以转 差率差率S=(n1-n)n1表示。表示。 4、转子转速与同步转速不同，、转子转速与同步转速不同，异步电机异步电机 交流电机绕组主要是同步电机电枢绕组和异步电机励磁绕组，交流电机绕组主要是同步电机电枢绕组和异步电机励磁绕组， 部置在部置在定子槽中。如以三相交流绕组为例，定子槽中。如以三相交流绕组为例，绕组构成的原则绕组构成的原则 是：是： n对称：对称：每相绕组在定子空间占位对称；每相绕组在定子空间占位对称； n均匀：均匀：各相间在定子空间错位为各相间在定子空间错位为120电角度；保证各相的电角度；保证各相的 电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡；电动势和磁动势要对称，

8、电阻、电抗要平衡； n电势相加：电势相加：线圈两个圈边的感应电势应该相加，如线圈的一线圈两个圈边的感应电势应该相加，如线圈的一 个边在个边在N极下，另一个应在极下，另一个应在S极下。极下。 基本概念：基本概念：按一定规律排列和连接的线圈的总称按一定规律排列和连接的线圈的总称. 7-2 交流绕组交流绕组 元件（线圈）元件（线圈） 绕组的相关术语绕组的相关术语 术语术语1：电角度电角度 n几何上，把一圆周所对应的角度定义为几何上，把一圆周所对应的角度定义为360机械角度。机械角度。 n在电机中，磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期，在电机中，磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期， 称为（一个周期）

9、称为（一个周期）360电角度电角度。一对磁极所对应的角度一对磁极所对应的角度 定义为定义为360360电角度电角度。 n磁极对数为磁极对数为p时，圆周机械角度为时，圆周机械角度为360，则电角度为，则电角度为 =p*360 术语术语2：相带相带 n为了三相绕组对称，为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占有相等的在每个极面下每相绕组应占有相等的 范围范围相带相带。 n每个极对应于每个极对应于180电角度，如电机有电角度，如电机有m相，则每个相带占相，则每个相带占 有有 电角度。三相电机电角度。三相电机m3，其相带为，其相带为60，按，按60 相带排列的绕组称为相带排列的绕组称为60相带绕组。

10、相带绕组。 m 180 术语术语3：每极每相槽数每极每相槽数q nq1分布绕组分布绕组 n整数槽绕组整数槽绕组q为整数为整数 n分数槽绕组分数槽绕组q为分数为分数 pm Z q 2 n每个极面下每相占有的槽数每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数。已知总槽数Z Z、极对数、极对数 p p和相数和相数m m为，则为，则 术语术语4：槽距角槽距角 n已知总槽数已知总槽数Z Z、极对数、极对数p p n相邻两槽之间的相邻两槽之间的电角度电角度 Z p 360 术语术语5：极距极距 n相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离。相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离。 n弧长表示：弧长表示： n基波磁场每极对应槽数

11、表示：基波磁场每极对应槽数表示： p D 2 p2 Z 术语术语6 6：节距节距 y (y (跨距跨距) ) n表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可用元件两用元件两 边所跨越的槽数表示边所跨越的槽数表示。 长距。长距。短距；短距；整距；整距； yyy 分析工具：分析工具：槽导体电势星形图槽导体电势星形图 相距相距360度电角度，导度电角度，导 体电势时间上同相位体电势时间上同相位 把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢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，构成一辐射星形图量表示，构成一辐射星形图 第一对极第一对极 第二第二 对极

12、对极 n交流绕组通电以后，必须形成规定的磁场极数；交流绕组通电以后，必须形成规定的磁场极数； n多相绕组必须对称，多相绕组必须对称，m相绕组的轴线在空间互差相绕组的轴线在空间互差360/m的的 电角度；电角度； n合成电动势和磁动势的波形要接近于正弦形；合成电动势和磁动势的波形要接近于正弦形； n在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势，三在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势，三 相绕组尽可能采用相绕组尽可能采用60相带相带； n绕组的铜耗要小，用铜量要省；绕组的铜耗要小，用铜量要省； n绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要

13、方便。 对交流绕组的要求：对交流绕组的要求： 一、三相单层绕组一、三相单层绕组 n单层单层每槽中只放置一层元件边，每槽中只放置一层元件边，元件数等于槽数的一半元件数等于槽数的一半， 无需层间绝缘，结构和嵌线较简单；无需层间绝缘，结构和嵌线较简单； n单层绕组只适用于单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机，其极对数以下的小型异步电动机，其极对数 通常是通常是pl,2,3,4； 交流绕组的形式：交流绕组的形式： 每槽电相角每槽电相角 0 00 30 24 3602360 Z P 例：设定子槽数例：设定子槽数Z=24Z=24，2P=42P=4，三相，三相(m=3)(m=3)交流电机定子绕组。交

