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1、第三篇交流电机的绕组电动势和磁动势第1页，共62页，编辑于2022年，星期二第十章第十章 交流电机的绕组和电动势交流电机的绕组和电动势交流电机的基本工作原理交流电机的基本工作原理交流电机的基本工作原理交流电机的基本工作原理交流绕组的构成交流绕组的构成交流绕组的构成交流绕组的构成 绕组绕组感应电势的分析绕组绕组感应电势的分析绕组绕组感应电势的分析绕组绕组感应电势的分析对交流绕组及其感应电势的要求对交流绕组及其感应电势的要求对交流绕组及其感应电势的要求对交流绕组及其感应电势的要求分析推导过程：分析推导过程：第2页，共62页，编辑于2022年，星期二交流电机交流电机 同步电机同步电机同步发电机同步发
2、电机同步电动机同步电动机异步发电机异步发电机异步电动机异步电动机异步电机异步电机同步电机同步电机同步电机同步电机异步电机异步电机异步电机异步电机交流电机的分类交流电机的分类第3页，共62页，编辑于2022年，星期二同步电机：多用作发电机使用，在不调速情况，同步电机：多用作发电机使用，在不调速情况，也用作电动机，可改变电网功率因也用作电动机，可改变电网功率因 数（通过调节励磁电流）。数（通过调节励磁电流）。基本结构基本结构定子：定子铁心、定子：定子铁心、定子：定子铁心、定子：定子铁心、定子绕组（电枢绕组）。定子绕组（电枢绕组）。定子绕组（电枢绕组）。定子绕组（电枢绕组）。转子：转子铁心（主磁极）
3、、转子：转子铁心（主磁极）、转子：转子铁心（主磁极）、转子：转子铁心（主磁极）、转子绕组（励磁绕组）。转子绕组（励磁绕组）。转子绕组（励磁绕组）。转子绕组（励磁绕组）。第4页，共62页，编辑于2022年，星期二第5页，共62页，编辑于2022年，星期二异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用 作发电机。作发电机。第6页，共62页，编辑于2022年，星期二两种类型的交流电机在涉及的基本电磁理论、两种类型的交流电机在涉及的基本电磁理论、基本结构原理方面具有下面三个共同部分：基本结构原理方面具有下面三个共同部分：交流绕组的基本结构交流绕组的基本结构 交流绕
4、组中感应的电动势交流绕组中感应的电动势 交流绕组产生的磁动势交流绕组产生的磁动势第7页，共62页，编辑于2022年，星期二10-110-1 交流电机的基本工作原理、交流电机的基本工作原理、对绕组的基本要求对绕组的基本要求一、交流电机的基本工作原理一、交流电机的基本工作原理1.1.1.1.同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理 当转动手柄使外磁铁转动时，转子磁极就会随之转动，当转动手柄使外磁铁转动时，转子磁极就会随之转动，当转动手柄使外磁铁转动时，转子磁极就会随之转动，当转动手柄使外磁铁转动时，转子磁极就会随之转动，重物就会上升。如果重物重量不大
5、，转子磁极转动的重物就会上升。如果重物重量不大，转子磁极转动的重物就会上升。如果重物重量不大，转子磁极转动的重物就会上升。如果重物重量不大，转子磁极转动的角速度总是等于外部磁铁的角速度。角速度总是等于外部磁铁的角速度。角速度总是等于外部磁铁的角速度。角速度总是等于外部磁铁的角速度。第8页，共62页，编辑于2022年，星期二思考：实际的同步电机如何产生旋转性质磁场的？思考：实际的同步电机如何产生旋转性质磁场的？思考：实际的同步电机如何产生旋转性质磁场的？思考：实际的同步电机如何产生旋转性质磁场的？第9页，共62页，编辑于2022年，星期二以发电机为例以发电机为例以发电机为例以发电机为例(机械能机
