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第四章 交流电机绕组的电动势和磁动势(4)

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交流电机绕组的基本理论

交流电机绕组的基本理论


Y.Q.Xiong 2010-06 第4章 交流电机绕组的基本理论
15
相绕组磁动势及 其基波分量动画
基波表达式 f1(t, ) Fm1 sin t cos
基波振幅
Fm1

0.9
NkN1I p
串联匝数
N


2 pqNc a
pqN c a
(双层绕组) (单层绕组)
电机学 Electric Machinery
华中科技大学 电气与电子工程学院
熊永前
2010.06
Y.Q.Xiong 2010-06 第4章 交流电机绕组的基本理论
1
4.3 交流绕组磁动势
1. 单相绕组磁动势
(1) 单层集中相绕组的磁动势
Z=6，p=1，三相单层绕组。q=1，相当于集中绕组，每相只 有1个整距线圈。
磁动势空间矢量的长度代 表幅值的大小，矢量的位 置代表幅值所处的空间位 置。
将各线圈的基波磁动势矢
量相加得到分布相绕组磁
动势基波矢量。
Y.Q.Xiong 2010-06 第4章 交流电机绕组的基本理论
8
考虑到一般情况，对于q个线 圈，合成磁动势基波是q个依 次位移α1度的正弦波叠加而成 。
采用磁动势迭加原理，三个线圈分别产生矩形波磁动势。
将三个矩形波叠加起来，得到阶梯波脉振磁动势。
Y.Q.Xiong 2010-06 第4章 交流电机绕组的基本理论
7
用迭加原理求合成磁动势
三个线圈分别产生矩形波 磁动势。磁动势波形一样 ，依次位移槽距电角α1度 。
各线圈磁动势的基波分量 为空间分布正弦波，和时 间相量相似，可以用空间 矢量来表示。

f y (t, ) Fy cos 1,3,5,
第4章 交流电动机的磁动势、绕组和感应电动势

第4章 交流电动机的磁动势、绕组和感应电动势


60 f p
三相笼形异步电机和三相绕线式异步电动机
4.1 交流电机绕组产生的磁动势
定子绕组： 安放在定子铁心
槽里的交流电
枢绕组。
线圈
交流绕组的一些基本量
(1)电角度与机械角度 • 电机圆周在几何上分成 360°，这个角度称为机
械角度 • 若电机磁场在空间按正弦规律分布 • 当有导体经过 N、S 一对磁极时 • 导体中所感应（正弦）电动势的变化为一个周期，
1t
)
121NNy 2
y
2I cos1t 2I cos1t
2
2
3
2
2
4.1 交流电机绕组产生的磁动势
4.1.1 单相集中整距绕组的磁动势
4. 磁动势的幅值随时间变化
• 时间不同，磁动势的幅值大小也不同，磁动势的 幅值在随时间交变。(P74 图4-2)
• 或者可以把这种交变称为脉振。 • 这种不能移动只能脉振的磁动势，叫脉振磁动势。
磁动势以傅氏级数展开后的表示式为：
f ( ,1t) f1 f3 f5...
41
2
2
I1N1 p
c os1t
cos
1 3
4
1 2
2
I1N1 p
c os1t
cos3
1 4 1
5 2
2
I1N1 p
c os1t
cos5
...
公式中只列出了基波、3次和5次谐波，还有7次、9 次等高次谐波。
图4.4 矩形波磁动势的基波及谐波分量
fy
X
A2
X
O
1
2 iN y
a
A
X
2
4.1 交流电机绕组产生的磁动势
交流电动机绕组及其电动势和磁势

交流电动机绕组及其电动势和磁势


4.5 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（见 P114 图 4-14），故 v =3，5，7，9，11…… 一、高次谐波电动势
1. 谐波电动势
⑴谐波磁场的极对数：p v = v p
p——基波磁场的极对数
⑵谐波磁场的极距：τ v =τ/ v
τ——基波磁场的极距
设线圈为Nc匝数，则有： E y1 = 4.44 fN cΦ1k y1 四、线圈组电动势及分布系数
q 个线圈组成，集中绕组： Eq1 = 4.44 fqN ck y1Φ1
分布绕组： Eq1(q>1) = 4.44 fqN c k y1Φ1kq1
sin qα
分布系数： kq1 =
2 α
q sin
2
绕组系数： K w1 = k y1kq1
河北科技大学教案用纸 第四章 交流电机绕组电动势及磁动势
第1页
4.1 交流绕组的构成原则和分类
一、构成原则
1. 合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦形（基波、谐波）
2. 三相绕组对称（节距、匝数、线径相同、空间互差 120ο电角度）
（即保证各相电动势磁动势对称，电阻电抗相同）
3. 铜耗 pou减小，用铜量减少。
120 度相带——将一对磁极分成 m 份，每份所占电角度 8.极相组——将一个磁极下属于同一相（即一个相带）的 q 个线圈，按照一定方 式串联成一组，称为极相组（又称为线圈组）。 9.线圈组数 = 线圈个数/ q
电气工程系
河北科技大学教案用纸
4.2 三相双层绕组
一、特点：
⑴每个槽内放置上下两个线圈边 ⑵线圈个数等于槽数 Q1 （定子）
a
式中:a 为并联支路数
(完整版)电机学第五版课后答案_(汤蕴璆)