14、流电机定子绕组。 解：按照对称原则每相所占槽数为解：按照对称原则每相所占槽数为 )(8 3 24 槽槽 m Z )(2 322 24 Pm2 Z q槽槽 每极每相槽数为每极每相槽数为 )(6 4 24 P2 Z 槽槽极距（每极槽数）极距（每极槽数） 1、等元件组、等元件组 极对极对 相带相带 ac (z)ba(x)cb(y) 第一极对第一极对1，23，45，67，89，1011，12 第二极对第二极对13，1415，1617，1819，2021，2223，24 1,2 3,4 5,6 7,8 9,10 11,12 13,14 15,16 17,18 19,20 21,22 23,24 a z

15、b x c y a z b x c y （1）分极分相：）分极分相： 将总槽数按给定的极数均匀分开（将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并极相邻分布）并 标记假设的感应电势方向。标记假设的感应电势方向。 将每极的槽数按三相均匀分开，空间错开将每极的槽数按三相均匀分开，空间错开120电角度。电角度。 N极下的感应电动势方向一致，极下的感应电动势方向一致， S极下的感应电动势方向一致，极下的感应电动势方向一致， 以以a相相为例，为例，a相的一个极绕组为相的一个极绕组为1-7-2-81-7-2-8占去占去4 4槽，若为槽，若为 整距，整距，y=y=，则，则另一极绕组只能形成同极性磁极另一

16、极绕组只能形成同极性磁极相距相距 Z ZP P = 24= 242 = 122 = 12槽，为槽，为13-19-14-20 13-19-14-20 。a a相完成。相完成。 （2）连线圈和线圈组）连线圈和线圈组（符合电势相加原则）（符合电势相加原则）： 将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈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（共有q个线圈，为什么？）；个线圈，为什么？）； 将一对极域内属于同一相的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？）个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） 图：单层绕组排列步骤图：单层绕组排列步骤2，连线圈，线圈组

17、，连线圈，线圈组 一个线圈组：一个线圈组： 两个线圈两个线圈 共有共有P个个 线圈组线圈组 c i c i c i c i c i c i 2 c i 2 1 a 2 a cqc q IpEaI a pE EIP （3）连相绕组）连相绕组（串联与并联，电势相加原则）（串联与并联，电势相加原则）： 将属于同一相的将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 说明：说明： n属于属于a相相8个槽，即个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20. n根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元件，每个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

18、都是整距，元件都是整距，y=6槽，即每元件的跨距为槽，即每元件的跨距为6个槽，同为个槽，同为 单层，每相每对极可以连接成一个元件组。单层，每相每对极可以连接成一个元件组。 n2对极，每相对极，每相2个元件组，个元件组，1728，13一一19一一1420。 n元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数. n单层绕组每相有单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则并联支路个元件组，如串联方式连接，则并联支路 a1，相电势，相电势E=pEq，相电流，相电流IIc。每相功率。每相功率PEI pEqIc。 根据相间根据相间120120电角差可安排电角差可安排b b

19、相绕组的槽位置为相绕组的槽位置为5-11-6-125-11-6-12 和和17-23-18-2417-23-18-24；c c相绕组的槽位置为相绕组的槽位置为9-15-10-169-15-10-16和和21-3-21-3- 22-422-4。完成三相绕组布置。完成三相绕组布置。 （4）连三相绕组）连三相绕组（接法或者（接法或者Y接法）接法）： 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 。 n链式绕组适用于链式绕组适用于q=2，p1的小型异步电机。例如的小型异步电机。例如m3， p2，Z=24，q2，=30 2、三相单层链式绕组、三相单层链式绕组 65y

20、合理改变每相合理改变每相8个线圈边的连接法，可得到个线圈边的连接法，可得到 链式、交叉式、链式、交叉式、 同心式三种不同绕组同心式三种不同绕组. 1 2 7 8 13 14 19 20 N I I S I I N I I S I I a x 27 8141320 119 a a相：相：2-7-13-8-14-19-20-12-7-13-8-14-19-20-1 b b相：相：6-11-17-12-18-23-5-246-11-17-12-18-23-5-24 c c相：相：10-15-21-16-22-3-9-410-15-21-16-22-3-9-4 n链式绕组的每个元件都是短链式绕组的每个

21、元件都是短 距。从相电势和磁势角度距。从相电势和磁势角度 看看具有整距性质具有整距性质 3、交叉式绕组、交叉式绕组 n交叉式绕组适用于交叉式绕组适用于q3的小型异步电机。的小型异步电机。 例如：例如：m3，p=2，q3，则，则 定子槽数定子槽数Z=2pmq =2*2*3*3 36， 槽距角槽距角=p*360/Z=20 n属于属于a相的元件有相的元件有1、2、3、10、ll、12、19、20、21、28、 29、30共共12个元件边个元件边 y=8 y=7 1 2 3 10 11 12 19 两个大圈两个大圈 一个小圈一个小圈 n210，311相连，是节距为相连，是节距为8的（大）线圈的（大）线

