第四章 交流电机绕组的基本理论4.1 交流绕组的基本要求 4.2 三相单层绕组 4.3 三相双层绕组 4.4 绕组电动势 4.5 高次谐波及削弱方法 4.6 单相绕组的磁动势 4.7 三相绕组的基波合成磁动势 4.8 其它*1一. 交流绕组的基本要求1）绕组产生的电动势（磁动势）接近正弦波；2）三相绕组的基波电动势（磁动势）必须对称 ；3）在导体数一定时能获得较大的基波电动势（ 磁动势）；4.1 交流绕组的基本要求*24）保证留下基波电动势（磁动势）而削弱谐波电 动势（磁动势）；5）用料少、绝缘可靠、机械强度高、散热效果 好、制造方便等。 二. 设计原则 1、正弦分布的磁场在导体中感应正弦电动势如图为正弦分布的主 极磁场，即 b=Bmcos ； 导体中 的感应电势 e =Bmlvcos*32. 用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对 称槽距角相邻两槽之间的机械角度。 = 3600/Z槽距电角 1相邻两槽之间的相距电角度。 1 = p*3600/Z=p* 例如一台36槽4极的电机，其槽电动势星形图如书 中所示Date43. 采用600相带可获得较大的基波电势如右侧图比较Date54.2 三相单层绕组n 单层绕组每槽只放一个线圈边，故线 圈数等于槽数的一半。其绘制方法和步骤 见书中描述。n Date6交流绕组内容提要o有关交流绕组的几个概念o交流绕组排列及连线的原则o单层绕组o双层绕组一、认识交流绕组（与绕组有关的几个概念）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）Date7Date8Date9极距：沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围 o用长度表示： （看图）Date10o用槽数表示： o（36槽4极电机的极距为多少槽？） 电角度： 转子铁心的横截面是一个圆，其几何角度为360度。 从电磁角度看，一对N,S极构成一个磁场周期，即1对 极为360电角度 电机的机对数为p时，气隙圆周的角度数为p*360电角 度。（看图）o Date11节距 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）Date12y时，线圈称为长距线圈。 Date14单层绕组和双层绕组 单层绕组一个槽中只放一个元件边（看图） 双层绕组一个槽中放两个元件边。（看图）Date15槽距角，相数，每极每相槽数 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用表示；（ 看图）Date16 相数用m表示， 每个极域内每相所占的槽数称为每极每相槽数 ，用q表示。 Date17均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组 在每个极域内所占的槽数应相等 o每极槽数用极距表示 o每极每相槽数（举例） 对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互 相错开120电角度。 o如槽距角为，则相邻两相错开的槽数为120/。（举例） 电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线 圈之间的连接也应符合这一原则。 o如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。（举例）o o示 o 交流绕组的构成原则Date18三相单层绕组 构造方法和步骤 分极分相: （看图1000-1） o 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。； o 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间 错开120电角度。Date19连线圈和线圈组： Date20o 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q个线圈，为什么？） o 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？） o 以上连接应符合电势相加原则 Date21连相绕组： Date22o 将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组， 并标记首尾端。 o 串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法构造其他两相。 Date23连三相绕组 o 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相 绕组 Date24接法或者Y接法。 Date25单层绕组 分类等元件式整 距叠绕组 Date26同心式绕组 Date27链式绕组 Date28交叉链式绕组 单层绕组主要用于小型异步电动机。 Date29n4.3 三相双层绕组n 其绘制方法和步骤见书中描述。Date30三相双层绕组构造方法和步骤（举例：Z1=24,2p=4,整距,m=3) 分极分相:（看图1001-1） o 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； o 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120 电角度。Date31连线圈和线圈组： Date32o 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一 个线圈） o 以上层边所在槽号标记线圈编号。 o 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线 圈（共有q个线圈，为什么？） o 将同一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？） o 以上连接应符合电势相加原则 连相绕组： （看图1001-3） o 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记 首尾端。 