交流电机的感应电动势和旋转磁场

1、交流电机可分为同步电机和异步电机两大类，其中感应电交流电机可分为同步电机和异步电机两大类，其中感应电机是一种最主要的异步电机。机是一种最主要的异步电机。两类电机的转子结构、工作原理、励磁方式和性能虽有所两类电机的转子结构、工作原理、励磁方式和性能虽有所不同，但是定子中所发生的电磁过程以及机电能量转换的不同，但是定子中所发生的电磁过程以及机电能量转换的机理和条件却是相同的，可以采用统一的理论来研究。机理和条件却是相同的，可以采用统一的理论来研究。本章首先简述三相同步发电机和三相感应电动机的基本工本章首先简述三相同步发电机和三相感应电动机的基本工作原理，之后重点将研究交流绕组的连接规律，正弦磁场作

2、原理，之后重点将研究交流绕组的连接规律，正弦磁场下交流绕组的感应电动势，感应电动势中的高次谐波，通下交流绕组的感应电动势，感应电动势中的高次谐波，通有正弦电流时单相绕组的磁动势，通有对称三相电流时三有正弦电流时单相绕组的磁动势，通有对称三相电流时三相绕组的磁动势，以及不对称或非正弦电流下三相绕组的相绕组的磁动势，以及不对称或非正弦电流下三相绕组的磁动势。磁动势。 第四章第四章 交流电机的感应电动势和旋转磁场交流电机的感应电动势和旋转磁场本章内容本章内容第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组第第3 3节节 正弦磁场下交流绕组的

3、的感应电动势正弦磁场下交流绕组的的感应电动势第第4 4节节 交流绕组中的高次谐波电动势交流绕组中的高次谐波电动势第第5 5节节 通有正弦电流时单相绕组的磁动势通有正弦电流时单相绕组的磁动势第第6 6节节 通有正弦电流时三相绕组的磁动势通有正弦电流时三相绕组的磁动势思考题与习题思考题与习题第四章第四章 交流电机的感应电动势和旋转磁场交流电机的感应电动势和旋转磁场知识点知识点1 1三相交流电机绕组的结构原理三相交流电机绕组的结构原理2 2三相交流电机绕组的感应电动势三相交流电机绕组的感应电动势3 3正弦电流下三相交流电机绕组的磁动势和旋转磁场正弦电流下三相交流电机绕组的磁动势和旋转磁场学习要求学习

4、要求1 1具备三相交流电机绕组的结构特点和原理分析能力具备三相交流电机绕组的结构特点和原理分析能力2 2具备三相交流电机绕组展开图的绘制能力具备三相交流电机绕组展开图的绘制能力3 3具备三相交流电机绕组感应电动势的分析计算能力具备三相交流电机绕组感应电动势的分析计算能力 第四章第四章 交流电机的感应电动势和旋转磁场交流电机的感应电动势和旋转磁场4.1.1 4.1.1 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 三相感应电动机结构三相感应电动机结构三个完全相同的线圈空间彼此互隔三个完全相同的线圈空间彼此互隔1200，分布在定子铁芯内圆的圆周上，构成了分布在定子铁芯内圆的圆周上，构成了三相对

5、称定子绕组。当三相对称绕组接三相对称定子绕组。当三相对称绕组接上三相对称电源时，在绕组中将流过三上三相对称电源时，在绕组中将流过三相对称电流。相对称电流。若各相电流的瞬时表达式为若各相电流的瞬时表达式为 tIimAsin120sintIimB120sintIimC第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 当三相对称电流通过三相对称绕组时，必然产生一个大小不当三相对称电流通过三相对称绕组时，必然产生一个大小不变，转速一定的旋转磁场。变，转速一定的旋转磁场。 tIimAsin120sintIimB120sintIimC 0t2tt23t2t第第1 1节节 三相交流电机的

6、基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.1 4.1.1 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 流入三相定子绕组的电流是按流入三相定子绕组的电流是按ABABC C的的相序达到最大值的，产生旋转磁场的旋转相序达到最大值的，产生旋转磁场的旋转方向也是从方向也是从A A相绕组轴线转向相绕组轴线转向B B相绕组轴线，相绕组轴线，再转向再转向C C相绕组轴线的，即按相绕组轴线的，即按ABABC C的顺的顺序旋转，与三相交流电的变化顺序一致。序旋转，与三相交流电的变化顺序一致。结论：在三相定子绕组空间排序不变的条结论：在三相定子绕组空间排序不变的条件下，旋转磁场的转向取决于三相电流的件下

7、，旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，即从电流超前相转向电流滞后相。相序，即从电流超前相转向电流滞后相。若要改变旋转磁场的方向，只需将三相电若要改变旋转磁场的方向，只需将三相电源进线中的任意两相对调即可。源进线中的任意两相对调即可。第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.1 4.1.1 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 p=1p=1时，电流变化一次，旋转磁场转过时，电流变化一次，旋转磁场转过一周。一周。如果在定子铁芯上放置如果在定子铁芯上放置p p套三相绕组，套三相绕组，每套绕组占据的定子内圆每套绕组占据的定子内圆1/p1/p，将属于，将属