(完整版)电机学第五版课后答案_(汤蕴璆)

涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。经验公式 。与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为0.025m（铁心由0.35mm的DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为0.93，不计漏磁，试计算：(1)中间心柱的磁通为 Wb，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；
解：
槽距角
基波绕组系数
5次谐波绕组系数
7次谐波绕组系数
每相绕组串联匝数
4-19试求题4-11中的发电机通有额定电流，一相和三相绕组所产生的基波磁动势幅值。发电机的容量为12000kW，，额定电压（线电压）为6.3kV，星形联结。
解：
相磁动势幅值
三相磁动势幅值
4-21试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称两相正序电流时；（2）三相绕组一相（例如C相）断线时。
解：（1）归算到一次侧等效电路的参数：
空载试验在低压侧进行 ，
折算到高压侧：
短路试验在高压侧进行
所以：
即： ，
（2）标幺值：
高压侧的电阻基准值
，
，
（3）变压器额定电压调整率和额定效率：
（4）变压器效率最大时，可变损耗等于不变损耗
最大效率：
2-20有一台三相变压器， ， ，Y,d11联结组。变压器的开路及短路试验数据为
解：
第三章直流电机的稳态分析
3-9一台四极82kW、230V、970r/min的他励直流发电机，电枢上共有123个元件，每元件为一匝，支路数 。如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试计算当电机输出额定电流时的电磁转矩。
第四章-交流绕组的基本问题

第四章-交流绕组的基本问题

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1.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）。

2.槽距角α:相邻两槽之间的机械角度槽距电角α1:相邻两槽间相距的电角度4.2三相交流绕组1.极距一个极在电机定子圆周上所跨的距离，一般以槽数计每极每相槽数整个电机定子中每相在每个极下所占有的槽数2.线圈组：每相绕组中相邻的线圈串联在一起称为一个线圈组，一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q4.3交流绕组的电动势1.短距系数短距系数的物理意义：是短距线圈电动势与对应的整距线圈电动势之比分布系数分布系数的物理意义：分布线圈组合成感应电动势比集中线圈组合成电动势所打的折扣绕组系数2.导体电势，匝电势，线圈电势，线圈组电势和相电势的求法(重点)导体电势匝电势线圈电势线圈组电势相电势(附：4.高次谐波感应电动势的危害：(1)使发电机的电动势波形变坏(2)发电机本身损耗增加，温升增高(3)谐波电流串入电网，干扰通信5.削弱感应电动势谐波的方法:(1)使气隙中的磁场分布尽可能接近正弦波(2)采用对称的三相绕组(使线电动势不存在3次谐波及其倍数的奇次谐波)(3)采用短距绕组(4)采用分布绕组(5)采用磁性槽楔、斜槽或分布槽绕组6.采用短距绕组削弱谐波电动势(通常选y1=5/6τ以同时削弱5、7次谐波)7.对称三相绕组线电动势中不存在3及3的倍数次谐波的原因是：三相相电动势中的三次谐波在相位上彼此相差3*120°=360°，即它们是同相位、同大小的。

当三相绕组接成星形时，E AB3=E A3-E B3=0,所以对称三相绕组的线电动势中不存在3次谐波，同理也不存在3的倍数次谐波。

4.4交流绕组的磁动势1.脉振磁动势：空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁动势2.一个线圈所产生的磁动势的基波幅值：一个极相组所产成的磁动势基波幅值：一相绕组产生的磁动势每极基波幅值：第n次谐波磁动势（1）单相绕组磁动势是脉振磁动势，既是时间t的函数又是空间θ角的函数（2）单相绕组磁动势v次谐波的幅值与v成反比，与对应的绕组系数成正比（3）基波、谐波的波幅必在相绕组的轴线上（4）为了改善磁动势波形，可以采用短距和分布绕组来削弱高次谐波3.三相基波合成磁动势:三相基波合成磁动势的性质(重点):(1)三相合成磁动势的基波是一个波幅恒定不变的旋转波(2)当电流在时间上经过多少电角度，旋转磁动势在空间上转过同样数值的电角度(3)旋转磁动势基波旋转电角速度等于交流电流角频率；旋转磁动势的转速n1为同步转速(4)旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后的相电流所在的相绕组轴线，因此，哪相电流达到最大值，旋转合成磁动势的幅值就在那相绕组的轴线上(5)合成磁动势的旋转方向取决于三相电流相序。

