第四章 交流绕组及其电动势和磁动势 本章研究：交流绕组的连接规律； 正弦磁场下交流绕组的感应电动势； 通有正弦电流时单相绕组的磁动势； 通有对称三相电流时的磁动势。机械旋转磁场是通过原动机拖动磁极旋转可以产生机 械旋转磁场 ；旋转磁场是交流电机工作的 基础 前言电气旋转磁场是三相对称的交流绕组通入三相对称的 交流电流时会在电机的气隙空间产生电气旋转磁场一、基本知识1.交流绕组的基本要求 合成电动势和合成磁动势波形接近正弦，幅值要 大、各谐波分量要小； 三相绕组基波电势、基波磁势对称，电阻、电抗 要平衡； 绕组的铜耗要小，用铜量要省； 绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造方便 。4.1 交流绕组的构成原则和分类大小、频率、波形和对称的问题4.1 交流绕组的构成原则和分类一、基本知识2.交流绕组的分类 相数：单相和多相绕组； 根据槽内层数：单层绕组和双层绕组； 每极下每相槽数：整数槽和分数槽。 根据绕法：叠绕组和波绕组；的三相交流电机，其定子绕组大 多采用双层绕组。特点：绕组的线圈数 等于槽数1） 可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕 组， 以改善电动势和磁动势的波形；3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。2） 所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；主要优点：4.2 三相双层绕组上层边下层边单层绕组双层绕组槽楔4.2 三相双层绕组以Q=36，2p=4 的三相双层叠绕组来进 行分析（1） 绘制槽电动势星形图 （2）分相、构成线圈 （3）计算极距和节距（用槽数计） （4）极相组划分 （5）确定并联支路数 （6）把属于各相的所有极相组串联起来，得到绕组 展开图。4.2 三相双层绕组一、基本概念1.机械角度： 一个圆周几何角度是360，在电机分析 中称为机械角度。 2.电角度：在电路理论中，随着时间按正弦规律变化的 物理量交变一次经过360时间电角度。在电机中， 导体经过一对磁极，其感应电动势交变一次，因此 一对磁极所对应的空间电角度称为360空间电角度 （或者 2空间电弧度）。 3.电角度和机械角度的关系：若电机极对数为p，则一 个圆周代表p360空间电角度，因此与机械角度 对应的空间电角度为 p4.2 三相双层绕组一、基本概念 4.槽距角a：表示相邻两个槽之间距离的空间电角度。 同时也是相邻槽中导体感应电动势的相位差 。Q是槽数 N21920212223242526 27 2829 303132333435 36 1 23456789101112131415161718S2N1S1n4.2 三相双层绕组 一、基本概念 5.极距 ：一个磁极在电枢表 面的位置称为极距。它可用 长度，所占槽数，电角度或 者电弧度表示 电角度：180 电弧度： 长度:槽数:N21920212223242526 27 2829 303132333435 361 23456789101112131415161718S2N1S1n4.2 三相双层绕组 6. 线圈元件：由两根相距一定距离的元件边和端接 线相连构成线匝，Nc匝串联构成线圈 单匝线圈多匝线圈匝数Nc4.2 三相双层绕组 7.线圈节距y1：线圈的两个有效边相距槽数，称为 线圈节距 。整距y1=； 短距y1。单匝线圈 多匝线圈匝数NcN21920212223242526 27 2829 303132333435 36 1 23456789101112131415161718S2N1S1ny1y14.2 三相双层绕组8. 每极每相槽数q：表示每极下每相所占槽数。 右图q等于3N2192021222324252627 28 29303132333435 36 1 23456789101112131415161718S2N1S1n9.槽电动势星形图：把电枢上各 槽内导体感应电动势用矢量表示 ，构成的图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2192021222324252627 28 29303132333435 36 1 23456789101112131415161718S2N1S1nN1S1N2S2B9.槽电动势星形图135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468N2S2N1S1B1-18经过了一对极，在向 量图上恰好走了一圈 槽距角亦是相邻槽中导体 感应电动势的相位差。19-36经过了一对极，在 向量图上走第二圈 10.相带：每极下每相所占的区域 360度的星形图圆周分成三等分，每等分占120度，成为120 度相带；获得的电动势较小。 若分成六等分，则称60度相带；这种分法同样可以保证电 势对称，且合成感应电动势较大，是常用的方法。