8、于同相的线圈串联或并联，即成为同相的线圈串联或并联，即成为2p2p极三极三相感应电动机。三相绕组流入三相对称相感应电动机。三相绕组流入三相对称电流时所建立的合成磁场，仍然是一个电流时所建立的合成磁场，仍然是一个旋转磁场，不过当电流变化一次，旋转旋转磁场，不过当电流变化一次，旋转磁场仅转过磁场仅转过1/p1/p转。由此可知旋转磁场转。由此可知旋转磁场的转速为的转速为 (4-5(4-5）160fnspfns160第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.1 4.1.1 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 在电机的气隙中形成的空间旋转磁场转在电机的气

9、隙中形成的空间旋转磁场转速只取决于电源的频率和电机的极对数，速只取决于电源的频率和电机的极对数，因此把这个转速称为交流电机的同步转因此把这个转速称为交流电机的同步转速：速：旋转磁场切割转子导体，在转子导体中旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势并在闭合的转子导体中产生感应电动势并在闭合的转子导体中形成感应电流。形成感应电流。有电流流过的转子导体将在旋转磁场中有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受电磁力并在转子轴上形成电磁转矩，受电磁力并在转子轴上形成电磁转矩，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将转子顺着旋转磁场的旋转方向

10、旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。输入的电能变成旋转的机械能。pfns160第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.1 4.1.1 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 感应电动机的转子转速恒小于旋转磁场感应电动机的转子转速恒小于旋转磁场转速，因为只有这样，转子绕组才能转速，因为只有这样，转子绕组才能“切割切割”产生感应电动势和感应电流，产生感应电动势和感应电流，从而产生电磁转矩，使电动机旋转。从而产生电磁转矩，使电动机旋转。可见可见nns是感应电动机工作的必要条是感应电动机工作的必要条件。由于感应电动机的转速与旋转磁场件。由于感应电动机的转

11、速与旋转磁场转速不同步，因此又称为异步电动机。转速不同步，因此又称为异步电动机。第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.1 4.1.1 三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理 4.1.2 4.1.2 三相同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理 最简单的两极三相同步发电机模型最简单的两极三相同步发电机模型三个完全相同的线圈空间彼此互隔三个完全相同的线圈空间彼此互隔1201200 0，分布在定子铁芯内圆的圆周上，构成了分布在定子铁芯内圆的圆周上，构成了定子三相对称绕组；定子三相对称绕组；转子磁极上套装着直流励磁绕组。转子转子磁极上套装着直流励磁

12、绕组。转子励磁绕组通入励磁直流，在电机内建立励磁绕组通入励磁直流，在电机内建立恒定两极磁场，其主磁通穿过气隙同时恒定两极磁场，其主磁通穿过气隙同时铰链定子绕组。铰链定子绕组。第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 作为发电机，原动机拖动转子旋转，定子作为发电机，原动机拖动转子旋转，定子感生交流电动势，此电动势和频率为感生交流电动势，此电动势和频率为 (4-1(4-1）(4-2(4-2）式中，式中，b b导体所在处的气隙磁密；导体所在处的气隙磁密； v v导体与气隙磁密的相对线速度；导体与气隙磁密的相对线速度； l l线圈导体的轴向长度；线圈导体的轴向长度； PP电

13、机的极对数；电机的极对数； nn转子磁极的转速；转子磁极的转速； f f1 1定子感应电动势频率。定子感应电动势频率。可见，当电机的极对数、转速为一定时，可见，当电机的极对数、转速为一定时，电机发出的交流电动势的频率也是一定的。电机发出的交流电动势的频率也是一定的。vlbe60pnf11第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.2 4.1.2 三相同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理 假设转子励磁电流建立的气隙磁场在转子表面正弦分布。坐假设转子励磁电流建立的气隙磁场在转子表面正弦分布。坐标取在转子上，原点位于极间，标取在转子上，原点位于极间，为距离原

14、点的电角度，此为距离原点的电角度，此处气隙磁密为处气隙磁密为 。设。设t=0t=0时时A A相导体在极间，转子相导体在极间，转子旋转的角频率为旋转的角频率为，则时间，则时间t t时，时，=t=t，A A相导体感应电动相导体感应电动势为势为 (4-3 (4-3）sinBb1tsinE2tsinvlBe11A第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.2 4.1.2 三相同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理 由于定子三相绕组在空间依次滞后电角由于定子三相绕组在空间依次滞后电角度，因此和相导体感应电动势为度，因此和相导体感应电动势为(4-4(4-4）可见，三

15、相同步发电机中，正弦分布的可见，三相同步发电机中，正弦分布的转子气隙磁场随着转子旋转时，在定子转子气隙磁场随着转子旋转时，在定子三相对称绕组中感应三相对称正弦电动三相对称绕组中感应三相对称正弦电动势。如果定子绕组外加三相对称负载，势。如果定子绕组外加三相对称负载，发电机将提供三相对称正弦电流。发电机将提供三相对称正弦电流。 120-tsinE2e1B240-tsinE2e1C第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.2 4.1.2 三相同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理 定子外加三相对称负载，三相绕组中将定子外加三相对称负载，三相绕组中将流过频率为