22、圈 n1219相连，节距为相连，节距为7的（小）线圈的（小）线圈 n2028，2129相连，节距为相连，节距为8的大线圈的大线圈 n301相连，节距为相连，节距为7的小线圈。的小线圈。 依次二大一小交叉布置为交叉式绕组，交叉式绕组可看成依次二大一小交叉布置为交叉式绕组，交叉式绕组可看成 链式绕组中的链式绕组中的q=3，无法均分为两半，只能一边为，无法均分为两半，只能一边为1，另一，另一 边为边为2，节距也不同。，节距也不同。 nb相和相和c相的连接规律与相的连接规律与a相完全一样，相完全一样，=20，相间相差，相间相差 6个槽。如第个槽。如第2槽为槽为a相首端，则相首端，则b相首端是第相首端是

23、第8槽，槽，c相首相首 端是第端是第14槽槽。 n属于属于a相的有相的有8个元件边，把个元件边，把1与与12相连构成一个大线圈，相连构成一个大线圈，2 与与11相连构成一个小线圈。这相连构成一个小线圈。这一大一小组成一个同心式线一大一小组成一个同心式线 圈组圈组。13与与24相连，相连，14与与23相连组成另一同心式线圈组。相连组成另一同心式线圈组。 然后把两个线圈组反向串联，以保证电势相加然后把两个线圈组反向串联，以保证电势相加. 3、同心式绕组、同心式绕组 对于对于pl的小型三相异步电动机和单相异步电动机，每极每槽的小型三相异步电动机和单相异步电动机，每极每槽 数数q较大，采用同心式绕组嵌

24、线较大，采用同心式绕组嵌线. n 例如：例如：m3，p=1，q4。则定子槽数。则定子槽数Z=2mpq2*3*l*4 24，槽距角，槽距角15 11 12 13 14 23 24 ax 大圈在外，小圈在内大圈在外，小圈在内 n在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短，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。合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。 n分析相电势：分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元采用槽电势星形图。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，而构成绕组的导件构成方式不同、导体

25、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，都在属两个相差体所占的槽号是相同的，都在属两个相差180电角度的相带电角度的相带 内，内，三相单层绕组的三相单层绕组的节距因数节距因数均为均为1 1，具有整距绕组性质。，具有整距绕组性质。 n优点：优点：绕组因数绕组因数中只有分布因数，基波绕组因数较高，中只有分布因数，基波绕组因数较高，无层无层 间绝缘，槽利用率高。间绝缘，槽利用率高。 n缺点：缺点：对削弱高次谐波不利对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形，无法改善电势波形和磁势波形， 漏电抗较大。漏电抗较大。 n使用：使用：一般用于一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对

26、波形以下小功率电机。（功率较大或对波形 要求较高的电机，通常采用双层绕组。）要求较高的电机，通常采用双层绕组。） 三相单层绕组三相单层绕组小结小结 由于有效边可以重叠，故节距选择可有整距由于有效边可以重叠，故节距选择可有整距y=Zy=Z2P2P，短，短( (长长) ) 距距y=(Zy=(Z2P)2P)，且，且可以为小数，为电机的结构设计和改可以为小数，为电机的结构设计和改 造带来方便。造带来方便。 二、三相双层绕组（叠绕组）二、三相双层绕组（叠绕组） n双层双层每槽中有两个元件边，分为上下两层放置。靠近槽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。双绕组一般为等

27、元件绕组，口的为上层，靠近槽底部为下层。双绕组一般为等元件绕组， 每个元件均有一个边放在上层，一个边放在另一槽的下层每个元件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。相隔距离取决于节距。 n线圈数线圈数=槽数槽数，每相元件数即为槽数的三分之一。，每相元件数即为槽数的三分之一。 构造方法和步骤构造方法和步骤 （1）分极分相）分极分相: 将总槽数按给定的极数均匀分开（将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记极相邻分布）并标记 假设的感应电势方向；假设的感应电势方向； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。空间错开将每个极域的槽数按三相均匀分开。空间错开120电角度。

28、电角度。 （2）连线圈和线圈组（）连线圈和线圈组（电势相加原则电势相加原则 ）：）： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈）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。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某两个圈边连成一个线圈。 将同一极域内属于同一相的将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组。个线圈连成一个线圈组。 （3）连相绕组：）连相绕组： 将属于同一相的将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 串联或并联。串联

