电机学交流绕组知识点

1交流绕组部分（感应电动势和磁动势）习题1.谐波电动势对电机运行有何影响？为什么同步发电机定子绕组采用星型接法？谐波电动势使电机的电动势波形非正弦，产生谐波转矩和附加损耗。为了消除3次谐波，同步电机定子绕组采用星形接法。（三相交流电流中，各相基波电动势相位差为120度，而各相的三次谐波电动势相位差为360度，即为同相。同理，3的倍数的各奇次谐波也为同相位。这样接成星形时，在线电动势中不可能出现3次和3的倍数奇次谐波电动势。当三相绕组接成三角形，3次及3的倍数奇次谐波电动势在闭合的三角形电路中被短路而形成环流，引起附加铜损耗，虽然这时只残留微少的电压降，线电动势中仍不出现这类谐波。因此多采用星形连接。）2.为什么交流绕组的磁动势，既是时间函数又是空间函数？用单相绕组基波磁动势来说明。交流绕组的电流是随时间而变化的正弦函数。磁动势为空间函数，磁场在空间分布。（见练习题书P.121）3.脉动磁动势和旋转磁动势有什么关系？脉动磁动势可以分解为两个旋转磁动势分量，每个旋转磁动势分量的振幅为脉动磁动势振幅的一半，旋转速度相同，但旋转方向相反。（分解的表达式见笔记p.3）。等式左边为脉动磁动势，等式右边第一项为正向旋转磁动势，在空间按正弦规律分布，幅值不变，幅值位置在wt-x=0处，随时间变化，磁动势波在空间移动，移动的速度为w，所以是旋转磁动势。等式右边第二项为负向旋转磁动势。4.产生圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有何不同？m相对称电流流入m相对称绕组时，产生圆形旋转磁动势。m相不对称电流流入m相对称绕组，或者m相对称电流流入m相不对称绕组时，产生椭圆形旋转磁动势。5.如果不考虑谐波分量，在任一瞬间，脉动磁动势的空间分布是怎样的？圆形旋转磁动势的空间分布是怎样的？椭圆形旋转磁动势在空间分布是怎样的？如果观察一瞬间，能否区别该磁动势是脉动磁动势、圆形旋转磁动势或椭圆形旋转磁动势？如果不考虑谐波分量，在任一瞬间，脉动磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势在空间分布均为正弦波，故不能区别三种磁动势。6.将三相绕组接到三相电源的三个接线头对调两根后，其旋转磁动势的转向是否会改变？旋转磁动势转向和原来转向相反。（若三相电源的相序为ABC,旋转磁动势的旋转方向顺着X增加的方向，即由A相转向B相再转向C相。如果更换流入绕组电流的相序，则其旋转方向相反，由A相转向C相，再转向B相。旋转磁动势的旋转方向与电流相序有关，总是由超前电流的相转向滞后电流的相，改变旋转磁动势的转向，只需改变流入相电流的相序。）7.三相对称绕组通入三相对称非正弦波电流，非正弦电流包括有基波及三、五和七次谐波。试分析分别由三、五和七次谐波电流所产生的三相绕组磁场的性质。（见练习册p.127）