16、流过频率为f f1 1的对称三相电流，并在电的对称三相电流，并在电机气隙中产生转速为机气隙中产生转速为n ns s的正向旋转磁场。的正向旋转磁场。定子绕组中感应电动势在时间上滞后于定子绕组中感应电动势在时间上滞后于转子磁场在绕组中产生的磁通，因此定转子磁场在绕组中产生的磁通，因此定子电流产生的磁场在空间滞后于转子磁子电流产生的磁场在空间滞后于转子磁场。场。两个磁场之间将产生电磁力的作用，转两个磁场之间将产生电磁力的作用，转子受的电磁转矩是阻力转矩。子受的电磁转矩是阻力转矩。第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.1.2 4.1.2 三相同步发电机的工作原理三相

17、同步发电机的工作原理 第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 外力持续作功，克服作用在转子上外力持续作功，克服作用在转子上的阻力转矩，的阻力转矩，保持转子转速保持转子转速n n1 1不变，不变，则在定子侧就能得到持续的频率为则在定子侧就能得到持续的频率为f f1 1的交流电能提供给负载，电机将机的交流电能提供给负载，电机将机械能转换为电能。械能转换为电能。此电机转子转速此电机转子转速n n1 1和定子电流产生的和定子电流产生的旋转磁场转速旋转磁场转速n ns s相同，因此称为同步相同，因此称为同步发电机。发电机。60pnf11pfns1604.1.2 4.1.2

18、三相同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理 同步发电机和感应电动机，两类交流电机虽然转子结构、励同步发电机和感应电动机，两类交流电机虽然转子结构、励磁方式和运行特性有很大区别，但定子结构相同，电机内部磁方式和运行特性有很大区别，但定子结构相同，电机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理基本上相同。发生的电磁现象和机电能量转换的原理基本上相同。定子三相绕组和电磁旋转理论是两类交流电机共同的理论。定子三相绕组和电磁旋转理论是两类交流电机共同的理论。第第1 1节节 三相交流电机的基本工作原理三相交流电机的基本工作原理 4.2.1 4.2.1 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类 交

19、流绕组的构成主要基于运行和设计制造两方面的考虑。交流绕组的构成主要基于运行和设计制造两方面的考虑。定子绕组必须保证它通入三相交流电流以后，其旋转磁场具定子绕组必须保证它通入三相交流电流以后，其旋转磁场具有一定的极数、大小、在空间的分布波形以及由该旋转磁场有一定的极数、大小、在空间的分布波形以及由该旋转磁场在绕组中感应的电势也是对称的。在绕组中感应的电势也是对称的。交流绕组的型式各异，但构成原则却基本相同，具体要求是：交流绕组的型式各异，但构成原则却基本相同，具体要求是：1 1）合成电动势和合成磁动势的波形力求接近正弦波，数量上）合成电动势和合成磁动势的波形力求接近正弦波，数量上力求获得较大的基

20、波电动势和基波磁动势，并要求电动势和力求获得较大的基波电动势和基波磁动势，并要求电动势和磁动势中的谐波分量应尽可能小；磁动势中的谐波分量应尽可能小；2 2）对三相绕组，各相的电动势和磁动势必须对称，电阻、电）对三相绕组，各相的电动势和磁动势必须对称，电阻、电抗要平衡；抗要平衡；3 3）绕组的铜耗要小，用铜量要省。）绕组的铜耗要小，用铜量要省。4 4）绝缘性能要可靠，机械强度、散热条件要好、制造、维修）绝缘性能要可靠，机械强度、散热条件要好、制造、维修要方便。要方便。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.1 4.2.1 交流绕组的构成原则和分类交流绕组的构成原则和分类 交流电机交流绕

21、组的种类很多，可按相数、槽内绕组层数、交流电机交流绕组的种类很多，可按相数、槽内绕组层数、每极下每相槽数和绕法来分类。每极下每相槽数和绕法来分类。从相数分，绕组可分为单相和多相绕组；从相数分，绕组可分为单相和多相绕组；按槽内层数分，有单层、双层和单双层混合绕组；按槽内层数分，有单层、双层和单双层混合绕组；按每极下每相所占的槽数等于整数或分数，分为整数槽和分按每极下每相所占的槽数等于整数或分数，分为整数槽和分数槽绕组；数槽绕组；按线圈连接时的绕法分，双层绕组又分为叠绕组和波绕组，按线圈连接时的绕法分，双层绕组又分为叠绕组和波绕组，单层绕组又分为链式、交叉式和同心式。单层绕组又分为链式、交叉式和同

22、心式。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 1 1）线圈）线圈线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本的元件，它可由一线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本的元件，它可由一匝或多匝串联而成；匝或多匝串联而成；多个线圈连接成一组就称为线圈组；多个线圈连接成一组就称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定的规律连接在一起就形成一相由多个线圈或线圈组按照一定的规律连接在一起就形成一相绕组，三相交流电机定子有三相绕组。绕组，三相交流电机定子有三相绕组。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基

23、本知识 2 2）极距）极距两个相邻磁极轴线之间沿定子铁芯内表面的距离称为极距两个相邻磁极轴线之间沿定子铁芯内表面的距离称为极距，极距一般用每个极面下所占的槽数来表示。定子槽数为极距一般用每个极面下所占的槽数来表示。定子槽数为Q Q，磁，磁极对数为极对数为p p，则，则 (4-6)(4-6)pQ2第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 3 3）线圈节距）线圈节距一个线圈的两个有效边之间所跨过的距离称为线圈的节距一个线圈的两个有效边之间所跨过的距离称为线圈的节距y y1 1。节距一般用线圈跨过的槽数来表示。节距一般用线圈跨过的槽数来表