29、或并联。 按照同样的方法构造其他两相。按照同样的方法构造其他两相。 （4）连三相绕组）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将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 接法或者接法或者Y接法接法 极对极对 相带相带 acbacb 第一极对第一极对1，23，45，67，89，1011，12 第二极对第二极对 13，14 15，16 17，1819，20 21，22 23，24 n例：例：Z=24，2p=4，m=3，则每极每相槽数，则每极每相槽数q2，槽距角，槽距角 30，分别用整距和短距布置绕组。，分别用整距和短距布置绕组。 整矩绕组：跨距整矩绕组：跨距y6，每个元件的上层边与下层边

30、相距，每个元件的上层边与下层边相距6个槽。例如第个槽。例如第 l槽的上层边应与第槽的上层边应与第7槽的下层边接成一个元件。同理槽的下层边接成一个元件。同理2-8，3-9，4-10，. 相连，共计有相连，共计有24个元件。个元件。 “”为下元件边，用虚线表示，整距为下元件边，用虚线表示，整距 a相相8个元件分成个元件分成4个元件组，各元件组的连接规律为个元件组，各元件组的连接规律为l-7-2-8， 7-13-8-14，13-19-14-20，19-1-20-2，分别用，分别用I、 表示。表示。 整整 距距 绕绕 组组 n当磁场切割绕组时，该四个元件组的电势大小相等，当磁场切割绕组时，该四个元件组

31、的电势大小相等，I、 组电势时间上同相，组电势时间上同相，、IV组电势与组电势与I、组电势反相。组电势反相。 n各元件组可以串联、并联、或一半串联后再并联。相绕组各元件组可以串联、并联、或一半串联后再并联。相绕组 可以有不同连接方式，可以有不同连接方式，当通以电流形成当通以电流形成4极磁场极磁场。 y=(24/4)-1=5（槽）短距，（槽）短距，a相的相的4个元件组，分别是个元件组，分别是l-6-2-7， 7-12-8-13，13-18-14-19，19-24-20-l 三相双层叠绕组是交流电机最常用的一种绕组形式，方便地三相双层叠绕组是交流电机最常用的一种绕组形式，方便地 设计短距。接线中常

32、用三相双层叠绕组接线图。设计短距。接线中常用三相双层叠绕组接线图。 短短 距距 绕绕 组组 n短距时，在某些槽中，其上层元件边与下层元件边可能短距时，在某些槽中，其上层元件边与下层元件边可能不属不属 一相，在这些槽中一相，在这些槽中，上层与下层之间有较大电位差，应加强，上层与下层之间有较大电位差，应加强 层间绝缘。层间绝缘。 n短距时，同一相的上、下层导体错开了一个距离，用短距角短距时，同一相的上、下层导体错开了一个距离，用短距角 表示，表示表示，表示一个元件的上层导体电势和下层导体电势的相一个元件的上层导体电势和下层导体电势的相 位差是位差是180-电角度电角度，合成电势时应计及节距因数合成

33、电势时应计及节距因数kp。 习题习题 7-2 有一三相电机，有一三相电机，Z=36，2P=4， ，a=1，双，双 层叠绕组，试画出绕组展开图。层叠绕组，试画出绕组展开图。 解解: (1) 9 7 y 3 34 36 2 Pm z 每极每相槽数q 20 33 180180 mq 槽距角 （2 2）三相双层绕组）三相双层绕组槽导体电动势星形图槽导体电动势星形图 Z=36 2P=4 q=3 20 A B C 120 240 0 X Y Z 300 60 180 Z X X Y Z Y B C B A A C 相带相带 槽号槽号 极极 对对 ABCXYZ 1,2,3 10,11,12 11,12,13

34、 2,3,4 7,8,9 16,17,18 8,9,10 17,18,19 13,14,15 4,5,6 14,15,16 5,6,7 19,20,21 28,29,30 25,26,27 34,35,36 23,24,25 32,33,34 第一对极下第一对极下 （1槽槽18槽）槽） 第二对极下第二对极下 （19槽槽36槽）槽） 各个相带的槽号分布各个相带的槽号分布 20,21,22 29,30,31 22,23,24 31,32,33 26,27,28 35,36,1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 1 2 3 10 11

35、12 28 29 30 19 20 21 N SSN 三相双层叠绕组的三相双层叠绕组的A绕组的展开图绕组的展开图 AXBYCZ ABCABC相绕组线圈的连接图（相绕组线圈的连接图（a=1a=1） A X 1 8 2 9 3 10 10 17 11 18 12 19 19 26 20 27 21 28 28 35 29 36 30 1 B Y 7 14 8 15 9 16 16 23 17 24 18 25 25 32 26 33 27 34 34 5 35 6 36 7 C Z 13 20 14 21 15 22 22 29 23 30 24 31 31 38 32 39 33 4 4 11