6、械能机械能机械能 电能电能电能电能)感应电动势的产生（感应电动势的产生（1 1）给励磁绕组通入直流电给励磁绕组通入直流电给励磁绕组通入直流电给励磁绕组通入直流电流，电机里就产生了磁场，流，电机里就产生了磁场，流，电机里就产生了磁场，流，电机里就产生了磁场，由原动机拖动主磁极以恒速由原动机拖动主磁极以恒速由原动机拖动主磁极以恒速由原动机拖动主磁极以恒速 ，逆时针旋转，磁场与定子，逆时针旋转，磁场与定子，逆时针旋转，磁场与定子，逆时针旋转，磁场与定子上的导体之间就有了相对运上的导体之间就有了相对运上的导体之间就有了相对运上的导体之间就有了相对运动（定子导体相对主磁极顺动（定子导体相对主磁极顺动（定
7、子导体相对主磁极顺动（定子导体相对主磁极顺时针旋转切割），于是，在时针旋转切割），于是，在时针旋转切割），于是，在时针旋转切割），于是，在定子绕组里便感应出交流电定子绕组里便感应出交流电定子绕组里便感应出交流电定子绕组里便感应出交流电势。势。势。势。第10页，共62页，编辑于2022年，星期二一根导体感应电势公式一根导体感应电势公式一根导体感应电势公式一根导体感应电势公式其中其中其中其中 导体所在处的磁通密度；导体所在处的磁通密度；导体所在处的磁通密度；导体所在处的磁通密度；导体的轴向长度；导体的轴向长度；导体的轴向长度；导体的轴向长度；磁场切割导体的线速度；磁场切割导体的线速度；磁场切割导体
8、的线速度；磁场切割导体的线速度；感应电动势的产生（感应电动势的产生（2 2）第11页，共62页，编辑于2022年，星期二电机的磁极对数（极对数电机的磁极对数（极对数电机的磁极对数（极对数电机的磁极对数（极对数 ）、感应电势的频率）、感应电势的频率）、感应电势的频率）、感应电势的频率及电机转速及电机转速及电机转速及电机转速 的关系的关系的关系的关系一对磁极电机一对磁极电机一对磁极电机一对磁极电机()()()()两对磁极电机两对磁极电机两对磁极电机两对磁极电机()()()()对磁极电机对磁极电机对磁极电机对磁极电机（转子转速（转子转速（转子转速（转子转速 单位为：单位为：单位为：单位为：）第12页
9、，共62页，编辑于2022年，星期二链接一对极电机感应电势频率动画链接一对极电机感应电势频率动画链接一对极电机感应电势频率动画链接一对极电机感应电势频率动画第13页，共62页，编辑于2022年，星期二链接两对极电机感应电势频率动画链接两对极电机感应电势频率动画链接两对极电机感应电势频率动画链接两对极电机感应电势频率动画第14页，共62页，编辑于2022年，星期二外部磁场旋转，转子也旋转，重物上升。但是转子外部磁场旋转，转子也旋转，重物上升。但是转子外部磁场旋转，转子也旋转，重物上升。但是转子外部磁场旋转，转子也旋转，重物上升。但是转子转速小于磁铁转速。转速小于磁铁转速。转速小于磁铁转速。转速小
10、于磁铁转速。2.2.异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理第15页，共62页，编辑于2022年，星期二定子：定子铁定子：定子铁心、心、定子绕组，定子绕组，与同步电机相与同步电机相同。同。转子：转子铁心、转子：转子铁心、鼠笼绕组鼠笼绕组第16页，共62页，编辑于2022年，星期二1 1 1 1）感应电动势的频率为）感应电动势的频率为）感应电动势的频率为）感应电动势的频率为 ；2 2 2 2）三相绕组感应的电动势应是对称的，相位上依）三相绕组感应的电动势应是对称的，相位上依）三相绕组感应的电动势应是对称的，相位上依）三相绕组感应的电动势应是对称的，相位上依 次相差次相差次相差次相差 时间角；