24、示。为使每个线圈获得尽可能大的电动势或磁动势，节距为使每个线圈获得尽可能大的电动势或磁动势，节距y y1 1应等应等于或接近于极距于或接近于极距。y y1 1=的绕组称为整距绕组，的绕组称为整距绕组，常用常用; ;y y1 1的绕组称为长距绕组，的绕组称为长距绕组，不用不用。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 4 4）机械角度和电角度）机械角度和电角度电动机圆周在几何上分成电动机圆周在几何上分成3603600 0，这称为机械角度。从电磁观，这称为机械角度。从电磁观点来看，若电动机的极对数为点来看，若电动机的极对数为p p，则经

25、过一对磁极，磁场变化，则经过一对磁极，磁场变化一周，相当于电角度一周，相当于电角度3603600 0。因此，电动机圆周按电角度计算。因此，电动机圆周按电角度计算就有就有p p3603600 0，即，即电角度电角度= =p p机械角度机械角度 (4-7(4-7）第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 5 5）槽距角）槽距角相邻两个槽之间的电角度称为槽距角相邻两个槽之间的电角度称为槽距角。因为定子槽在定子内圆上是均匀分布的，所以若定子槽数为因为定子槽在定子内圆上是均匀分布的，所以若定子槽数为Q Q，电机极对数为电机极对数为p p，则，

26、则 (4-8 (4-8）Qp360第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 6 6）每极每相槽数）每极每相槽数q q每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数q q，若绕组相，若绕组相数为数为m m1 1，则，则 (4-9(4-9）若若q q为整数称为整数槽绕组。为整数称为整数槽绕组。若若q q为分数称为分数槽绕组。分数槽绕为分数称为分数槽绕组。分数槽绕组一般用在大型、低速的同步电机中。组一般用在大型、低速的同步电机中。对于三相电机，上式中的对于三相电机，上式中的m m1 1取取3 3；对于

27、单相电机，上式中的对于单相电机，上式中的m m1 1取取2 2。 pmQq12第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.2 4.2.2 交流绕组的基本知识交流绕组的基本知识 7 7）相带）相带每相绕组在一对极下所连续占有的宽度每相绕组在一对极下所连续占有的宽度( (用电角度表示用电角度表示) )称为称为相带。相带。在三相交流电机中，每个磁极下每相占有在三相交流电机中，每个磁极下每相占有60600 0的电角度，称为的电角度，称为60600 0相带。相带。由于三相绕组在空间彼此要相距由于三相绕组在空间彼此要相距120120电角度，所以相带的划电角度，所以相带的划分沿定子内圆应依次为分沿定子

28、内圆应依次为A A1 1、Z Z1 1、B B1 1、X X1 1、C C1 1、Y Y1 1等，如图等，如图4-84-8所所示。示。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.3 4.2.3 交流绕组展开图的绘制方法交流绕组展开图的绘制方法 要掌握三相交流绕组结构，还必须能够正确绘制其展开图：要掌握三相交流绕组结构，还必须能够正确绘制其展开图：画槽：用槽内的线圈边表示槽，每一个画槽：用槽内的线圈边表示槽，每一个槽槽都由一根实线和都由一根实线和一根虚线表示。一根虚线表示。分极：即根据公式分极：即根据公式 计算极距，然后在图上标出，计算极距，然后在图上标出，每一个磁极的极性可以任意假设。每

29、一个磁极的极性可以任意假设。分相：根据公式分相：根据公式 计算每极每相槽数，然后在图上计算每极每相槽数，然后在图上从左向右对每一个磁极下的槽进行分段，每段即为一个极相从左向右对每一个磁极下的槽进行分段，每段即为一个极相组，有组，有q q个连续分布的槽。个连续分布的槽。为保证三相绕组之间为保证三相绕组之间120120的空间相位差，将每一对磁极下的的空间相位差，将每一对磁极下的每个极相组按每个极相组按 分相。分相。pQ 21mqYCXBZA第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.3 4.2.3 交流绕组展开图的绘制方法交流绕组展开图的绘制方法 确定电动势方向：确定电动势方向的原则是每个极

30、相组确定电动势方向：确定电动势方向的原则是每个极相组( (一一个个) )的电动势方向一致，相邻极相组的电动势方向相反。的电动势方向一致，相邻极相组的电动势方向相反。连线：根据节距连线：根据节距y y1 1和绕组的具体结构要求连接端线及引线，和绕组的具体结构要求连接端线及引线，绕组的首端从绕组的首端从A A、B B和和C C引出，尾端从引出，尾端从X X、Y Y和和Z Z引出。引出。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.4 4.2.4 双层绕组槽电动势星形图和相带划分双层绕组槽电动势星形图和相带划分 现代现代10kW10kW以上的三相交流电机，其定子绕组一般均采用双层以上的三相交流电

31、机，其定子绕组一般均采用双层绕组。绕组。双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈变。线圈的一条边放双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈变。线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边则放在相隔在某一槽的上层，另一条边则放在相隔y y1 1槽的下层，整个绕槽的下层，整个绕组的线圈数恰好等于槽数。组的线圈数恰好等于槽数。双层绕组的主要优点为：双层绕组的主要优点为：（1 1）可以选择最有利的节距、）可以选择最有利的节距、并同时采用分布绕组，来改善电并同时采用分布绕组，来改善电动势和磁动势的波形；动势和磁动势的波形；（2 2）所有线圈具有同样的尺寸，）所有线圈具有同样的尺寸，便于制造；便于制造；（3 3）端部形状排