36、5 12 6 13 n元件电势（交流线圈感应电动势）元件电势（交流线圈感应电动势） n元件组电势（交流线圈组感应电动势）元件组电势（交流线圈组感应电动势） n绕组相电势：绕组相电势：1单层绕组；单层绕组；2双层绕组双层绕组 7-3 绕组的感应电动势绕组的感应电动势 NNSS 1. 感应动势的波形感应动势的波形 t m cos lBm m 2 t=0,元件匝链一个磁极的全部磁通元件匝链一个磁极的全部磁通 以同步以同步 电机为电机为 例例 dt d -Ne 。电电角角频频率率。，则则等等于于转转子子转转速速分分转转 ：同同步步电电机机转转速速：电电机机极极对对数数；感感应应电电势势的的频频率率 )

37、/(:2)/( np(Hz) : 60 sradfn f pn f n以同步电机为例，气隙磁场每转过一对磁极，线圈中的电以同步电机为例，气隙磁场每转过一对磁极，线圈中的电 势便经历一个周期。电势的频率用每秒转过的磁极对数表势便经历一个周期。电势的频率用每秒转过的磁极对数表 示。极对数示。极对数p，转速，转速n (r/min)，则频率，则频率 2.感应动势的频率感应动势的频率 mmmmmm m mmmm mm ffElBlB lfB pnlBnplBlvBE E lvBE 22.2 2 2 2 2 2 60 2 260 2 222 1 1 1 1 有有效效值值 下下：最最大大值值一一个个导导体体

38、感感应应电电动动势势如如 3.感应动势的大小感应动势的大小 EfN. N E mC mC C 2444 2 一、交流线圈的感应电势一、交流线圈的感应电势 EEEEEaaC0)( y时时，双双层层短短距距： =180=180(-y)(-y) 。时时，称称为为节节距距因因数数，当当1,; 1, 2 cos P 时yk PP PmCmCC kfNfNEE 44. 4 2 cos44. 4 2 cos2 线线圈圈匝匝数数 CmCCc NtN dt d -Ne,sin aaaCEEEE 2)( y时时，对对于于单单层层或或双双层层整整距距： 二、交流线圈组的电势：二、交流线圈组的电势： 个线圈在定子空间

39、上层边个线圈在定子空间上层边 （或下层边）相距的槽数换算（或下层边）相距的槽数换算 成电角成电角 Z 360p 0 q q 如当如当3时，一个极下线圈时，一个极下线圈 组合成电动势为组合成电动势为 2 sin2 q REq ; ; 2 2RsinE C Cq qEE 在分布的条件下在分布的条件下 每个线圈的电势每个线圈的电势 二、交流线圈组的电势：二、交流线圈组的电势： 0 C E C E 2 C E ，称为绕组因数，称为绕组因数 线圈组串联匝数线圈组串联匝数 势和为势和为一对极每个线圈组的电一对极每个线圈组的电 和分布的情况，和分布的情况，综合考虑每个线圈短距综合考虑每个线圈短距 kkk q

40、N kfqN.kkfqN.qEkE PdN C mNCmPdCCdq 444444 : 称称为为分分布布因因数数。，令令： 2 qsin 2 q sin qE E k C q d 三、相绕组的电势三、相绕组的电势 a pqS N NS NS S C C :a 2 为为并并联联支支路路数数则则设设 ；对对于于双双层层绕绕组组： ；则则对对于于单单层层绕绕组组： ，设设每每槽槽导导体体数数为为 考虑短距和分布的一般情况，每相绕组的电势为考虑短距和分布的一般情况，每相绕组的电势为 mN fNkE 44. 4 ：每每相相绕绕组组总总串串联联匝匝数数N 例例7-1 三相交流电机，每极下三相交流电机，每极

41、下9槽，每相绕组以三种方式构成：槽，每相绕组以三种方式构成： 每极每相连续占每极每相连续占9槽；槽；每极每相占每极每相占6槽；槽；每极每相占每极每相占3槽。槽。 计算分布系数计算分布系数Kd。 0.64 2 20 9sin 2 209 sin 2 qsin 2 q sin k 20 9 180 1 0 0 d 0 0 ；、槽距角、槽距角解：解： 0.96 2 20 3sin 2 203 sin 2 qsin 2 q sin k 20 3 0.827 2 20 6sin 2 206 sin 2 qsin 2 q sin k 20 2 0 0 d 0 0 0 d 0 ，、 ，、 结论：为了提高定子

42、空间的利用率分布绕组是必要的选择，本例的分布只结论：为了提高定子空间的利用率分布绕组是必要的选择，本例的分布只 有有3种选择，显然相带（每极下每相所占的角）种选择，显然相带（每极下每相所占的角）q小小，其分布系数其分布系数kd较大。较大。 一般三相交流电机绕组相带选一般三相交流电机绕组相带选q=600居多。居多。 n高次谐波电势对电势大小影响较小高次谐波电势对电势大小影响较小 n主要影响电势的波形主要影响电势的波形 在基波电势上叠加有高次谐波电势使波形变坏在基波电势上叠加有高次谐波电势使波形变坏, 引起引起 发电机损耗增加，温升增高、效率降低。发电机损耗增加，温升增高、效率降低。 在输电线路上