第4章交流绕组及其电动势和磁动势

第4章交流绕组及其电动势和磁动势

对多极、并联导体截面较大的交流电机，为节 约极间连线用铜量，常采用波绕组。多用于多极水 轮发电机定子绕组和绕线转子感应电机转子中。
波绕组的连接规律：把所有N极下属于同一相的 线圈依次串联起来组成一组，再把S极下属于同一 相的线圈依次串联起来，组成另一组，根据需要将 这两组串联或并联，就构成一相绕组。
3.连相绕组： 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并
标记首尾端。
串联与并联，电势相加原则。 按照同样的方法 构造其他两相。
4.连三相绕组 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组
△接法或者Y接法
例：一台交流电机定子槽数Z=36，极数2p=4，并联支 路数a =2， y1=7，试绘制三相双层叠绕组展开图。
4.1.2异步电机的基本工作原理
1、电生磁：三相对称绕组通
往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。
2、磁生电：旋转磁场切割
转子导体感应电动势和电流。
3、电磁力：转子载流（有功
分量电流）体在磁场作用下受 电磁力作用，形成电磁转矩， 驱动电动机旋转，将电能转化 为机械能。
V2
•
W1
•
n1 •
••nຫໍສະໝຸດ U1•U2Q
36
此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。
相带绕组：每 个相带各占 电角度。
三相双层绕组的槽电动势星形图
(Q 36,2 p 4)
相带
极 槽号 A
ZB X
C
Y
对
第一对极下 （1槽~18槽） 1,2,3 4,5,6 7,8,9 10,11,12 13,14,15 16,17,18
第二对极下 （19槽~36槽）19,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36
电机与拖动基础试题库及答案

电机与拖动基础试题库及答案

《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。

(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。

（E a〈U；E a〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。

（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。

（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。

（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。

（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。

（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。

（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。

（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。

（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。

（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。

（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。

电机学第四章交流电机绕组的基本理论

电机学第四章交流电机绕组的基本理论


4.3.2 在非正弦分布磁场下 电动势中的谐波
由于种种原因（定转子铁芯开槽、主极的外形、
铁心的饱和、气隙磁场的非正弦分布）， 主极磁
场在气隙中不一定是正弦分布， 此时 Nhomakorabea组感应电
势除基波还有一系列高次谐波电势。
通常，主极磁场的分布与磁极中心线相对称，
故气隙磁场中含有奇次空间谐波： ＝1、3、
5…
一、主极磁场产生次谐波的性质
• 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。 • 若p个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势 • 若p个线圈组全部串联则相电势=p 倍 线圈组电势 • 实际线圈组可并可串，总串联匝数
每相总匝数 pqNc N1 ＝ 并联支路数 a
• 相电势：
E 4.44 fN11 kN1
双层绕组的电势
二、相电动势和线电动势大小
交流绕组合成 相电势:
E E E E
2 1 2 3 2 5
E 1 1 (
交流绕组线电势
星形
E 3 E 1
2 l1
) (
2
E 5 E 1
)
2
El E E
2 l5
3 E E
2 1 2 5
三角形
El E E
• 只考虑磁场基波时， 感应电势为正弦波。
感应电势的频率
• 磁场转过一对极，导体中的感应电势变化一个周期； • 磁场旋转一周，转过p（电机的极对数）对磁极； • 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. • 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？
二、设计原则： 1、正弦分布磁场在导体中产生正弦波电动势
电机学第四章交流电机绕组基本理论第四讲