11、时间角；时间角；时间角；3 3 3 3）三相绕组感应的电动势波形应尽量接近正弦波）三相绕组感应的电动势波形应尽量接近正弦波）三相绕组感应的电动势波形应尽量接近正弦波）三相绕组感应的电动势波形应尽量接近正弦波 形；形；形；形；二、对交流绕组及其感应电动势的要求二、对交流绕组及其感应电动势的要求1.1.对交流绕组感应电动势的要求对交流绕组感应电动势的要求第17页，共62页，编辑于2022年，星期二2.2.对三相交流绕组的要求对三相交流绕组的要求1 1 1 1）绕组导体数一定情况的下，能产生较大的基波）绕组导体数一定情况的下，能产生较大的基波）绕组导体数一定情况的下，能产生较大的基波）绕组导体数一定
12、情况的下，能产生较大的基波 电动势，允许流过较大的电流，以便产生较大电动势，允许流过较大的电流，以便产生较大电动势，允许流过较大的电流，以便产生较大电动势，允许流过较大的电流，以便产生较大 的磁场；的磁场；的磁场；的磁场；2 2 2 2）电机转子转速应为同步速）电机转子转速应为同步速）电机转子转速应为同步速）电机转子转速应为同步速 ，这样转子磁切割，这样转子磁切割，这样转子磁切割，这样转子磁切割 交流绕组，交流绕组感应电动势的频为交流绕组，交流绕组感应电动势的频为交流绕组，交流绕组感应电动势的频为交流绕组，交流绕组感应电动势的频为 ；3 3 3 3）三相绕组在电机定子内圆应该对称分布的；）三相
13、绕组在电机定子内圆应该对称分布的；）三相绕组在电机定子内圆应该对称分布的；）三相绕组在电机定子内圆应该对称分布的；4 4 4 4）交流绕组在联结时应采用一定的方式保证感应）交流绕组在联结时应采用一定的方式保证感应）交流绕组在联结时应采用一定的方式保证感应）交流绕组在联结时应采用一定的方式保证感应 电动势波形应尽量接近正弦波形；电动势波形应尽量接近正弦波形；电动势波形应尽量接近正弦波形；电动势波形应尽量接近正弦波形；第18页，共62页，编辑于2022年，星期二10-2 10-2 三相绕组的构成三相绕组的构成及其感应电势及其感应电势 如右图，当转子的励如右图，当转子的励如右图，当转子的励如右图，当
14、转子的励磁绕组通入励磁电流磁绕组通入励磁电流磁绕组通入励磁电流磁绕组通入励磁电流产生的在定子内圆表产生的在定子内圆表产生的在定子内圆表产生的在定子内圆表面磁场分布情况（磁面磁场分布情况（磁面磁场分布情况（磁面磁场分布情况（磁力线表示）。力线表示）。力线表示）。力线表示）。下图是定子内圆磁密下图是定子内圆磁密下图是定子内圆磁密下图是定子内圆磁密的分布波形。的分布波形。的分布波形。的分布波形。一、转子产生的气隙主极磁一、转子产生的气隙主极磁一、转子产生的气隙主极磁一、转子产生的气隙主极磁场（磁密）的分布及波形场（磁密）的分布及波形场（磁密）的分布及波形场（磁密）的分布及波形第19页，共62页，编辑
15、于2022年，星期二凸极同步电机转子产生的磁场分布示意：凸极同步电机转子产生的磁场分布示意：凸极同步电机转子产生的磁场分布示意：凸极同步电机转子产生的磁场分布示意：第20页，共62页，编辑于2022年，星期二隐极同步电机转子产生的磁场分布示意：隐极同步电机转子产生的磁场分布示意：隐极同步电机转子产生的磁场分布示意：隐极同步电机转子产生的磁场分布示意：第21页，共62页，编辑于2022年，星期二电机气隙磁密波及其分解电机气隙磁密波及其分解:第22页，共62页，编辑于2022年，星期二二、名词解释（二、名词解释（1）空间电角度空间电角度空间电角度空间电角度 ：把一对主磁极表面占的空间距离用空间电：
16、把一对主磁极表面占的空间距离用空间电：把一对主磁极表面占的空间距离用空间电：把一对主磁极表面占的空间距离用空间电角度表示，定义为角度表示，定义为角度表示，定义为角度表示，定义为360360360360空间电角度。空间电角度。空间电角度。空间电角度。两极电机电角度两极电机电角度两极电机电角度两极电机电角度第23页，共62页，编辑于2022年，星期二四极电机电角度四极电机电角度四极电机电角度四极电机电角度第24页，共62页，编辑于2022年，星期二极距极距 ：定子内表面用长度表示的每极所占空间距：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离，可以用所跨槽数表示