43、，谐波电势产生高频干扰，使输电线路在输电线路上，谐波电势产生高频干扰，使输电线路 时近的通信设备不能正常工作。时近的通信设备不能正常工作。 输电线路自身有电感和电容，在某一高频条件下，将输电线路自身有电感和电容，在某一高频条件下，将 产生自激振荡而产生过电压。产生自激振荡而产生过电压。 在异步电机中产生有害的附加转矩和损耗在异步电机中产生有害的附加转矩和损耗 7-4 谐波电势及削弱方法谐波电势及削弱方法 电机的气隙磁场不完全按正弦分布，如凸电机的气隙磁场不完全按正弦分布，如凸 极同步机，隙磁密空间分布为一极同步机，隙磁密空间分布为一平顶波平顶波， 可分解为正弦基波和高次谐波，由于电势可分解为正

44、弦基波和高次谐波，由于电势 波原点对称，为奇谐波函数，故只有波原点对称，为奇谐波函数，故只有1 1、3 3、 55奇次波。其中奇次波。其中次谐波电势为：次谐波电势为： 倍倍。场场极极对对数数的的次次谐谐波波极极对对数数为为基基波波磁磁： 转转速速相相同同；次次谐谐波波磁磁场场与与基基波波磁磁场场： 次次谐谐波波绕绕组组因因数数；： 次次谐谐波波磁磁通通幅幅值值；： 次次谐谐波波电电势势频频率率；： vv v 6060 1 1 1 m vpp nn vf pn np f k f v v vv N m N NkfE44. 4 1 NNN S S S S S S S S NNNNN 2 cosq 2

45、 qsin 2 sinq kkk 2 qsin 2 sinq k 2 cosqk dPN d P 次次谐谐波波的的分分布布系系数数 次次谐谐波波的的短短距距系系数数 换算系数。换算系数。正弦幅值与矩形高度的正弦幅值与矩形高度的 ：谐波极距；：谐波极距； ：铁芯有效轴向长度；：铁芯有效轴向长度； 次谐波磁通密度幅值；次谐波磁通密度幅值；： : /2 / l B lB 2 m mm .倍倍基基波波的的 倍倍，故故对对应应电电角角是是的的次次谐谐波波的的极极对对数数是是基基波波且且由由于于 例例7-2 三相四极交流电机，三相四极交流电机，Z=24，计算基波和，计算基波和5次谐波的绕次谐波的绕 组因数

46、组因数 kN1和和 kN5。 965019650 9650 2 30 sin2 2 302 sin 2 sin 2 sin 1 111 0 0 11 .k kk . q q k k dPN dP ；基基波波：对对于于 952 . 01952 . 0kk k 0.295 2 305 2sin 2 3052 sin 2 qsin 2 q sin k 1k 5 d5P5N5 0 0 d5P5 ，次次谐谐波波：对对于于 2 322 24 2 ;30 24 2360360 1 0 00 Pm Z q Z p 单单层层链链式式绕绕组组、 067. 0259. 0259. 0kkk925. 0k 259.

47、0 2 305 cos 2 5 cosk 5 932. 0965. 0996. 0kkk965. 0k 996. 0 2 30 cos 2 cosk 30 30 2q 5y 6 2 d5P5N5d5 0 P5 d1P1N1d1 0 P1 0 0 （同单层），（同单层）， 次诣波绕组因数：次诣波绕组因数： （同单层），（同单层）， 基波绕组因数：基波绕组因数： ，（槽）（槽）（槽），（槽）， 、双层短距绕组、双层短距绕组 分布绕组提高定子空间的利用，选择短距绕组能对某次谐分布绕组提高定子空间的利用，选择短距绕组能对某次谐 波电势有強的削弱作用。波电势有強的削弱作用。 m N NkfE44. 4

48、消除和减小高次谐波电势的方法消除和减小高次谐波电势的方法 n从谐波性质从谐波性质：当接成星形连接时，在线电势中不可能出：当接成星形连接时，在线电势中不可能出 现现3次及其次及其3的倍数次谐波电势。的倍数次谐波电势。 n从磁场角度从磁场角度：使气隙磁场接近正弦分布，如采用适当的：使气隙磁场接近正弦分布，如采用适当的 极靴宽度和不均匀的气隙长度极靴宽度和不均匀的气隙长度(磁极中心气隙较小，磁极磁极中心气隙较小，磁极 边缘的气隙较大边缘的气隙较大)、励磁绕组的分布范围、励磁绕组的分布范围 n从绕组方面从绕组方面：采用短距、分布绕组，：采用短距、分布绕组， p103-104。 n如要消除如要消除v次谐

