第六章-交流绕组及其电动势和磁动势课件

第六章交流绕组及其电动势和磁动势6.1正弦磁场下交流绕组的感应电动势6.3三相单层绕组6.4三相双层绕组6.5感应电动势中的高次谐波6.6通有正弦交流电时单相绕组的磁动势6.7通有对称的三相电流时三相绕组的磁动势

6.2交流绕组的构成原则和分类交流电机

同步电机同步发电机同步电动机异步发电机异步电动机异步电机同步电机异步电机同步与异步旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流，形成旋转磁场（后面将详细讨论）。电机实际转速n＝同步转速n1：同步电机电机实际转速n≠同步转速n1：异步电机思路：导体—线匝-线圈（一相绕组）-三相绕组6.1正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的感应电动势电动势的波形：由e=BLV可知，由气隙磁密沿气隙分布的波形决定；在时间t时刻，导体所在位置α=ωt，此刻导体A所在处的气隙基波磁密为

bδ=Bδ

sinα=Bδ

sinωt2.名词解释空间电角度α：把一对主磁极表面占的空间距离用空间电角度表示，定义为一对主磁极360°空间电角度。线圈节距y1

：一个线圈的两个线圈边间沿定子内表面间的距离。极距τ：定子内表面用长度表示的每极所占空间距离，可以用所跨槽数表示，也可以用所占空间电角度表示。

a)

图

13

两极电机电角度四极电机电角度3.导体电动势的有效值将代入上式得导体电动势为4.正弦电动势的频率感应电动势的频率：同步转速：二、整距线匝的电动势匝电势单匝线圈电动势的有效值三.

整距线圈感应电动势

一个线圈有Ny匝线匝串联构成，其基波电动势有效值为：

Ey=4.44fNyφ四、短距线圈的电动势，短距因数短距线圈的节距，用电角度表示时，节距为单匝线圈的电动势为：据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势的短距线圈的电动势

τ基波电动势为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应电动势比整距时应打的折扣，有效值为2、三相单层分布绕组

分布绕组：绕组均匀的分布在定子铁心槽中，每一相有多个线圈串联构成。

12345678AX

图示，三个整距线圈组成的线圈组基波电动势相量为Eq。线圈组（由q个线圈串联）电动势计算o由q个线圈串联组成的线圈组电势为：四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数q个线圈的合成电动势为式中，－外接圆的半径。把代入上式，得

式中，－个线圈电动势的代数和；－绕组的基波分布系数，的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得个分布线圈的合成电动势小于个集中线圈的合成电动势，由此所引起的折扣。一个极相组的电动势为q个线圈的总匝数；－绕组的基波绕组系数。的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。1.单层集中整距绕组实例（两极）6.2.交流电机电枢绕组单层：每槽中只放一个线圈边集中：每一相只有一个线圈整距：线圈的节距等于一个极距2、三相单层分布绕组

分布绕组：绕组均匀的分布在定子铁心槽中，每一相有多个线圈串联构成。

12345678AX试连接成三相单层分布绕组

已知一台电机,定子上总槽数相数，极数，转子旋转的方向是逆时针方向。转速为n定子相邻两槽间电角度：

此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。1、计算1、计算定子每极每相槽数：式中，Z

－定子槽数p－极对数；

m

－相数。相邻两槽间电角度：此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。2.画基波电势星形向量图

由于每个分布线圈的匝数一样，它们都切割同一个磁极下的磁通，则在每个分布线圈里的电动势幅值的大小相同，只是由于在电枢上位置的不同，使得每个线圈中的感应电势在相位上不同。

当转子磁极转到图示瞬间,第24槽里的导体正处在N极的正中心,基波电动势为正最大值当磁极随时间转过空间电角度,第1槽里的导体正处在N极的正中心,基波电动势为正最大值P=2，Z=24的电机三根导体的基波电动势

在定子铁心表面，相邻两槽中导体在空间相距

空间电角度，它们感应的基波电势在时间上必然也相差

电角度。

画出全部电机的槽导体基波电势相量图——星形相量图。一对极下的槽导体组成3600的星形相量图，第二对极的槽导体基波电动势相量与第一对极的重合，电极有p对极，星形相量图就重复p次。3.利用星形相量图安排单层分布绕组

利用星形向量图，并根据得到三相对称电势的原则，分配三相绕组中各包含那些槽导体，最后把它们联成三相绕组。基波电动势星形相量图分成六等份，每一等份为600时间电角度，这600范围内的相量属于一个相，称作相带。每个磁极下属于相同相的所有槽数，即每极每相槽数用q表示：相带槽号极

对ABCXYZ1,2,3,4,5,67,89,1011,1213,1415,1617,1819,2021,2223,24第一对极下（1槽~12槽）第二对极下（12槽~24槽）表：各个相带的槽号分布4、连接绕组以A相为例，由于三相等分，故A相共有8个槽相带：每极下每相所占的区域。

