交流电机电枢绕组的电动势和磁动势

6交流电机电枢绕组

TheWINDINGSofACELECTRICALMACHINE

的电动势与磁通势交流电机的工作原理

BasicprinciplesofACelectricalmachine

共同点同步synchronous异步Asynchronous当定子绕组通上三相交流电，产生的旋转磁场切割转子导体产生感应电动势和感应电流,在旋转磁场的作用下产生电磁转矩,使转子转动.

右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。下面是它主要部件的拆分图。AnACmotorisanelectricmotorthatisdrivenbyanalternatingcurrent.AnACmotorconsistsoftwobasicparts:AnoutsidestationarystatorhavingcoilssuppliedwithACcurrenttoproducearotatingmagneticfield;Aninsiderotorattachedtotheoutputshaftthatisgivenatorquebytherotatingfield.

TherearetwotypesofACmotors,dependingonthetypeofrotorused:Thesynchronousmotor,whichrotatesexactlyatthesupplyfrequencyorasubmultiple(因数)ofthesupplyfrequency.Themagneticfieldontherotoriseitherduetocurrenttransportedwithsliprings（滑环）orapermanentmagnet.Theinductionmotor,whichturnsslightlyslowerthanthesupplyfrequency.Themagneticfieldontherotorofthismotoriscreatedbyaninducedcurrent.旋转磁场的产生rotatingmagneticfieldAYCBZ异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极(•)电流出(

)电流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：NN旋转方向：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。旋转磁场的旋转方向旋转磁场的转速大小

一个电流周期，旋转磁场（即定子磁场）在空间转过360°。则同步转速（即旋转磁场的速度）为：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（即转子转速）:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果

空间电角度机械角度电机整个转子表面所占的空间几何角度360度，叫机械角度。一对主磁极表面所占的空间距离用空间角度表示，并定为360度，叫空间电角度。

交流电机电枢绕组基本概念

BasicconceptionsofACwindings

1电角度和机械角度：ElectricangleandmechanicalangleElectricangle=mechanicalangle×poles2极距和槽距角极距Polepitchτ＝Q/2p槽距角Slotpinchangleα＝p360°/Q3极相组：每极每相槽数Thenumberofphasegroup’sslots

q＝Q/(2pm)导体的基波电动势频率（每秒基波电动势变化的周数）：由于转子有p对极，电机转子每转一圈，导体中的基波电动势变化了p周，而电机每秒转了n/60转。用f表示转子的电角速度：6.1交流电枢绕组的电动势

TheINDUCEDELECTROMOTIVEFORCEINACWINDINGS

设电机的基波气隙磁密：导体产生的电动势：转子旋转的电角速度：时间过t秒，导体移到：6.1.1导体电动势Thefundamentalelectromotiveforceinconductor导体中感应基波电动势的最大值：为气隙磁密平均值为气隙每极基波磁通量为线速度导体感应的基波电动势瞬时值：导体基波电动势：6.1.2整距线匝电动势Thefundamentalelectromotiveforceincoil

线匝基波电动势：相量表示：有整距线匝电动势：6.1.3整距线圈电动势6.1.4短距线圈电动势短距线圈基波电动势相量：短距线圈基波电动势：例6-2如果把相距150度空间电角度的A、X两根导体组成线匝，每根导体电动势为10V，求该线匝的基波电动势。6.1.5整距分布线圈组的电动势

Thefundamentalelectromotiveforceincoils1集中绕组

2分布绕组6.1.5整距分布线圈组的电动势基波电动势相量一个线圈和线圈组的电动势有6.1.5整距分布线圈组的电动势例6-3一台电机的定子槽里放了4个分布着的整距线圈，相邻线圈的槽距角为15度空间电角度，每个线圈的基波电动势为30V。现将这些空间分布着的整距线圈按头尾相连构成线圈组，求该线圈组的基波电动势。6.2交流电机电枢绕组6.2.1三相单层绕组3-phasesingle-layerwinding1三相单层集中整距绕组单层绕组：定子的每个槽里能放一个圈边，两个槽中的相距一定距离的两个圈边形成一个绕组元件。2三相单层分布绕组1）定子相邻两槽间的槽距角2）画基波电动势相量图1calculatingτ、α、q2drawingastargraphofvoltage3splittingphase4drawingexpansiongraph例：三相电机定子总槽数Z=24，极对数p=2，连接成三相单层分布绕组。注意：每个相量代表一个导体的电动势，相差180度的两个导体形成整距线圈电动势。6.2交流电机电枢绕组3）按60度相带法分相每极每相槽数相带：把基波电动势星形相量图分成六等份，每份为60度空间电角度，槽在定子表面所占的地带。6.2交流电机电枢绕组4）画绕组连接图6.2交流电机电枢绕组5）确定绕组并联的路数a6）计算相电动势每对极下属于一相的线圈组的基波电动势大小相等，其值为P对极下属于一相的线圈组的基波电动势大小相等，其值为6.2.2三相双层绕组