49、波，应使：次谐波，应使： P106： 6-1， 6-2，6-3 v y 1 1, 22 0 2 cos 7 1 5 1 通常线电势主要是通常线电势主要是5次和次和7次，次， 短距角取：短距角取： 小结小结 n交流绕组的组成原则交流绕组的组成原则获得较大的基波电势，尽量减少获得较大的基波电势，尽量减少 谐波电势，且保持三相电势对称，同时考虑节约铜线和谐波电势，且保持三相电势对称，同时考虑节约铜线和 具有良好的工艺性。具有良好的工艺性。 n分析绕组的基本方法分析绕组的基本方法槽导体电势星形图槽导体电势星形图，通过槽电势，通过槽电势 相量的分析可以了解三相绕组的形成和特性。相量的分析可以了解三相绕组

50、的形成和特性。 n交流绕组的型式很多，应该掌握几种常用三相单层、双交流绕组的型式很多，应该掌握几种常用三相单层、双 层绕组的构成方式和特点。通常小功率电机多采用单层层绕组的构成方式和特点。通常小功率电机多采用单层 绕组，功率较大的多为双层短距绕组，以削弱高次谐波、绕组，功率较大的多为双层短距绕组，以削弱高次谐波、 改善电势和磁势波形。改善电势和磁势波形。 思考题思考题 6-3 为什么单层绕组采用短距（为什么单层绕组采用短距（y ）只是外形上的）只是外形上的 短距，实际上仍是整距性质短距，实际上仍是整距性质 7-4 改变每相绕组元件组的连接方式，即串并联数，改变每相绕组元件组的连接方式，即串并联

51、数， 相电势有何变化，电机功率如何变化？相电势有何变化，电机功率如何变化？ 7-6 为什么交流电机常采用分布和短距绕组？为什么交流电机常采用分布和短距绕组？ n 绕组电势的计算公式与变压器线圈电势的相类似。由于绕组绕组电势的计算公式与变压器线圈电势的相类似。由于绕组 型式不同，型式不同，相电势计算时必须考虑分布因数和节距因数相电势计算时必须考虑分布因数和节距因数。 n 由于气隙磁场并不完全按正弦规律分布，存在谐波电势，对由于气隙磁场并不完全按正弦规律分布，存在谐波电势，对 电机运行不利。电机运行不利。 第八章第八章 交流绕组的磁动势交流绕组的磁动势 假设：假设： n绕组中的电流随时间按正弦规律

52、变化，不考虑高次谐波电流；绕组中的电流随时间按正弦规律变化，不考虑高次谐波电流； n槽内电流集中在槽中心处；槽内电流集中在槽中心处； n定、转子间气隙均匀，不考虑由于齿槽引起的气隙磁阻变化，定、转子间气隙均匀，不考虑由于齿槽引起的气隙磁阻变化， 即气隙磁阻是常数；即气隙磁阻是常数； n铁芯不饱和，忽略定、转子铁芯的磁压降。铁芯不饱和，忽略定、转子铁芯的磁压降。 研究内容：研究内容： n单相绕组的磁势；单相绕组的磁势； n对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势；对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势； n不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势；不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势； n磁势

53、的高次谐波分量。磁势的高次谐波分量。 n而当电机绕组中有电流通过，在电机中产生磁场，旋转电而当电机绕组中有电流通过，在电机中产生磁场，旋转电 机磁路由铁芯和空气隙构成。与空气隙相比，在铁芯磁路机磁路由铁芯和空气隙构成。与空气隙相比，在铁芯磁路 消耗的磁势远小于气隙磁势，故所谓绕组磁势就是消耗的磁势远小于气隙磁势，故所谓绕组磁势就是气隙磁气隙磁 势势。 n流经异步电机定子绕组与转子绕组的电流以及同步电机定流经异步电机定子绕组与转子绕组的电流以及同步电机定 子绕组的电流是交流电流，磁势不仅是空间函数，且是时子绕组的电流是交流电流，磁势不仅是空间函数，且是时 间函数，间函数，因此需研究磁势空间和时间

54、的分布规律因此需研究磁势空间和时间的分布规律。 n如三相异步电动机，其定子三相绕组流入交流电，会产生如三相异步电动机，其定子三相绕组流入交流电，会产生 一个旋转磁场，该磁场与交流电的参数、绕组的构成之间一个旋转磁场，该磁场与交流电的参数、绕组的构成之间 的关系密切，现分析如下：的关系密切，现分析如下： 8-1 概述概述 n设线圈为设线圈为NC匝，电流为匝，电流为iC，则产生磁势，则产生磁势 为：为：fC= NCiC . n该磁势作用于两个气隙，气隙磁势则该磁势作用于两个气隙，气隙磁势则 为为f= NCiC /2。 ，时时当当；，时时，同同理理：当当 ，则则，设设 CCCC CCCCCC Ikt