1—7—2—8（线圈组）将两个线圈组按照一定的规律连接，即可得到A相绕组。

13—19—14—20（线圈组）同理，B相距离A相电角度处，C相距离A相电角度处，可按所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可得到一个三相对称绕组。相带绕组：每个相带各占电角度。123456789101112131415161718192021222324ππππA1X2A2X1头尾头尾5、确定并联支路数单层绕组最多可并联的支路数a有p个一绕组有a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。单层绕组线圈组的个数有p个一个极相组(线圈组)的电动势为6、相电动势设一相绕组的总串联匝数为，则一相的电动势应为一绕组有a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势二、优点：⑴嵌线方便⑵槽的利用率高⑶不能做成短距（电气性能）波形差三、分类⑴同心式绕组——由不同节距的同心线圈组成⑵链式绕组——由相同节距的同心线圈组成⑶采用不等距的线圈组成，节省铜线6.4三相双层绕组一、特点：每个槽内放置上下两个线圈边二、优点：⑴可采用短距，改善电动势、磁动势的波形⑵线圈尺寸相同，便于绕制⑶端部排列整齐，利于散热机械强度高三、分类⑴叠绕组——相邻两个串联绕组中，后一个绕组叠加在前一个线圈上⑵波绕组——两个相连接的线圈成波浪式前进四、叠绕组1.叠绕组：绕组嵌线时，相邻得两个串联线圈中，后一个线圈紧“叠”在前一个线圈上。或尾－尾相连把首端引出串联时应将极相组和极相组反向串联，即首－首相连把尾端引出，为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消，

极相组的电动势、电流方向与极相组的电动势电流方向相反，连接成三相双层短矩分布绕组

现以一台相数，极数，槽数的定子来说并联支路数1、概念定子每极每相槽数：式中，Z

－定子槽数p－极对数；

m

－相数。相邻两槽间电角度：此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。相带槽号极

对ABCXYZ1,2,34,5,67,8,910,11,1213,14,1516,17,1819,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36第一对极下（1槽~18槽）第二对极下（19槽~36槽）表：各个相带的槽号分布2.三相双层分布短距绕组的安排1357911131517192123252729313335123101112192021282930三相双层叠绕组的A绕组的展开图每相串联匝数N（即每相每条支路的匝数）每个线圈组由q个线圈串联组成每个线圈匝数为每个线圈组的匝数为一个极相组的电动势为－个线圈的总匝数；－绕组的基波绕组因数。

的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，整个绕组的合成电动势所须的总折扣。五、相电动势和线电动势设一相绕组的总串联匝数为，则一相的电动势应为一绕组有a条支路，一条支路由若干个线圈组路串联组成。一相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势对单层绕组：对双层绕组：6.5感应电动势中的高次谐波因为磁场波形相对于磁极中心线左右对称，所以谐波磁场中无偶次谐波,故ν=3，5，7，9，11……一、高次谐波电动势谐波电动势⑴谐波磁场的极对数：pν=νpp——基波磁场的极对数⑵谐波磁场的极距：τν=τ/ν

τ——激波磁场的极距⑶谐波磁场的槽距角：αν=να

电机气隙磁密

:

⑶谐波磁场的槽距角：αν=να⑴谐波磁场的极对数：pν=νpp——基波磁场的极对数⑵谐波磁场的极距：τν=τ/ν

τ——基波磁场的极距导体基波与谐波电势分析(4)谐波感应电动势的短距系数kpν

(5)谐波感应电动势的分布系数kdν(6)谐波感应电动势的绕组系数kwν=kpνkd

νυ次谐波短距系数υ次谐波分布系数例题由一三相交流分布绕组，定子槽数Q=36,极数2p=4，计算基波、五次谐波、七次谐波电动势的分布系数。*说明：当采用分布绕组时，在基波电动势稍稍有所减小的同时，谐波电动势则大幅度消弱，从而改善电动势的波形。五.谐波的弊害⑴使电动势波形变坏，发电机本身能耗增加，η下降，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.斜槽或斜极单层集中整距绕组的一相磁动势交流电机模型图（A相集中绕组）6.6通有正弦交流电时单相绕组的磁动势一、整距集中绕组的磁动势一台两极气隙均匀的交流电机,一个整距绕组通入交流电流,线圈磁动势在某瞬间的分布如图,由全电流定律得:忽略铁心磁阻,磁动势完全降落在两个气隙上.每个气隙的磁动势为:线圈磁动势的空间分布。在定子内圆表面建立空间圆弧坐标，以A相绕组轴线与定子内圆表面交点作为原点，坐标用电角度α表示。把气隙圆周展成直线，横坐标表示沿气隙圆周的圆弧长。定子内圆气隙磁势分布上述表达式磁势正负符号的规定：结论：载流线圈所产生的气隙磁势沿定子内圆分布是矩形波，在线圈处，气隙磁势发生突变。磁力线出定子进气隙为正（N极为正）。矩形波磁势的基波与谐波如何处理矩形波磁势？矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波:基波磁动势为:基波磁动势最大值为:整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线，空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化——仍然为脉动磁动势。单相绕组的基波磁动势在空间随角按余弦规律分布，在时间上随按余弦规律脉振。3.线圈中通入交变电流产生脉振磁动势脉振磁动势动画结论:1.基波磁动势的幅值是矩形波磁动势幅值fk的4/π倍；谐波磁动势幅值为基波幅值的1/ν倍

磁势基波与谐波的辐值与波长2.基波磁动势波长与原矩形波波长一样，磁极对数亦相同；（极距相同）谐波的波长为基波的1/ν，极对数为基波的ν倍。3.A相脉振磁场与脉振磁势对比图A相脉振磁势谐波表达式结论：1)单个线圈当通入交流电流时产生在空间按矩形波分布、位置固定、波幅的大小和正负随时间变化的脉振磁势。

2)线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有3、5、7等谐波磁势分量。3）基波与各次谐波脉振磁势随时间脉振的角频率相等，均等于电流的角频率。基波脉振磁动势即一个脉动磁动势可以分解成两个幅值大小相等的磁动势。取幅值点分析综上分析:5）转速根据幅值所在位置a（=wt）随时间的变化可以得到用电角度表示的转速：用机械角表示的转速:

用每分钟