32、列整齐，有利）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。于散热和增强机械强度。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.4 4.2.4 双层绕组槽电动势星形图和相带划分双层绕组槽电动势星形图和相带划分 交流绕组内的感应电动势通常为正弦交流电动势，故可以用交流绕组内的感应电动势通常为正弦交流电动势，故可以用相量来表示和运算，尤其用槽电动势星形相量图进行绕组、相量来表示和运算，尤其用槽电动势星形相量图进行绕组、相带划分简单易行。相带划分简单易行。现用一台三相四极现用一台三相四极3636槽的定子来说明槽内导体的感应电动势槽的定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导体（槽号）是如何分配的

33、。和属于各相的导体（槽号）是如何分配的。由于极数由于极数2p=42p=4，槽数，槽数Q=36Q=36，相数，相数m m1 1=3=3，所以定子的每极每相，所以定子的每极每相槽数槽数q q为为相邻两槽间的电角度相邻两槽间的电角度为为角亦是相邻两槽中导体感应电动势的相位差。角亦是相邻两槽中导体感应电动势的相位差。33223621pmQq20363602360Qp第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.4 4.2.4 双层绕组槽电动势星形图和相带划分双层绕组槽电动势星形图和相带划分 槽电动势星形相量图和槽电动势星形相量图和60600 0相带划分相带划分第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕

34、组 4.2.4 4.2.4 双层绕组槽电动势星形图和相带划分双层绕组槽电动势星形图和相带划分 槽电动势星形相量图和槽电动势星形相量图和60600 0相带划分相带划分表表4-1 4-1 各个相带的槽号分配（各个相带的槽号分配（60600 0相带）相带） 相带极对A相带Z相带B相带X相带C相带Y相带第一对极（118槽）1，2，34，5，6 7，8，910，11，1213，14，1516，17，18第二对极（1936槽）19，20，2122，23，2425，26，2728，29，3031，32，3334，35，36第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.4 4.2.4 双层绕组槽电动势星形

35、图和相带划分双层绕组槽电动势星形图和相带划分 槽电动势星形相量图和槽电动势星形相量图和1201200 0相带划分相带划分60600 0相带绕组的合成电动相带绕组的合成电动势要比势要比1201200 0相带大，所以相带大，所以除少数特殊情况外，通除少数特殊情况外，通常的三相绕组都是常的三相绕组都是60600 0相相带绕组。带绕组。一对磁极下每相线圈串一对磁极下每相线圈串联，两种相带电动势比联，两种相带电动势比为：为： 3212060EE第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组1 1）双层叠绕组线圈连接）双层叠绕组线圈连接绕组嵌线时，相邻的两个串联线圈

36、中，后一个线圈紧绕组嵌线时，相邻的两个串联线圈中，后一个线圈紧“叠叠”在前一个线圈上，这种绕组称为叠绕组。在前一个线圈上，这种绕组称为叠绕组。线圈串联时，若每串联一个线圈，就向右移动一个槽，绕组线圈串联时，若每串联一个线圈，就向右移动一个槽，绕组称为右行叠绕组，常用；称为右行叠绕组，常用；若每串联一个线圈，就向左移动一个槽，绕组称为左行叠绕若每串联一个线圈，就向左移动一个槽，绕组称为左行叠绕组。左行绕组不方便嵌线，不用。组。左行绕组不方便嵌线，不用。下面举例说明双层叠绕组的连接规律并绘制绕组展开图。下面举例说明双层叠绕组的连接规律并绘制绕组展开图。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.

37、2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组1 1）双层叠绕组线圈连接）双层叠绕组线圈连接【例【例4-14-1】 设一台三相四极设一台三相四极3636槽的交流电机，线圈的节距槽的交流电机，线圈的节距y y1 1=8=8，试绘制其双层叠绕组展开图。，试绘制其双层叠绕组展开图。【解】【解】画槽：画槽：Q=36Q=36，双层；，双层；分极：分极：2p=42p=4， ；分相：分相： 。确定线圈电动势方向。假设绕组在磁极之上，磁极逆时针确定线圈电动势方向。假设绕组在磁极之上，磁极逆时针向左移动，按电磁感应右手定则确定线圈电动势方向；向左移动，按电磁感应右手定则确定线圈电动势方向；端线及引线连接。端线及引线连

38、接。936pQ423391mq第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组1 1）双层叠绕组线圈连接）双层叠绕组线圈连接【例【例4-14-1】 设一台三相四极设一台三相四极3636槽的交流电机，线圈的节距槽的交流电机，线圈的节距y y1 1=8=8，试绘制其双层叠绕组展开图。，试绘制其双层叠绕组展开图。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组1 1）双层叠绕组线圈连接）双层叠绕组线圈连接【例【例4-14-1】 设一台三相四极设一台三相四极3636槽的交流电机，线圈的