55、ikt IIikkttIi C C N2 2 1 F 2 2 0F0 ;N2 2 1 F2),2 , 1 , 0( 2 2sin2 8-2 单相交流绕组的磁势单相交流绕组的磁势 线圈磁动势线圈磁动势线圈组磁动势线圈组磁动势单相绕组磁动势单相绕组磁动势. 一、线圈磁动势一、线圈磁动势 f x n即气隙磁势幅值随电流的正弦变化而变化（为矩形脉振波）：即气隙磁势幅值随电流的正弦变化而变化（为矩形脉振波）： CCCC ININf2 2 1 02 2 1 2 2 kt kt 2 2 kt ）（傅傅立立叶叶级级数数表表示示为为： 沿沿气气隙隙空空间间电电角角度度， xxxf(x) x kxk， kxk，

56、f(x) xfiNxftff CC 5sin 5 1 3sin 3 1 sin 4 : 221 221 )( 2 1 )()( )5sin 5 1 3sin 3 1 (sin 4 sin2 2 1 xxxtINf CC 1,3,5, , 9 . 01 : 9 . 0 4 2 2 : 1 1 CCCC CCCCC INFF ININF 次次谐谐波波磁磁势势幅幅值值 基基波波磁磁势势幅幅值值 xtFxtFxtF xxxtINf ccc CC 5sinsin3sinsinsinsin )5sin 5 1 3sin 3 1 (sin 4 sin2 2 1 531 二、线圈组的磁势二、线圈组的磁势 1、

57、单层整距分布绕组的磁势、单层整距分布绕组的磁势 nq个线圈在空间相距个线圈在空间相距电角，当流过相同电流，产生电角，当流过相同电流，产生q 个高度相等的矩形磁势波，但在空间相距个高度相等的矩形磁势波，但在空间相距电角。将电角。将q 个波逐点相加，空间磁势为一阶梯波。将每个线圈的个波逐点相加，空间磁势为一阶梯波。将每个线圈的 正弦基波迭加便得到极距下分布绕组的基波磁势波形正弦基波迭加便得到极距下分布绕组的基波磁势波形 。 n把每个矩形波分别进行分解，都含有基波分量和一系把每个矩形波分别进行分解，都含有基波分量和一系 列高次谐波分量列高次谐波分量 由向量图可以看出：与旋转电势的合由向量图可以看出：

58、与旋转电势的合 成相同，成相同， q q个线圈个线圈磁势幅值的合成可磁势幅值的合成可 引入分布系数引入分布系数K Kd1 d1表示 表示 2/sin 2/sin 9 . 0 q q k IkqNkqFF dv CdCdCq 次次谐谐波波磁磁势势幅幅值值为为同同理理，线线圈圈组组的的 2/sin 2/sin 9 . 0 1 1111 q q k IkqNkqFF d CdCdCq 除分布的影响，其每个线圈的上下层边在极下空间的基波除分布的影响，其每个线圈的上下层边在极下空间的基波 磁势，相距短距角磁势，相距短距角。 2、双层短距分布绕组的磁动势、双层短距分布绕组的磁动势 n双层绕组：每对极有两个

59、元件组，把两个元件组的磁势叠加，双层绕组：每对极有两个元件组，把两个元件组的磁势叠加， 便得到双层绕组的磁势。便得到双层绕组的磁势。 n双层绕组通常是短矩绕组，双层绕组通常是短矩绕组，从产生磁场的观点来看，磁势只从产生磁场的观点来看，磁势只 决定于槽内导体电流的大小和方向，与元件的组成次序无关决定于槽内导体电流的大小和方向，与元件的组成次序无关。 n把实际的短距绕组所产生的磁势，等效地看成由上、下层整把实际的短距绕组所产生的磁势，等效地看成由上、下层整 距绕组产生的磁势之和。距绕组产生的磁势之和。 在分析磁场分布式时，双层绕组可以等效为两个整距单层在分析磁场分布式时，双层绕组可以等效为两个整距

60、单层 绕组绕组 两个等效单层绕组在空间分布上错开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一定的角度，这个角度等于短距角 2 sin 2 sin 1 q q kd 2 cos 2 cos 1 p k n双层短矩分布绕组磁势的基波振幅：双层短矩分布绕组磁势的基波振幅： cNccdpcpqm IkqNIkkqNkFF 111111 29 . 029 . 02 c N cc dp cpqm I k qNI kk qNkFF 29 . 029 . 02 v次谐波振幅：次谐波振幅： I p Nk FI p Nk FaII a pqS N N m N mC 9 . 0 , 9 . 0