电机学第四章交流电机绕组基本理论第四讲

F C1
F B1
F A1
F1
+B
F A 1 F B 1 F C 1
+C
θ=120°
θ=120°
t 120
F A1
+B θ=120°
+A θ=0°
F B1
F A 1 F B 1 F C 1
F C1
F1
+C
θ=120°
t 240
2 圆形和椭圆形旋转磁动势
圆形旋转磁动势:对称的三相绕组中流过对称的三相电流时，气隙中的合成磁动势是一个 幅值恒定、转速恒定的旋转磁动势，其波幅的轨迹是一个圆，故这种磁动势称为圆形旋 转磁动势，相应的磁场称为圆形旋转磁场。
2 3
)
fC1
Fm1
cos(t
4 3
)
cos(
4 3
)
t /3
fA1 ( ) 0.5Fm1cos
π/3
fB1( ) 0.5Fm1cos( 120 )
fC1( ) Fm1cos( 240 )
1.1.2 矢量图法求合成磁动势基波 ωt=2π/3时，三相的基波合成磁动势
t 2 / 3 fA1( ) 0.5Fm1cos fB1( ) Fm1cos( 120 ) fC1( ) 0.5Fm1cos( 240 )
C相绕 组轴 线
B相绕 组轴 线
1.2三相绕组的基波合成磁动势性质 如何改变旋转磁动势的转向？ 改变电流的相序可以改变旋转磁动势的转向
1.2三相绕组的基波合成磁动势性质 三相绕组合成磁动势基波的特点： 性质：三相对称绕组通入三相对称电流产生的三相合成磁动势基波是一个波幅恒定不变的旋
转磁动势—圆形旋转磁动势
1.1.1 解析法求合成磁动势基波 三角公式积化和差：
第四章交流绕组及其电动势和磁动势详解

第四章交流绕组及其电动势和磁动势详解


2 Bav B1
Bav ：平均磁密
f f E1 B1 2f B1l Bav l 1 2.22 f1 2 2 2 2
l f 2
E1 2.22 f1
1 ：一极下磁通量
整距线圈的感应电动势Ec1 y1 则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，另一根 导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应电势瞬时值总 是大小相等，方向相反，设线圈匝数Nc，则整距线圈的电势为
节距 线圈两边所跨定子圆周上的距离，用y1表示，y1应接近极距τ
＝整距 Q y1 短距 ＝ 2p 长距
槽距角 相邻两槽间的电角度
p 3600 Q
每极每相槽数
Q : 定子槽数
Q m:相数 p:极对数 q 2 pm 即每一个极下每相所占的槽数
2.1 槽电势星形图和相带划分
11 13 15 17 19 21
A
图4-8
X
单层链式绕组中A相的展开图 (2p=6,Q=36)
这种绕组主要用在q=偶数的小型四极、六极感应电动机中。如q 为奇数，则一个相带内的槽数无法均分为二，必须出现一边多， 一边少的情况。因而线圈的节距不会一样，此时采用交叉式绕组。
交叉式绕组 主要用于q=奇数的小型四极、六极电机中，采用不等距线圈。 三相四极36槽定子，绘制交叉式绕组展开图
E E 2E 4.44 fN E c1 1 1 1 c 1
短距线圈的电动势，节距因数 短距线圈的节距y1<τ，用电角度表示时
y1

180
E E E c1 1 1
180 y1 Ec1( N c 1 ) 2 E1 cos 2 E1 sin 90 2 y1 4.44 f sin 90 4.44 fk p1
交流绕组的电动势和磁动势

交流绕组的电动势和磁动势

交流绕组的电动势和磁动势
三相对称绕组在一对磁极中相带具有什么分布规律？
课程导入
课程导入
A-Z-B-X-C-Y
课程讲解
课程总结
课后作业
2023年4月25日星期二11时0分23秒
课程导入
课程导入
旋转磁场是交流电机工作的基础，在交流电机理论中有两种旋转磁场
1、机械旋转磁场
课程讲解
通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。
课程导入
课程讲解
课程总结
课后作业
用图解法分析——不同时刻三相合成磁动势
三相对称绕组通入三相对称电流，产生的
课程导入
基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆
形旋转磁动势，它有以下主要性质：
课程讲解
(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍。
课后作业
Bm——磁通密度的最大值
Bav——正弦分布磁通密度的平均值， Bav=
2 Bm

一根导体电动势的有效值与电动势的频率和每极磁通量成正比，频率一定时，电动势
仅与每极磁通量的大小成正比。
二、线圈中的感应电动势
课程导入
1、整距线圈的电动势
课程讲解
课程总结
c1
E t Ec1-Ec2
Et
E c1 2.22 fΦ1
ky1 sin
y1

90
采用短距线圈主要为了削弱高次谐波，从而改善波形。
c2
三、线圈组的电动势
2、分布绕组
课程讲解
课程总结
课后作业
E q 4.44fqk y1Φ1
S
q个线圈为集中绕组
N
课程导入
S
N
1、集中绕组

华中科技大学_电机学__第四章_交流电机绕组(完美解析)

将属于同一相的p个线圈组串、并联成一相绕组，并标记首尾端
◎ 并联支路数a：一相绕组中并联支路的个数，即因各个线圈组 的感应电动势相等，可以采用串、并联方式将q个线圈组连接，形 成a条并联支路。 ◎ 单层绕组每相最大并联支路数 amax = p
a=1
A1 A
X1
A2
X2 X
a=2
26
④ 画出三相绕组：
每极磁通 1
2