17、，也可以用所占空间电角度表示。度表示。线圈节距线圈节距 ：一个线圈的两个线圈边沿定子内表面跨：一个线圈的两个线圈边沿定子内表面跨过的距离。过的距离。槽间角槽间角 ：一个定子槽在定子内圆表面所占的空间：一个定子槽在定子内圆表面所占的空间电角度。电角度。第25页，共62页，编辑于2022年，星期二三、导体、单匝和多匝线圈（整矩和短距）三、导体、单匝和多匝线圈（整矩和短距）及其感应电动势及其感应电动势单根导体单根导体多匝线圈多匝线圈单匝线圈（两根导体）单匝线圈（两根导体）第26页，共62页，编辑于2022年，星期二1.单根导体感应电动势分析单根导体感应电动势分析基波磁场感应的电势基波磁场感应的电势基
18、波磁场感应的电势基波磁场感应的电势基波磁场感应的电势有效值基波磁场感应的电势有效值基波磁场感应的电势有效值基波磁场感应的电势有效值第27页，共62页，编辑于2022年，星期二1.单根导体感应电动势分析单根导体感应电动势分析3 3次谐波磁场感应的电势有效值次谐波磁场感应的电势有效值次谐波磁场感应的电势有效值次谐波磁场感应的电势有效值3 3次谐波磁场感应的电势次谐波磁场感应的电势次谐波磁场感应的电势次谐波磁场感应的电势次谐波磁场感应的电势有效值次谐波磁场感应的电势有效值次谐波磁场感应的电势有效值次谐波磁场感应的电势有效值思考：思考：思考：思考：红色导体感应的电动红色导体感应的电动红色导体感应的电动
19、红色导体感应的电动势和黄色导体感应电势和黄色导体感应电势和黄色导体感应电势和黄色导体感应电动势有何区别？动势有何区别？动势有何区别？动势有何区别？第28页，共62页，编辑于2022年，星期二2.单匝线圈和多匝感应电动势分析单匝线圈和多匝感应电动势分析如果黄色和红色导体串联构成一个单匝线圈其基波电如果黄色和红色导体串联构成一个单匝线圈其基波电如果黄色和红色导体串联构成一个单匝线圈其基波电如果黄色和红色导体串联构成一个单匝线圈其基波电势：势：势：势：如果是一个匝数为如果是一个匝数为如果是一个匝数为如果是一个匝数为 线圈其基线圈其基线圈其基线圈其基波电势：波电势：波电势：波电势：其其其其 次谐波电势
20、：次谐波电势：次谐波电势：次谐波电势：第29页，共62页，编辑于2022年，星期二3.3.整矩、短距线圈感应整矩、短距线圈感应 电动势分析电动势分析整矩线圈整矩线圈整矩线圈整矩线圈第30页，共62页，编辑于2022年，星期二短矩线圈短矩线圈短矩线圈短矩线圈第31页，共62页，编辑于2022年，星期二短距线圈的感应电动势计算短距线圈的感应电动势计算 基波电动势基波电动势基波电动势基波电动势头尾第32页，共62页，编辑于2022年，星期二短距线圈谐波电动势有效值短距线圈谐波电动势有效值短距线圈谐波电动势有效值短距线圈谐波电动势有效值 基波短距系数基波短距系数短距线圈基波电动势有效值短距线圈基波电动
21、势有效值短距线圈基波电动势有效值短距线圈基波电动势有效值次谐波短距系数次谐波短距系数 短距短距短距短距系数的物理意义：系数的物理意义：系数的物理意义：系数的物理意义：采用采用采用采用短距线圈短距线圈短距线圈短距线圈要比相同匝数的要比相同匝数的要比相同匝数的要比相同匝数的整矩线圈整矩线圈整矩线圈整矩线圈感应电势要小，感应电势要小，感应电势要小，感应电势要小，其减小的倍数即为其减小的倍数即为其减小的倍数即为其减小的倍数即为短距短距短距短距系数。系数。系数。系数。第33页，共62页，编辑于2022年，星期二线圈组：由依次相邻一个槽的线圈组：由依次相邻一个槽的 个结构相同的线圈串个结构相同的线圈串联构