o 串联与并联，电势相加原则。Date33 按照同样的方法构造其他两相。 连三相绕组 o 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 o 接法或者Y接法 10kW以上的电机主要采用双层绕组Date344.4 在正弦分布磁场下的绕组电动势思路： 求ElE支路电势线圈组电势每个线圈电势匝电势导体电势交流绕组的构成：导体-线圈-线圈组-一相绕组-三相 绕组 o交流绕组示意图 Date351. 导体中的感应电势 感应电势的频率 o磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； o磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极； o转速为n（r/min)的电机，每秒钟转过(pn/60)对极； 导体中感应电势的频率f=(pn/60)Hz. 感应电势的波形 o感应电势随时间变化 的波形和磁感应强度在 空间的分布波形相一致 。 o只考虑磁场基波时， 感应电势为正弦波。Date36o问题：四极电机，要使得导体中的感应电势为50Hz,转速应为 多少？ 感应电势的大小 看图1100-4 Date37o感应电势的最大值： o导体与磁场的相对速度： o磁感应强度峰值和平均值之间的关系： o感应电势最大值： o感应电势的有效值： 小结：绕组中均匀分布着许多导体，这些导体中的感应电 势有效值，频率，波形均相同；但是他们的相位不相同。 Date381. 导体电动势e=Blv ; l、v为定值，v=2 f, f=pn1/60 e正比于 B,B=B1sin t Bav=2B1/ 每极磁通量 1= Bav l B1= 1/ 2 lEm=B1lv = f 1 则每根导体的有效值为Ec1=Em/2 0.5= 2.22f 1 Date392. 匝电动势、短距系数按线圈绕组的分布规律可画如下图形Date40线圈中的感应电势整距线圈中的感应电势 o看图1100-5 o线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相 差180电角度。 o整距线圈的感应电势： o考虑到线圈的匝数后： Date41短距线圈中的感应电势 o线圈的两个有效边在磁场中相距为y,其感应电势相位差不是 180-电角度。 o短距角： o短距线圈的感应电势： o短距系数： 小结：短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短 距可以削弱高次谐波（后面要讲）。 Date42则线圈电势为 Et1= E1-E1 因各导体感应电势有效值均相等且为Ec1,两导体感应电势相位差为 a = y1 / 匝电势为 Et1= 2Ec1sin（a/2）= 4.44f 1 ky1Ky1= sin（a/2） ：基波节距系数若线圈匝数为 Nc ,则线圈感应电势为：Ey1= 4.44fNc 1 ky1Date433. 线圈组电动势、分布系数一个线圈组由q个分布 线圈构成，其图如右，每 个线圈电势为Ey1,彼此之间 相位差为 =p*3600/Z 其相 量图如下（为便于计算， 引入正多边形外接圆，令 半径为R）：Date44线圈组的感应电势 看图1100-7 每对极下属于同一相 的q个线圈，构成一个 线圈组。图中q=3 每个线圈的感应电势 由两个圈边的感应电 势矢量相加而成。 整个线圈组的感应电 势由所有属于该组的 导体电势矢量相加。 在该例中，该组的感 应电势为三个线圈的 感应电势矢量相加。 Date45矢量式 对应于图1100-8 分布系数： 线圈组的电势： 可以证明，分布系 数小于1。 Date46n由图可知 Eq1=2Rsin(q /2), Ey1 = 2Rsin( /2)n Eq1= Ey1sin(q /2)/sin( /2) = qEy1Kq1Kq1= sin(q /2)/qsin( /2):分布 系数Eq1= 4.44qNcKN1f 1 KN1= Ky1Kq1:绕组系数Date474. 相电势与线电势因线圈组之间感应电势没有相位差，故：E 1=支路电势 = Eq1*一条支路串联线圈 组个数 = 4.44fNKN1 1 N = qNc*串联线圈组个数= 整个绕组总匝数/maDate48一相绕组的电势单层绕组的相电势： o单层绕组每对极每相q个 线圈，组成一个线圈组， 共p个线圈组。 o若p个线圈组全部并联则 相电势=线圈组的电势 o若p个线圈组全部串联则 相电势=p 倍 线圈组电势 o实际线圈组可并可串， 总串联匝数 o相电势： Date49双层绕组的电势 o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 o这2p个线圈组可并可串，总串联匝数 o双层绕组要考虑到短距系数 绕组系数： Date50对于双层绕组 N = ZNc/ma Z = 2pqm对于单层绕组 N = ZNc/2ma Z = 2pqm三角形连接时 El1 = E 1星形连接时 El1 = 1.732E 1a: 每相绕组并联支路数。Date514.5 感应电动势中高次谐波及其削弱方法在前面的分析中，我们假设磁场沿气隙正 弦分布，便在交流绕组中感应频率为f的正弦波 。在实际电机中气隙磁场呈平顶波，所以在定 子绕组内感应的电动势并非正弦波，除基波外 还存在一系列谐波。4.5.1 感应电动势中高次谐波Date521. 利用傅立叶级数分析法： 可将平顶波分解为基波磁场（p对 极）和一系列高次谐波磁场的叠 加。由于磁场波形相对于磁极中 心线左右对称，故无偶次谐波。谐波次数 = 1，3，5，7，- -谐波磁场的极对数 P = p谐波磁场的频率 f = P n1/60 = f1谐波磁场的极距 = /Date53每极磁通 = 2B /所有的谐波磁场随主极一起以同步转速在空间推 移，即 : n = n1 相电势有效值 E 1= 4.44fNKN1 1 E = 4.44f N KN ( N = N , KN = ky kq