以A相为例：A相共有12个槽 1, 2, 3 (线圈组A1)19,20,21(线圈组A2)10,11,12(线圈组X1) 28,29,30(线圈组X2) 60度相带A相带X相带将四个线圈组按照一定的规律连 接，即可得到A相绕组极相组B相 距离A相 120电角度7, 8, 9 (线圈组B1)25,26,27(线圈组B2)16,17,18(线圈组Y1) 34,35,36(线圈组Y2) 60度相带B相带Y相带将四个线圈组按照一定的规 律连接，即可得到B相绕组C相 距离A相 240电角度13,14,15 (线圈组C1)31,32,33(线圈组C2)4 , 5, 6(线圈组Z1) 22,23,24(线圈组Z2) 60度相带C相带Z相带将四个线圈组按照一定的规 律连接，即可得到C相绕组60相带绕组： 每个相带各占60电角度各个相带的槽号分布：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）4.2 三相双层绕组满足交流绕组基本要求的方法（1）磁场B在空间按正弦规律分布，则它在交流绕组 中感应的电动势就是随着时间按正弦规律变化。（2）用槽电动势星形图保证三相绕组基波电动势、基 波磁动势对称。（3）用60相带的绕组获得较大的基波电动势。N21920212223242526 27 2829 303132333435 36 1 23456789101112131415161718S2N1S1n展开1234567N1二、叠绕组叠绕组：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。12 310 11 1219 20 2128 29 30三相双层叠绕组的A相绕组展开图磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468线圈节距y18短距二、叠绕组12 310 11 1219 20 2128 29 30三相双层叠绕组的A相绕组展开图磁极在上部旋转N1S1N2S2135791113151719212325272931333510181214162022242628303234362468将每个极相组下的线圈串联起来导体相对磁场的运动方向A -1-2-3-10-11-12-19-20-21-28-29-30-XA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）123192021101112282930XAA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（两条并联支路）极相组A和X的电动势、电流方向相反，为避免电动势或电流所形 成的磁场互相抵消，串联时应将极相组A和X反向串联，即首首 相连把尾端引出，或尾尾相连把首端引出123192021101112282930XAA1X1A2X2图：A相绕组线圈的连接图（四条并联支路）小结 由于每相的极相组数等于极数，所有双层 叠绕组的最多并联支路数等于2p。实际支 路数a通常小于2p，且2p必须是a的整数 倍。 叠绕组的优点是，短距时端部可以节约用 铜量。缺点是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。4.3 正弦磁场下交流绕组的感应电动势一、导体的感应电动势1.电动势的波形2.正弦电动势的频率感应电动势的频率： 同步转速： 国家标准：f为50Hz 掌握：1.电动势是一个时间量 2. 频率和磁场转速的关系3.导体电动势的有效值 掌握：1.磁通的表示 2. 导体电动势和变压器中电动势的比较二、整距线圈的电动势匝电势单匝线圈电动势的有效值线圈有Nc匝，则线圈电动势为：三、短距线圈的电动势，节距因数短距线圈的节距y1，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kp1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Ec1(Nc=1)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Eq1为式中， 外接圆的半径。把R代入上式，得: 式中, qEc1 q个线圈电动势的代数和； kd1绕组的基波分布因数， kd1的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得q 个分布线圈的合成电动势Eq1 小于q个集中线圈的 合成电动势 qEc1 ，由此所引起的折扣 一个极相组的电动势为qNc 个线圈的总匝数； kw1=kp1kd1 绕组的基波绕组因数。kw1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N ：一相绕组的总串联匝数小结单个导体电动势 E1整距线圈电动势 Ec1短距线圈电动势 Ec1分布线圈组电动势 Eq1相电动势 E1=2pEq1/a线电动势