39、节距槽的交流电机，线圈的节距y y1 1=8=8，试绘制其双层叠绕组展开图。，试绘制其双层叠绕组展开图。4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组2 2）双层叠绕组支路连接）双层叠绕组支路连接在叠绕组中，每一个极相组内部的线圈是依次串联的，不同在叠绕组中，每一个极相组内部的线圈是依次串联的，不同磁极下的各个极相组之间视具体需要即可接成串联，亦可接磁极下的各个极相组之间视具体需要即可接成串联，亦可接成并联。成并联。由于由于A A极相组的电动势方向与极相组的电动势方向与X X极相组的电动势方向相反，电极相组的电动势方向相反，电流方向亦相反，为避免电动势互相抵消或者电流所形成的磁流方向亦相反，为避

40、免电动势互相抵消或者电流所形成的磁场互相抵消，串联时应把场互相抵消，串联时应把A A极相组和极相组和X X极相组反向串联，即首极相组反向串联，即首端和首端相连把尾端引出，或尾端和尾端相连把首端引出。端和首端相连把尾端引出，或尾端和尾端相连把首端引出。若整个绕组仅需一条支路若整个绕组仅需一条支路: :第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组2 2）双层叠绕组支路连接）双层叠绕组支路连接如果希望获得两条并联支路如果希望获得两条并联支路 : :第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组2 2）双层叠绕组支路连接

41、）双层叠绕组支路连接如果希望获得四条并联支路如果希望获得四条并联支路 : :交流双层叠绕组由于每相的交流双层叠绕组由于每相的极相组数等于极数，所以双极相组数等于极数，所以双层叠绕组的最多并联支路数层叠绕组的最多并联支路数a等于等于2p。实际支路数。实际支路数a通通常小于常小于2p，且，且2p必须是必须是a的的整数倍，即整数倍，即 整数。整数。a2p第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.5 4.2.5 双层叠绕组双层叠绕组2 2）双层叠绕组支路连接）双层叠绕组支路连接优点优点: :短距时端部可以节约部分用铜量。短距时端部可以节约部分用铜量。缺点缺点: :一台电机的最后几个线圈的嵌线较

42、为困难，极间连线较一台电机的最后几个线圈的嵌线较为困难，极间连线较长，在极数较多时相当费铜。长，在极数较多时相当费铜。叠绕组线圈一般为多匝，主要用于一般电压、额定电流不太叠绕组线圈一般为多匝，主要用于一般电压、额定电流不太大的中、小型同步电机和感应电机的定子绕组中。大的中、小型同步电机和感应电机的定子绕组中。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.2.6 双层波绕组双层波绕组绕组嵌线时，两个相连接的线圈成波浪形前进，这种绕组称绕组嵌线时，两个相连接的线圈成波浪形前进，这种绕组称为波绕组为波绕组和叠绕组相比较，两者的相带划分和槽号分配完全相同，但和叠绕组相比较，两者的相带划分和

43、槽号分配完全相同，但是线圈之间的连接顺序和端部形状不同。是线圈之间的连接顺序和端部形状不同。波绕组的连接规律波绕组的连接规律把所有同把所有同一极性下属于同一相的线圈按波一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成一组；浪形依次串联起来，组成一组；再把所有另一极性（下属于同一再把所有另一极性（下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，相的线圈按波浪形依次串联起来，组成另一组；最后把这两大组线组成另一组；最后把这两大组线圈根据需要接成串联或并联，以圈根据需要接成串联或并联，以构成一相绕组。构成一相绕组。 第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.2.6 双层波绕组双层波绕组相串

44、联的两个线圈，其对应线圈边之间的距离称为合成节距，相串联的两个线圈，其对应线圈边之间的距离称为合成节距，用用y y表示。表示。合成节距是表征绕组连接规律的一个基本数据，它表示每连合成节距是表征绕组连接规律的一个基本数据，它表示每连接一个线圈时，绕组在空间前进了多少个槽距。接一个线圈时，绕组在空间前进了多少个槽距。2mqpQy对每极每相为整数槽的波绕组，对每极每相为整数槽的波绕组，每连接一个线圈，就前进一对极每连接一个线圈，就前进一对极的距离，故合成节距应的距离，故合成节距应y y为为（槽）（槽） (4-10(4-10）第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.2.6 双层波绕组

45、双层波绕组波绕组，在连续地连接波绕组，在连续地连接p p个线圈、前进了个线圈、前进了p p对极，即沿定子绕对极，即沿定子绕行一周以后，绕组将回到出发的槽号而形成闭合回路。为了行一周以后，绕组将回到出发的槽号而形成闭合回路。为了使绕组能够连续的绕接下去，每绕行一周，就需要人为的后使绕组能够连续的绕接下去，每绕行一周，就需要人为的后退（左行，常用）或前移（右行，不用）一个槽。这样连续退（左行，常用）或前移（右行，不用）一个槽。这样连续的绕接的绕接q q周，就可以把所有周，就可以把所有N N极下属于极下属于A A相的线圈（共相的线圈（共p pq q个）个）连成一组（连成一组（A A1 1A A2 2

46、组）。同理，把所有组）。同理，把所有S S极下属于极下属于A A相的线圈连相的线圈连成一组（成一组（X X1 1X X2 2组）。最后，用极间连线把两组线圈串联或并组）。最后，用极间连线把两组线圈串联或并联起来，即可得到整个联起来，即可得到整个A A相绕组。相绕组。2mqpQy第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.2.6 双层波绕组双层波绕组【例【例4-24-2】 例例4-14-1中的三相四极中的三相四极3636槽的交流电机，线圈的节距槽的交流电机，线圈的节距仍然为仍然为y y1 1=8=8，试绘制其双层波绕组展开图。，试绘制其双层波绕组展开图。【解】【解】画槽：画槽：Q=