22、成的一组线圈组，称为线圈组。联构成的一组线圈组，称为线圈组。四、名词解释（四、名词解释（2）每极每相槽数每极每相槽数 ：每个主磁极下一相所占的槽数。：每个主磁极下一相所占的槽数。当当当当集中绕组集中绕组集中绕组集中绕组分布绕组分布绕组分布绕组分布绕组分数槽绕组分数槽绕组分数槽绕组分数槽绕组第34页，共62页，编辑于2022年，星期二12345678AX分布绕组实例分布绕组实例分布绕组实例分布绕组实例第35页，共62页，编辑于2022年，星期二五、分布绕组基波与谐波电势分析五、分布绕组基波与谐波电势分析第36页，共62页，编辑于2022年，星期二线圈组感应电动势的计算线圈组感应电动势的计算 图示
23、，图示，三个整距线圈组成的线圈三个整距线圈组成的线圈组基波电动势相量为组基波电动势相量为 。第37页，共62页，编辑于2022年，星期二 分布系数的物理意义：分布系数的物理意义：分布系数的物理意义：分布系数的物理意义：采用分布放置的绕组要比相同匝数下集中放置的绕组产采用分布放置的绕组要比相同匝数下集中放置的绕组产采用分布放置的绕组要比相同匝数下集中放置的绕组产采用分布放置的绕组要比相同匝数下集中放置的绕组产生的感应电势要小，其减小的倍数即为分布系数。生的感应电势要小，其减小的倍数即为分布系数。生的感应电势要小，其减小的倍数即为分布系数。生的感应电势要小，其减小的倍数即为分布系数。次谐波分布系数
24、次谐波分布系数 基波分布系数基波分布系数基波分布系数基波分布系数线圈组的谐波电动势线圈组的谐波电动势线圈组的谐波电动势线圈组的谐波电动势第38页，共62页，编辑于2022年，星期二单层集中整距绕组实例（两极）单层集中整距绕组实例（两极）单层集中整距绕组实例（两极）单层集中整距绕组实例（两极）六六、三相交流绕组联结实例、三相交流绕组联结实例1.1.1.1.第39页，共62页，编辑于2022年，星期二单层集中整距绕组实例单层集中整距绕组实例单层集中整距绕组实例单层集中整距绕组实例(四极四极四极四极)2.2.2.2.第40页，共62页，编辑于2022年，星期二第41页，共62页，编辑于2022年，星
25、期二第42页，共62页，编辑于2022年，星期二双层分布短距绕组实例（两极）双层分布短距绕组实例（两极）双层分布短距绕组实例（两极）双层分布短距绕组实例（两极）3.3.3.3.第43页，共62页，编辑于2022年，星期二双层分布短距绕组联结实例（两极）双层分布短距绕组联结实例（两极）双层分布短距绕组联结实例（两极）双层分布短距绕组联结实例（两极）第44页，共62页，编辑于2022年，星期二4.4.4.4.三相双层分布短距绕组的安排（四极）三相双层分布短距绕组的安排（四极）三相双层分布短距绕组的安排（四极）三相双层分布短距绕组的安排（四极）第45页，共62页，编辑于2022年，星期二第46页，共
26、62页，编辑于2022年，星期二第47页，共62页，编辑于2022年，星期二第48页，共62页，编辑于2022年，星期二第49页，共62页，编辑于2022年，星期二第50页，共62页，编辑于2022年，星期二第51页，共62页，编辑于2022年，星期二第52页，共62页，编辑于2022年，星期二第53页，共62页，编辑于2022年，星期二第54页，共62页，编辑于2022年，星期二第55页，共62页，编辑于2022年，星期二第56页，共62页，编辑于2022年，星期二第57页，共62页，编辑于2022年，星期二七、一相绕组的电动势七、一相绕组的电动势 一相绕组的电动势一相绕组的电动势一相绕组的