Bm1l
1 f 2
导体感应电动势
Ec1 2.22 f1
44
2. 线圈电动势与短距系数
线圈电动势有效值
y1 π E y1 N c Ec1 2 sin( ) 2
将一对极下属于同一 相的某两个导体连接 ，构成一个线圈 将一对极下属于同一 相的q个线圈连接，构 成一个线圈组

A1
X1
A2
X2
24
线圈组：每相绕组中， 相邻的线圈串联在一起，称为一个线 圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数q。 线圈组 线圈组
A1
X1
A2
X2
线圈
25
④ 构成一相绕组：
A相绕组整体右移120°得B相绕组，整体右移240 °得C相绕组
27
总结：单层叠绕组构造方法和步骤
画槽电动势星形图
分极分相:
将总槽数按极数均匀分开，N、S极相邻分布 将每个极的槽数按三相均匀分开，三相在空间错开120°电角度
构成线圈和线圈组：
将一对极下属于同一相的某两个圈边连接，构成一个线圈 将一对极下属于同一相的q个线圈连接，构成一个线圈组
构成一相绕组：
将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端 根据并联支路数将线圈组串联、并联或串并联，均符合电势相加原则

第四章 交流绕组及其电动势和磁动势


·
·
其有效值為
Ec1( Nc 1) 4.44 f 1
若線圈有Nc匝
Ec1 4.44 fNc1
(4-1)
三、短距線圈的電動勢，節距因數
河北科技大學電氣資訊學院
短距線圈的節距y＜τ,所對應的角度為
若導線為單匝,其線圈電動勢為:
2、正弦電動勢的頻率 設p=1,故機械角度等於電角度， n f 轉子每分鐘轉n圈，則 60
若極對數為p，則轉子轉一圈 電動勢將變化p個週期，故
pn f 60
在我國因f=50Hz，當p=1時, n=3000r/min,
當p=2時, n=1500r/min
以此類推 3、導體感應電動勢的有效值
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所以
2 E1 2
2 f B1 l 2.22 f
二、整距線圈的電動勢 如圖所示，當y1=τ時
E1 2E1 Ec1 E1
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,
n v D 2 f 代入E1中 將 60 B1l E1 2 f 2 fB1 l 2 2 2 Bav l B1 l 又因 Bav B1
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Q 24 q 4 2 pm 2 3
按電動勢最大原則，將定子繞組分成6個相帶，每個相帶的 槽號如下：
相帶 槽號 A 23,24,1, 2 Z 3,4,5,6 B 7,8,9,10 X C Y
11,12,13 15,16,17 19,20,21 ,14 ,18 ,22
對A相而言，將1-12連在一起組成大圈，2-11 連在一起組成小圈，再將13-24，14-23連在 一起組成另一個線圈，最後將兩個線圈反向 聯接即可。

电机学_(孙旭东_著)_科技出版社_课后答案_电机学习题与题解第四章 交流绕组及其电动势和磁动势

旋转磁动势时， iB 的表达式应是怎样的？ 解：设 iB = I m cos( ωt − β ) A 相： i A = I m cos ωt B 相： iB = I m cos( ωt − β ) 所以
⇒ f A1 = Fφ1 cos x cos ωt ⇒
f B1 = Fφ 1 cos( x − 90o − α ) cos( ωt − β )
设 i A = I m cos ωt , 则 iB = − I m cos ωt
f A1 = Fφ1 cos x cos ωt
f B1 = − Fφ1 cos( x − 120o ) cos ωt
所以合成磁势
f1 = f A1 + f B1 = Fφ 1 cos x cos ωt − Fφ 1 cos( x − 120o ) cos ωt
4-12 有一三相双层绕组， Q=36，2p=4， f=50Hz， y1 =
齿谐波的绕组因数。若绕组为星形联结，每个线圈有两匝，基波磁通φ1 =0.74Wb，谐 波磁场与基波磁场之比 B5 B1 = 1 25 ， B7 B1 = 1 49 ， 每相只有一条支路， 试求基波、 5 次和 7 次谐波的相电动势。 解： q =
Nk w1 I φ = 18271A p
相磁动势幅值 Fφ 1 = 0.9
三相磁动势幅值 F1 =
m1 Fφ 1 = 1.5 × 18271A = 27407 A 2
4-21 试分析下列情况下是否会产生旋转磁动势，转向怎样？（1）对称两相绕组内通以对称 两相正序电流时； （2）三相绕组一相（例如 C 相）断线时。 解：(1) 设 i A = I m cos ωt , 则 iB = I m cos( ωt − 90 )
Q 36 = =3 2mp 3 × 4