47、36Q=36，双层；，双层；分极：分极：2p=42p=4， ； 分相：分相： ；确定电动势方向；确定电动势方向；端线及引线连接：合成节距端线及引线连接：合成节距 ， ，绕，绕组为短距绕组。组为短距绕组。936pQ423391mq18236pQy1y第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.2.6 双层波绕组双层波绕组【例【例4-24-2】 例例4-14-1中的三相四极中的三相四极3636槽的交流电机，线圈的节距槽的交流电机，线圈的节距仍然为仍然为y y1 1=8=8，试绘制其双层波绕组展开图。，试绘制其双层波绕组展开图。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.

48、2.6 双层波绕组双层波绕组把两个线圈组按要求结成串联或并联，就可以构成把两个线圈组按要求结成串联或并联，就可以构成A A相绕组。相绕组。B B、C C两相绕组可用同样办法构成。两相绕组可用同样办法构成。由于同一相两个线圈组的电动势方向相反，把线圈组反向串由于同一相两个线圈组的电动势方向相反，把线圈组反向串联（尾尾相连），每相绕组就一条支路（联（尾尾相连），每相绕组就一条支路（a=1)a=1)。如果如果线圈组反向并联线圈组反向并联（首尾相连），（首尾相连），每相就有每相就有两条并联支路两条并联支路（a=2a=2）。）。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.6 4.2.6 双层波绕组

49、双层波绕组交流双层波绕组的特点：交流双层波绕组的特点：在整数槽波绕组中，无论极数等于多少，在自然连接的情况在整数槽波绕组中，无论极数等于多少，在自然连接的情况下，每相绕组只有两大组。若支路数下，每相绕组只有两大组。若支路数a=1，则每相只需一根，则每相只需一根组间连线。组间连线。此外，波绕时短距仅起改善电动势、磁动势波形的作用，而此外，波绕时短距仅起改善电动势、磁动势波形的作用，而不能节约端部用铜，因为波绕组的合成节距为一常值不能节约端部用铜，因为波绕组的合成节距为一常值（y=2），因此线圈节距变化时，端部用铜仍基本不变。），因此线圈节距变化时，端部用铜仍基本不变。整数槽波绕组在绕线型感应电机

50、的转子中获得广泛的应用。整数槽波绕组在绕线型感应电机的转子中获得广泛的应用。为减少组间连线，整数槽波绕组在大、中型水轮发电机中亦为减少组间连线，整数槽波绕组在大、中型水轮发电机中亦获得一定的应用。获得一定的应用。第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.8 4.2.8 绕组圆形接线图绕组圆形接线图 三相绕组的展开图，由于线圈边的重叠，画起来比较复杂，三相绕组的展开图，由于线圈边的重叠，画起来比较复杂，因此在实际接线时，为了能清楚地看出各线圈组之间的连接因此在实际接线时，为了能清楚地看出各线圈组之间的连接方式，常采用一种简化了的圆形接线参考图。画接线图时，方式，常采用一种简化了的圆形接线

51、参考图。画接线图时，不管一个极相组内有几个线圈，每一个极相组都用一根带箭不管一个极相组内有几个线圈，每一个极相组都用一根带箭头的短圆弧线来表示，箭头所指的方向表示感应电动势的正头的短圆弧线来表示，箭头所指的方向表示感应电动势的正方向。方向。现以例现以例4-1所给电机为例，说明接线图的画法，所给电机为例，说明接线图的画法， 第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.8 4.2.8 绕组圆形接线图绕组圆形接线图 1 1）将定子圆周按极相组平均分成）将定子圆周按极相组平均分成2pm2pm段，每段表示一个极相段，每段表示一个极相组。组。2 2）极相组的排列次序应与展开图一致。顺次给每个极相组编

52、）极相组的排列次序应与展开图一致。顺次给每个极相组编号。号。3 3）三相绕组的首端应相隔电角）三相绕组的首端应相隔电角度，因而可确定：度，因而可确定：A A相的首端是相的首端是极相组极相组A A1 1的首端，的首端，B B相的首端是相的首端是极相组的极相组的B B1 1首端，首端，C C相的首端是相的首端是极相组极相组C C1 1的首端（逆时针排序）。的首端（逆时针排序）。4 4）根据各极相组间的连接规则）根据各极相组间的连接规则连接各相的极相组。连接各相的极相组。 三相三相4 4极极3636槽电机双层绕组圆形接线图槽电机双层绕组圆形接线图(a=1) (a=1) 第第2 2节节 三相交流绕组三

53、相交流绕组 第第2 2节节 三相交流绕组三相交流绕组 4.2.8 4.2.8 绕组圆形接线图绕组圆形接线图 根据各相相邻极相组要产生异极性的原则，绕组一般采用根据各相相邻极相组要产生异极性的原则，绕组一般采用“首首- -首、尾首、尾- -尾尾”的反串联接法。如果绕组是几路并联的，的反串联接法。如果绕组是几路并联的，可以将每个支路各自串联后再并联起来，连接的方向应符合可以将每个支路各自串联后再并联起来，连接的方向应符合上述要求。上述要求。 三相三相4 4极极3636槽电机双层绕组圆形接线图槽电机双层绕组圆形接线图(a=2(a=2和和a=4) a=4) 4.3.1 4.3.1 正弦磁场下导体的感应