2󰝊1(1)=60󰝂󰝌基波电流三次谐波电流五次谐波电流七次谐波电流空间基波磁动势󰝊1(1)，正转旋转磁动势0-5󰝊1(1)，反转+7󰝊1(1)，正转空间三次谐波电动势03󰝂1频率的脉动磁动势00空间五次谐波电动势−󰝊1(1)5,反转0󰝊1(1)，正转−75󰝊1(1)，反转空间七次谐波电动势17󰝊1(1)，正转0−57󰝊1(1)，反转󰝊1(1)，正转真题1.三相对称电流流过三相对称绕组时如何产生旋转磁动势？旋转磁动势的速度与什么因素有关？单相绕组流过交流电产生脉动磁动势，而对称三相交流电的相位差为120°，由此可得对应的绕组脉动磁动势。将各相脉动磁动势分解成两个大小相等、方向相反的旋转磁动势。三个正向旋转磁场均相同，求合成磁动势可直接相加，而三个负向旋转磁场在空间上互差120°，它们相加的结果为0。因此三相绕组合成磁动势的基波为f1=F1cos(wt-x)。所以当三相对称电流流过三相对称绕组时，其合成磁动势是一个圆形旋转磁动势。转速n1=60f/p，因此转速与交流电流的频率和电机的极对数有关。2.解释分布因数和短距因数的物理意义。对于短距绕组，线圈的节距小于极距（󰝕<󰟬），设短距角为󰟚电角度，此时同一线圈的上层导体与下层导体的感应电动势不是反相，而是相差󰟨−󰟚电角度。则此时线圈的合成电动势比整距线圈的电动势有所减小。定义节距因数Kp为短距线圈的合成电动势与整距线圈的电动势之比。󰜭󰝌=cos󰟚2。它反映了因采用短距结构而使感应电动势减少的程度。对于集中绕组，q个线圈放在同一个槽内，每个线圈的感应电动势大小相等，相位相同，其合成电动势等于其代数和。对于分布绕组，q个线圈放在q个槽内，其感应电动势大小相等，但相位依次相差电角度󰟙，因此此时的合成磁动势与集中绕组的合成磁动势的比值定义为分布因数󰡷󰢊。󰜭󰝀=sin󰝍󰟙2󰝍sin󰟙2。它反映了因采用分布结构而使感应电动势减小的程度。绕组因数=节距因数*分布因数，绕组因数反映了因采用分布和短距结构而使感应电动势减少的程度。3.三相对称绕组通以基波和三次谐波电流时的磁动势分析（面试）单相绕组流过交流电产生脉动磁动势，而对称三相交流电的相位差为120°，由此可得对应的绕组脉动磁动势。将各相脉动磁动势分解成两个大小相等、方向相反的旋转磁动势。三个正向旋转磁场均相同，求合成磁动势可直接相加，而三个负向旋转磁场在

3空间上互差120°，它们相加的结果为0。因此三相绕组合成磁动势的基波为f1=3/2Fm1cos(wt-x)=F1cos(wt-x)，是圆形旋转磁动势。同理，在通入三次谐波电流时，因三相交流电的相位相同，而在各相产生的脉动磁动势大小相等，在空间上相差120°，因此合成磁动势为0.4.什么是电机的可逆性，试举例说明。一台电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，只是它们的运行方式不同，这就是电机的可逆性原理。比如异步电机的转差率为0

4120°电角度，故零序合成磁动势为0。所以三相绕组流入三相不对称电流，气隙中的合成磁动势为正向和负向旋转磁动势之和。两个旋转磁动势旋转速度大小相同，方向相反，且幅值大小不等，所以其合成磁动势为椭圆形旋转磁动势。（比起对称电流，因为三相电流不对称，因此三个负序旋转磁动势之和不为0，所以在基波合成磁动势中，正向和负向旋转磁动势同时存在。）（补充：正向旋转磁动势和负向旋转磁动势，二者中有一个为0，则合成磁动势幅值为常数，转速也是常速，合成磁动势是圆形旋转磁动势。若二者相等，则振幅随时间按正弦规律变化，转速为0，即为脉动磁动势。）概念交流电机绕组及其感应电动势1.同步发电机的工作原理转子上装有励磁绕组，通以直流电将产生磁极，当原动机拖动转子以恒定转速旋转，气隙中将产生一个旋转磁场，匝链定子三相对称绕组，在定子绕组中感应三相对称电动势，如果在定子出线端接上三相对称负载，就引出三相对称电流，此时电枢绕组的三相电流和励磁电流生成的气隙磁场相互作用，就能产生电磁转矩。在发电机状态该转矩与转子转向相反，原动机必须不断地给转子提供机械转矩，才能维持电机转速，这样发电机就完成了机械能转换为电能。（补充：同步转速——原动机拖动电机转子以恒定转速旋转，气隙中产生的旋转磁场的转速称为同步转速。其幅值大小不变，幅值所在空间位置随转子的旋转而旋转。）2.异步电动机工作原理当异步电机定子三相对称绕组流入三相交流电时，就会在气隙内产生一个旋转磁场，这一磁场同时匝链定子和转子两个绕组，且与转子绕组之间有相对运动，则在闭合的导条中产生感应电动势，进而产生感应电流，转子绕组的感应电流和气隙旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子转动。这时如果在电动机轴上加上机械负载，电动机带动机械负载运动，实现输出机械功率，这样电动机就完成电能转换为机械能。（这种电机负载运行时转子导条与旋转磁场之间必须由相对运动，即转子转速与旋转磁场转速（又称同步转速）不能相同，才能在转子绕组中不断产生感应电动势和感应电流，从而产生电磁转矩，所以称其为异步电机）3.直流电机的工作原理一般直流电机的励磁绕组设置在定子上，电枢绕组嵌放在转子铁芯槽内，且为了引出直流电动势，旋转电枢必须装有换向器。当励磁电路流入直流电流，电机主磁极产生恒定磁场，由原动机带动转子旋转，电枢导体切割主磁场产生感应电动势，但不能将其直接引出，而是在结构上设计成电枢导体与换向片固定相连，换向器随电枢旋转，而电刷是静止不动的，并与外电路相连，电刷极性不变，换向器的作用如同全波整流器。若电机接上负载，电枢绕组中就会有电流流过，载流电枢导体在磁场中就受到电磁力的作用，产生电磁转矩，原动机必须克服这一阻力转矩，才能维持电机转速。（这就是直流发电机的基本作用原理）当电刷两端接入直流电压，转子电枢绕组中就会有电流流过，定子励磁绕组由直流电流励磁，则带电电枢导体在磁场中受电磁力的作用，产生电磁转矩，使电枢旋转，电