-大二（下）电机与电力拖动期末复习题

第一部分直流电机一、填空题：1．当端电压U小于电枢电势Ea直流电机运行于状态。

2．可用电枢电压U与电枢中感应电动势E的大小关系来判断直流电机的运行状态，当时为电动机状态，当时为发电机状态。

3．直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向。

4．直流电机的电磁转矩是由和共同作用产生的。

5．直流发电机中，电枢绕组中的感应电动势是的，电刷间的感应电动势是的。

6．在直流电动机中，电枢绕组的受力方向与运动方向，是拖动性质的转矩。

7．直流电机的励磁方式有，，，。

8、一台并励直流发电机，正转时能自励，反转时自励；二、判断题1．并励直流发电机正转时如能自励，如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，则电机不能自励。

　( )2．一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。

（）3．一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。

（）4．一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。

（）三、选择题1．直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。

（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2．直流电机的电枢电势的大小等于（）。

A、绕组一条支路中各导体的感应电动势之和；B、S极下所有导体的感应电动势之和；C、N极下所有导体的感应电动势之和；D、电枢表面所有导体的感应电动势之和。

3.直流电动机的电刷的功用是( )。

A清除污垢 B. 引入直流电压、电流C.引出直流电压、电流D. 引出交流电压四、简答题1.什么是电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？公式中aTICTΦ=的应是什么磁通？Φ2、、并励直流发电机的自励条件是什么？五、计算题1．一台直流电动机的额定数据为：额定功率P N=17Kw，额定电压U N=220V，额定转速n N=1500r/min, 额定效率ηN=0.83。

求它的额定电流及额定负载时的输入功率。

2．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=220V，额定电枢电流I aN=75A，额定转速n N=1000r/min，电枢回路电阻R a=0.26Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=91Ω，额定负载时电枢铁损耗P Fe=600W，机械损耗P m=1989W。

第四章 磁动势

1
p
5 产生旋转磁动势的条件： 必须有两个或两个以上的绕组； 绕组的轴线在空间上必须错开（但不能互差0或180 ）； 绕组内的电流在时间上必须有相位差（但不能互差0或 180 ）。 6 对称m相绕组通过对称m相电流时，所生成的磁动势是一 个圆形旋转磁动势，转速为
n1 60 f1 p
• 单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按 正弦规律脉振。
f F cosx cos t
3、单相绕组的磁动势
结论： 1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时 间变化的脉振磁动势。 2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。
3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值 F1 0.9 N1kW 1 I p v 次谐波磁动势幅值为 N1k wv 1
1 三相绕组的合成基波磁动势
f1 ( , t ) F1 cos(t ) 3 N1k w1 F1 F 1 F1 1.35 I 2 p
F 1 0.9 N1k w1 I p
t 0
f1 ( , t ) F1 cos
iA 2 I cost 2 I I Am

三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点： 1 一个空间上正弦分布，幅值大小不变的圆形旋转磁动势 波。 2 合成基波磁动势的幅值是单相基波磁动势幅值的3/2倍。 3 若电流是正序A-B-C的，则磁动势波旋转方向是从A相转 向B相，再转向C相。 如果电流是负序A-C-B的，则磁动势波旋转方向是从A相 转向C相，再转向B相。 因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只 要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两 个（例如B端和C端）对调即可。 4 旋转磁场的电角速度在数值上等于定子电流的角速度， 其基波磁动势的同步转速 n 60 f1

第4章-交流电机绕组的基本理论

第四章 交流绕组的基本理论
交流旋转电机可以分为同步电机和异步电机两类。同 步电机和感应电机虽然励磁方式和运行特性有很大的差 别，但电机内部发生的电磁现象和机电能量转换的原理 却基本上是相同的，存在共性的问题，本章所要论述的 是：交流电机绕组的连接规律、正弦分布磁场下绕组的 电动势、非正弦分布磁场下的谐波电动势及其抑制和通 有正弦电流时绕组产生的磁动势。这些问题为后文研究 感应电机和同步电机的运行性能提供基础。
2006年3月20日星期一
武汉大学电气工程学院应黎明
τ
τ
τ
y1
y1
y1
y1 =τ 整距线圈
y1 <τ 短距线圈
y1 >τ 长距线圈
2006年3月20日星期一
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2. 单层绕组： 三相交流绕组由于每槽中只包含一个 线圈边，所以其线圈数为槽数的一半。三相单层绕 组比较适合于10KW以下的小型交流异步电机中， 很少在大、中型电机中采用。
叠绕组 波绕组
{单相绕组
按相数分 两相绕组
三相绕组
多相绕组
{ 每极每相槽数 整数槽 分数槽绕组
2006年3月20日星期一
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4.1.3 相关绕组概念的介绍
1. 极对数：指 电机主磁极 的对数，通 常用p表示。
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2. 机械角度： 一个圆周真 正的空间角 度为机械角 度360°
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每极磁通为：1 Bav l Bav
Ec1
Ec1m 2