54、电动势正弦磁场下导体的感应电动势 三相两极同步发电机，忽略齿槽效应，定子表面为光滑，定三相两极同步发电机，忽略齿槽效应，定子表面为光滑，定子槽放有线圈导体。转子励磁绕组通入直流励磁电流，在电子槽放有线圈导体。转子励磁绕组通入直流励磁电流，在电机内建立恒定两极主极磁场。当用原动机拖动转子旋转时，机内建立恒定两极主极磁场。当用原动机拖动转子旋转时，定子导体将定子导体将“切割切割”主极气隙磁场而感生交流电动势。主极气隙磁场而感生交流电动势。 设主磁场设主磁场b在气隙内为正弦分布，在气隙内为正弦分布，坐标取在转子上，原点位于极间位坐标取在转子上，原点位于极间位置，置，为距离原点的电角度，则为距离原点的

55、电角度，则 (4-11)式中，式中，B1气隙磁密幅值。气隙磁密幅值。转子连续旋转，导体就连续不断的转子连续旋转，导体就连续不断的交替切割交替切割N极和极和S极磁场，导体内的极磁场，导体内的感应电动势就是一个交流电动势。感应电动势就是一个交流电动势。sinBb1第第3 3节节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 4.3.1 4.3.1 正弦磁场下导体的感应电动势正弦磁场下导体的感应电动势 1 1）感应电动势的波形）感应电动势的波形设设t=0t=0时导体在极间、将进入时导体在极间、将进入N N极位置，转子旋转的角频率为极位置，转子旋转的角频率为，则时间，则时间t t时，导

56、体距极间为时，导体距极间为角，角， ；则导体中感应；则导体中感应电动势电动势e e1 1为为 (4-12)(4-12)式中，式中，v v导体与气隙磁密的相对线速度，导体与气隙磁密的相对线速度，m/sm/s； l l线圈导体的有效长度，线圈导体的有效长度，m m； E E1 1导体感应电动势的有效值，导体感应电动势的有效值，V V。ttsinE2tlvsinBlvbe111第第3 3节节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 4.3.1 4.3.1 正弦磁场下导体的感应电动势正弦磁场下导体的感应电动势 1 1）感应电动势的波形）感应电动势的波形由式可见，若磁场为正弦分布，

57、主极为恒速旋转，则定子导由式可见，若磁场为正弦分布，主极为恒速旋转，则定子导体上的感应电动势将是随时间做正弦变化的交流电动势体上的感应电动势将是随时间做正弦变化的交流电动势tsinE2tlvsinBlvbe1112lvBE11第第3 3节节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 4.3.1 4.3.1 正弦磁场下导体的感应电动势正弦磁场下导体的感应电动势 2 2）感应电动势的频率）感应电动势的频率若电机为若电机为p p对极，转子旋转一周，转过对极，转子旋转一周，转过3603600 0机械角；转子磁场机械角；转子磁场旋转一周，转过旋转一周，转过p p3603600 0电角

58、度，转子电角度，转子p p对极磁场切割定子线对极磁场切割定子线圈导体，感应的电动势交变圈导体，感应的电动势交变p p次。次。60pnf11设转子每分钟转速为设转子每分钟转速为n n，转子主极磁，转子主极磁场每分钟的转速为场每分钟的转速为n n1 1，对于同步电，对于同步电机，转子磁场相对于转子静止，有机，转子磁场相对于转子静止，有n n= =n n1 1，在此旋转磁场下定子线圈导，在此旋转磁场下定子线圈导体感应电动势的频率为体感应电动势的频率为 （HzHz） (4-13)(4-13)第第3 3节节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 4.3.1 4.3.1 正弦磁场下

59、导体的感应电动势正弦磁场下导体的感应电动势 2 2）感应电动势的频率）感应电动势的频率在中国，工业用电标准频率规定为在中国，工业用电标准频率规定为5050HzHz，所以电机的极对数，所以电机的极对数p p和同步电机的转速和同步电机的转速n n1 1（主极磁场的转速）有严格的对应关系（主极磁场的转速）有严格的对应关系: :当当p p=1=1时，时，n n1 1=3000r/min=3000r/min；当当p p=2=2时，时，n n1 1=1500r/min=1500r/min；当当p p=3=3时，时，n n1 1=1000r/min=1000r/min；。这些固定的转速称为交流电机的同步转速

60、，有时用这些固定的转速称为交流电机的同步转速，有时用n ns s表示。表示。60pnf11第第3 3节节 正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 4.3.1 4.3.1 正弦磁场下导体的感应电动势正弦磁场下导体的感应电动势 3 3）导体感应电动势的有效值）导体感应电动势的有效值根据式根据式(4-11)(4-11)可知，导体感应电动势的有效值可知，导体感应电动势的有效值E E1 1为为 (4-14)(4-14)其中导体切割磁场的线速度其中导体切割磁场的线速度v v为为 (4-15)(4-15)式中，式中，DD定子内径；定子内径； 气隙磁场极距，用长度表示，气隙磁场极距，用长