3-phasedouble-layerwinding

双层绕组：定子的每个槽里能放两个圈边，每个圈边为一层。电机线圈总是与定子总槽数相等。优点：线圈能任意短距，对改善电动势波形有好处。1）定子相邻两槽间的槽距角2）画基波电动势相量图注意：每个相量代表一个短距线圈的电动势，而不是导体电动势。例：三相电机定子总槽数Z=36，极对数p=2，节距y1=7个槽，并联支路数a=1，连接成三相双层短距分布绕组。3）按60度相带法分相每极每相槽数6.2交流电机电枢绕组4）画绕组连接图6.2交流电机电枢绕组5）确定绕组并联的路数6）计算相电动势短距线圈基波电动势极相组基波电动势相绕组基波电动势每相串联匝数例6-4一台三相异步电动机，定子采用双层短距分布绕组。已知定子总槽数为36，极对数为3，线圈的第一节距为5槽，每个线圈串联的匝数为20，并联支路数为1，频率为50，基波每极磁通量为0.00398。求：（1）导体基波电动势（2）线匝基波电动势（3）线圈基波电动势（4）极相组基波电动势（5）相绕组基波电动势6.2.3绕组的谐波电动势谐波短距系数：谐波绕组系数：谐波分布系数：6.3交流电机电枢单相绕组产生的磁通势

TheMAGNETOMOTIVEFORCESofACWINDINGS

6.3.1单层整距分布线圈的磁通势Thefundamentalmagnetomotiveforceincoils交流电机电枢单相绕组产生的磁通势线圈流过电流展开后，矩形分布的脉振磁通势电流、磁通势幅值都随时间按coswt变化，即在时间上都为脉振波。交流电机电枢单相绕组产生的磁通势2磁通势展开用傅立叶级数展开代入有有幅值：有谐波极对数：整距线圈产生的磁通势中，基波是最主要的，其最大幅值是3基波脉振磁通势由三角公式：整距线圈的基波磁通势3基波脉振磁通势一个脉振磁通势波可以分为两个波长与脉振波完全一样，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转波的幅值是原脉振波最大振幅的一半；当脉振波振幅为最大时，两个旋转波正好重叠在一起。6.3.2短距线圈（双层分布）的磁通势

Thefundamentalmagnetomotiveforceinshortcoils

单相双层短距绕组相串联6.3.2短距线圈的磁通势单层整距线圈时，基波磁通势fy1双层短距线圈时，基波磁通势fy16.3.3单层分布线圈组产生的磁通势整个单层分布线圈组的基波磁通势最大值其中谐波磁通势分布系数谐波磁通势最大幅值6.3.5单相绕组磁通势双层短距分布绕组的相绕组磁通势6.3.5单相绕组磁通势各磁通势分量的最大幅值分别为：其中每相绕组串联的匝数：6.4三相电枢绕组产生的磁通势

Thefundamentalmagnetomotiveforcesof3-phasewinding6.4三相电枢绕组产生的磁通势1基波磁通势三相绕组流过电流：各相电流在电机气隙圆周方向产生的基波磁通势：滞后A相120度电角度的B相电流，流过位于A相前面120度空间电角度的B相绕组时，产生的基波磁通势。6.4三相电枢绕组产生的磁通势分解有6.4三相电枢绕组产生的磁通势三相合成基波磁通势三相合成基波磁通势为一行波，或称旋转磁通势。幅值为三相合成基波磁通势的特点：1幅值3转速磁通势的转向决定于电流的相序，从领先相向滞后相旋转。旋转磁通势相对于定子绕组的转速为为同步转速n=60f/pr/min。2转向4瞬间位置当三相电流中的某相电流值达正最大值时，三相合成基波旋转磁通势的正幅值，正好位于该相绕组的轴线处。6.4.2三相的三次谐波磁通势各相的三次谐波磁通势其中为三次谐波磁通势的最大值6.4.2三相的三次谐波磁通势三相合成的三次谐波磁通势三相的三次谐波磁通势为0。显然3n如九、十五等的合成也为0。例6-5已知三个匝数彼此相等的整距线圈AX、BY、CZ在定子的槽内集中地放在一起。若三个整距线圈里流过的电流分别为求产生的合成基波总磁通势。例6-6已知三个匝数彼此相等的整距线圈AX、BY、CZ，按彼此相距120度空间电角度放在定子的槽内。若三个整距线圈里流过的电流分别为求产生的合成基波总磁通势。解：各线圈产生的基波磁通势为合成的基波磁通势为6.5两相电枢绕组产生的磁通势例6-7已知在定子的槽内放两个空间相距90度电角度，匝数相等的整距线圈AX、BY。若两个线圈里流过的电流分别为求产生的合成基波总磁通势。解：各线圈产生的基波磁通势为合成的基波磁通势为这是一个行波表达式。可见空间相距90度的两个匝数相等的整距线圈，当分别通入时间相差90度电角度的正弦交流电流时，产生一个圆形旋转磁通势。从电流超前A相向滞后B相旋转。两相电枢绕组产生的磁通势例6-8已知在定子的槽