Bm1lv 2

2 fBm1l

2

Bm1
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f K (a , t )
C cosa cos t
1,3,5

式中v=1，3，5…为谐波的次数，系数Cv为：
2 p Cv N K I sin v p 2 2 14
f K (a , t )
C cosa cos t
1,3,5

fy
基波磁动势
Fym
1、同步电机的基本工作原理
定子
定子铁心（电枢铁心） 定子绕组（电枢绕组）
组成
转子
转子铁心 主磁极
永久磁铁
励磁绕组：通以直流电流
（1）同步发电机工作原理
e b lv
方向由右手定则确定—导体感应电动势的瞬时实际方向
导体感应电动势的频率：每秒电动势变化的周期数
pn1 Hz f 60
（2）同步电动机工作原理
（5）绝缘可靠、机械强度高、散热条件好、制造方便。
对三相交流电机，要求三相绕组能感应出波形接近正弦、 有一定数值的三相对称电动势；

当三相绕组中流过三相对称的电流时，能产生接近圆形的 旋转磁动势。

绕组的相关概念： 1、线圈 • 绕组通常由外敷绝缘的铜线或铝线(例 如漆包电磁线)绕制成一定形状的线圈组
iA
iB
iC
Im
t
2、异步电机的基本工作原理 定子 组成 转子 定子铁心（电枢铁心） 定子绕组（电枢绕组） 转子铁心
鼠笼式 转子导体 绕线式绕组: 电线绕制而成,Y 联接,滑环引出,外接电阻 转子导体要形成闭合回路。
以三相异步电动机为例说明其工作原理
fem
n1 1
N
E2 2 I2 2
~
n
定子内嵌互差120°的三相对称 绕组AX、BY、CZ，将定子三相对 称绕组接入三相对称交流电，产生 旋转磁场。
qa sin 2 k 基波分布系数为： d 1 a q sin 2
y1 p k 基波短距系数为： q1 sin t 2
1 N1kdp 每相绕组产生的谐波磁动势幅值为： Fq 0.9 I p
式中，m为相数。
6、槽距角ac
相邻两槽之间所占有的电角度称槽距角，则有
p 360 180 ac 或a c Q mq
第一式的物理意义是定子内圆周有Q个槽，共含有电角 度为p×360°，则每槽占p×360°/ Q 电角度； 第二式的物理意义是每极所含有电角度为180°，为mq 个槽所占有，所以每槽占180°/ mq电角度。
若将旋转磁场看作静止磁场， n1 则转子上半部分导体是顺时针切割 S 静止磁场的，根据电磁感应定律， 转子导体内产生感应电动势，转子 上半部分导体中的感应电动势方向 f b li N 是指向纸面的，下半部分导体中感 应电动势方向从纸面指向外。 电机运行时，转子的转速 n 不会等于旋转磁场的转速 n1 所以称为异步电机

实际支路数通常小 于2P，且2P必须是a 的整数倍。

双层短距线圈的线圈组磁势
Fq1 2 Fq1上 cos
FK 1 4

2
2 Fq1上 k p1
k p1 cos

2
cos(1
t
y1
)90 sin

t
y1
90
2 N K I 0.9 N K I p 2
Fq1 qFK 1k d 1
五次谐波磁动势最大幅值。
还有七次、九次、十一次等高次谐波磁动势。
1 1 f K (a , t ) 0.9 N K I (cosa cos3a cos5a )cost 3 5
1、单层整距线圈组的磁动势
如q 3
Fq1 qFK 1
qa qa 2 R sin sin 2 2 k d1 a a q 2 R sin q sin 2 2
1 1 f (a ) f K (cos a cos 3a cos 5a ) p 3 5
4
设AX中通入交流电为：
i 2 I cos t
2NK I 4 1 1 f K (a , t ) (cosa cos3a cos5a )cost 2 p 3 5 f K 1 f K 3 f K 5 ...
P2
Q 36
m3
36 τ 9 2p
36 q 3 2 p3
绘制槽电势星形图和相带划分同上，按y1=8绘制 各个相带槽号分布
相带 第一 对极 第二 对极 A
1，2，3
Z
4，5，6
B
7，8，9
X
10，11，12
C
13，14，15
Y
16，17，18
19，20，21
22，23，24
25，26，27
Y
1 n1
S N
C
~ ~
A
+
n1 -
X n1
定子内嵌互差120°的三相对称 绕组AX、BY、CZ，将定子三相对 称绕组接入三相对称交流电，会产 生圆形旋转磁场，转子上装有励磁 绕组，通入直流电建立恒定磁场。
工作时定子输入三相交流电， S 产生旋转磁场，设为逆时针方向旋 N B Z 转；转子输入直流励磁电流，产生 固定磁极，则旋转磁场的磁极将转 n1 子的异性磁极吸引，使转子与旋转 负载 磁场同速旋转。 当主磁极的极对数 p 一定时，电机的转速 n1 和频率 f 之间 有着严格的关系，这种关系称为同步关系。 60 f n1 p
C cosa cos t
1,3,5