27、电动势一相绕组的电动势“等于等于等于等于”一条支路中线圈组的数目乘以每个线圈一条支路中线圈组的数目乘以每个线圈一条支路中线圈组的数目乘以每个线圈一条支路中线圈组的数目乘以每个线圈组的电动势。组的电动势。组的电动势。组的电动势。对于单层绕组：对于单层绕组：对于单层绕组：对于单层绕组：一相有一相有一相有一相有p p p p个线圈组，它们可以串、并、混三种连接方法。个线圈组，它们可以串、并、混三种连接方法。个线圈组，它们可以串、并、混三种连接方法。个线圈组，它们可以串、并、混三种连接方法。1)1)1)1)全并联：有全并联：有全并联：有全并联：有p p p p条并联支路，条并联支路，条并联支路，条并联
28、支路，a=pa=pa=pa=p，每条支路只有一个线圈；，每条支路只有一个线圈；，每条支路只有一个线圈；，每条支路只有一个线圈；2)2)2)2)全串联：全串联：全串联：全串联：a=1a=1a=1a=1，每条支路有，每条支路有，每条支路有，每条支路有p p p p个线圈串联；个线圈串联；个线圈串联；个线圈串联；3)3)3)3)混联：每条支路有混联：每条支路有混联：每条支路有混联：每条支路有 个线圈串联。个线圈串联。个线圈串联。个线圈串联。第58页，共62页，编辑于2022年，星期二对于双层绕组：对于双层绕组：对于双层绕组：对于双层绕组：一相有一相有一相有一相有2p2p个线圈组，它们也可以串、并、混
29、三种个线圈组，它们也可以串、并、混三种个线圈组，它们也可以串、并、混三种个线圈组，它们也可以串、并、混三种连接方法。连接方法。连接方法。连接方法。1)1)全并联：有全并联：有全并联：有全并联：有2p2p条并联支路，条并联支路，条并联支路，条并联支路，a=2pa=2p，每条支路只有一个线，每条支路只有一个线，每条支路只有一个线，每条支路只有一个线 圈；圈；圈；圈；2)2)全串联：全串联：全串联：全串联：a=1a=1，每条支路有，每条支路有，每条支路有，每条支路有2p2p个线圈串联；个线圈串联；个线圈串联；个线圈串联；3)3)混联：每条支路有混联：每条支路有混联：每条支路有混联：每条支路有 个线圈
30、串联。个线圈串联。个线圈串联。个线圈串联。第59页，共62页，编辑于2022年，星期二 每相串联匝数；每相串联匝数；每相串联匝数；每相串联匝数；电机极对数；电机极对数；电机极对数；电机极对数；每极每相槽数；每极每相槽数；每极每相槽数；每极每相槽数；每相绕组并联支路数。每相绕组并联支路数。每相绕组并联支路数。每相绕组并联支路数。一相绕组基波、谐波电势有效值一相绕组基波、谐波电势有效值基波绕组系数；基波绕组系数；基波绕组系数；基波绕组系数；谐波绕组系数；谐波绕组系数；谐波绕组系数；谐波绕组系数；第60页，共62页，编辑于2022年，星期二八、例题八、例题八、例题八、例题 由一三相交流分布绕组，定子
31、槽数由一三相交流分布绕组，定子槽数由一三相交流分布绕组，定子槽数由一三相交流分布绕组，定子槽数Z Z Z Z1 1 1 1=36,=36,=36,=36,极数极数极数极数2p=42p=42p=42p=4，计算基波、五次谐波、七次谐波电动势的分布系数。计算基波、五次谐波、七次谐波电动势的分布系数。计算基波、五次谐波、七次谐波电动势的分布系数。计算基波、五次谐波、七次谐波电动势的分布系数。说明：说明：说明：说明：当采用分布绕组时，在基当采用分布绕组时，在基当采用分布绕组时，在基当采用分布绕组时，在基波电动势稍稍有所减小的波电动势稍稍有所减小的波电动势稍稍有所减小的波电动势稍稍有所减小的同时，谐波电动势则大幅同时，谐波电动势则大幅同时，谐波电动势则大幅同时，谐波电动势则大幅度消弱，从而改善电动势度消弱，从而改善电动势度消弱，从而改善电动势度消弱，从而改善电动势的波形。的波形。的波形。的波形。第61页，共62页，编辑于2022年，星期二转子三次谐波磁场模型九、基波、谐波电动势有效值总结九、基波、谐波电动势有效值总结第62页，共62页，编辑于2022年，星期二