5磁转矩的方向与电机转向一致。由于电刷与换向器的作用使所有导体受力方向一致，此时直流电机作电动机运行。（电刷与换向器配合）换向器的作用是将电枢绕组中的交流电动势用机械换向的方法转变为电刷间的直流电动势，或反之。4.异步电机和同步电机定、转子磁动势/磁场的异同点异步电机与同步电机定子结构是相同的，定子磁场都是由三相对称绕组通入三相对称电流所产生的圆形旋转磁场。不同之处在于同步电机转子上装有励磁绕组，通入直流电产生一个恒定磁场，再由原动机拖动转子旋转形成旋转磁场。而异步电机的转子磁场是由转子导体与定子磁场有相对运动，切割磁力线从而产生感应电流，进而产生转子磁动势并建立起转子磁场。因此，同步电机的转子磁场是“独立”的，异步电机的转子磁场是通过电磁感应得到的。5.消除和减少电机绕组高次谐波电动势的方法（1）使气隙磁场接近正弦分布这是消除和减少绕组高次谐波电动势最有效的方法。（2）采用短距绕组某次谐波电动势的大小与其绕组因数成正比。如果要消除v次谐波电动势，可令v次谐波节距因数为0.当磁场为非正弦分布时，线电动势中主要成分是5次和7次谐波，所以三相双层短距绕组一般取短距角为（1/5~1/7）极距，这样有利于改善相电动势的波形。（3）采用分布绕组绕组的分布因数与其电动势大小成正比。随着每极每相槽数（q）的增加，基波分布因数减少很少，仍接近于1，而谐波分布因数减少很多，所以通常交流电机不采用集中绕组（q=1），而采用分布绕组，一般取q=2~6.综上，采用分布绕组和短距绕组后虽然基波电动势有所下降，但对削弱或消除谐波电动势非常明显。交流绕组的磁动势一、单相绕组的磁动势1.线圈的磁动势（给整距线圈通以电流后，每极磁动势沿气隙分布是矩形波。）由于电流是按正弦规律变化的交流电，所以磁动势波的高度（振幅）也随时间按正弦规律变化，但是空间分布情况不变，即磁动势振幅所在位置不变，称这种性质的磁动势是脉动磁动势。2.单相绕组的磁动势单相绕组通入交流电流产生脉动磁动势，该磁动势有以下特性：（1）单相分布绕组的磁动势呈阶梯形分布，磁动势波的幅值大小随时间按正弦规律变化，但磁动势波的节点和振幅所在位置不变。（2）磁动势的基波分量是磁动势的主要成分，谐波次数越高，幅值越小，绕组分布和适当短距有利于改善磁动势的波形。（3）基波和各次谐波有相同的脉动频率，都决定于电流的频率。（4）绕组的极对数与基波的极对数相同为p，v次谐波的极对数为vp，如基波的极距为