fy
三次谐波磁动势
Fym
Fy1 p Fy5 2 0 p 2 Fy3 3 p
2
a
三次谐波磁动势为：
t
t
fK3
14 2 N K I cos 3a cos t FK 3 cos 3a cos t 3p 2
FK 3
14 2 1 N K I FK 1 3p 2 3
双层短距绕组用在较大容量的电机中。
链式
同心式
交叉式
绕组的要求： （1）在导体数一定的情况下，能得到较大的基波电动势和 基波磁动势； （2）三相绕组对称（即保证各相电动势、磁动势对称，电 阻电抗相同）； （3）合成电动势和合成磁动势的波形要接近正弦形，谐波 分量要小； （4）铜耗减小，用铜量减少；
有效边
3、极距、整距线圈及短距线圈
交流电机的磁场有一定的极对数，每一 磁极所占定子内圆周的距离称为极距。极距 一般也用槽数表示，例如定子槽数Q=36，极 对数p=2，则极距t=Q/2p=9。线圈节距y=t， 称为整距线圈。 为了缩短端接部分以节省有色金属，并
t
y
且改善感应电动势波形及磁动势空间分布，
第四章 交流电机绕组的磁动势和电动势
主要内容：介绍交流同步电机和异步电机的工作原理；分析 电枢绕组的绕制方法以及电动势的计算方法；分析电枢绕组 产生磁动势的大小、波形、性质。
4.1交流电机的工作原理 4.2 交流电机的绕组和绕组磁动势 4.3 交流电机的绕组电动势
4.1 交流电机的工作原理
同步发电机 ：主要作为发电机，产生 同步电机 交流电能。 同步电动机 ：用于大型而又不要求调 交流电机 速的生产机械。 异步电机 异步电动机 ：主要作为电动机，拖动 各种生产机械。 异步发电机 ：用的很少。
28，29，30
31，32，33Biblioteka 34，35，36a
按相邻极下 电流必须相反 的原则，将各 极相组连接起 来，构成相绕 组，图中实线 为上层边，虚 线为下层边。

由于N极下的极相 组A与S极下的极相组 X的电流方向应相反， 所以极相组A和极相 组X反相串联；

每相的极相组数等 于极数，所以双层叠 绕组的最多并联支路 数等于2P；
三次谐波磁动势最大幅值。
f K (a , t )
C cosa cos t
1,3,5

fy
五次谐波磁动势
Fym
Fy1 p Fy5 2 0 p 2 Fy3 3 p
2
a
五次谐波磁动势为：
fK5 FK 5
t
t
14 2 N K I cos 5a cos t FK 5 cos 5a cos t 5p 2 14 2 1 N K I FK 1 5p 2 5
Fq1 0.9 N K I 2qk d 1k p1
每相绕组产生基波磁动势幅值: Fq1 0.9 N K I 2qk d 1k p1
Fq1 0.9
I为相电流的有效值
N1k dp1 p
I
2 pqN K 双层 : N1 a
pqN K 单层 : N1 a
kdp1=kd1kp1 —— 称为基波绕组系数
成。 • 线圈嵌放在定子铁心内圆周所开的槽 中，线圈可用单根导线绕成多匝。大、 中容量的电机的线圈中，电流较大，也 可用多根导线并行绕制。
2、线圈节距及有效边
线圈放于槽内的直线部分称为有效边，
两端起连接作用的部分称为端接。
绕组节距
线圈两个有效边之间的距离称为绕组 节距。节距一般用铁心上的槽数表示，例 如线圈的一个有效边在第1号槽中，另一边 在第9号槽中，两有效边所跨槽数为8，则 y=8。
7、相带
相带就是每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电角 度来表示。 三相对称绕组在槽中的安排顺序为A-Z-B-X-C-Y-A，彼
此互差60°电角度，这就是60°相带绕组。 60°相带绕组就是每极距内属于每相的电角度为60°，
对应的槽数为q，一个极距为180°电角度，所以每极距内有 三个相带。一般的三相异步电动机中都采用这种60°相带的
c0 f (a )为偶函数， f (a ) c cosa 2 1 1 设 fK NKi 2
c 2
p

p
0