第四章交流绕组及其电动势和磁动势详解

华中科技⼤学版【电机学】（第三版）电⼦讲稿【第四

章】

第四章：交流绕组及其电动势和磁动势

主要内容：交流绕阻的构成，即绕阻连接规律及电势和磁势。

交流电机分：同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机

异步：主要作为电动机，有时也作发电机

上述两⼤类交流电机虽然激磁⽅式和运⾏特性有很⼤差别，但电机定⼦中发⽣的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性问题，可统⼀进⾏研究，这就是本章所要研究的交流电机的绕组，电势，磁势问题。这些问题对于以后分别研究异步电机和同步电机的运⾏性能有着重要意义。4-1交流绕组的构成和分类

本节介绍交流绕组的连接⽅法。电磁作⽤都与绕组有关，绕组构成了电机的电路部分，是电机的核⼼，必须对交流绕阻的构成和连接有⼀个基本了解。

⼀、交流绕组的构成原则

虽然绕组的型式各不相同，但它们的构成原则基本相同，基本要求是：

（1）电势和磁势波形要接近正弦波，数量上⼒求获得较⼤基波电势和基波磁势。为此要求电势和磁势中谐波分量尽可能⼩。

（2）对三相绕组各相的电动势，磁动势必须对称，电阻电抗要平衡。

（3）绕阻铜耗⼩，⽤铜量少。

（4）绝缘可靠，机械强度⾼，散热条件要好，制造⽅便。

⼆、交流绕阻的分类

按相数分：（1）单相

（2）多相（两相，三相）

按每极每相槽数分：（1）整数槽

（2）分数槽

按槽内层数分：（1）单层

（2）双层（3）单、双层

按绕阻形状分：（1）叠绕（双层）

（2）波绕（双层）

（3）同⼼式（单层）

（4）交叉式（单层）

（5）链式（单层）

本章主要介绍三相整数槽绕阻4-2三相双层绕阻

本节介绍三相双层绕组展开图。

对于10kw以上的三相交流电机，其定⼦绕组⼀般均采⽤双层绕组。

双层绕组每个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的⼀个边放在某⼀个槽的上层，另⼀个边则放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-1所⽰，见P 136 P113绕阻的线圈数正好等于槽数

在介绍双层绕组之前，⾸先介绍⼀些有关的知识

⼀、双层绕组的优点1、可选择最有⼒的节距，以改善电势、磁势波形；

第四章 交流电机的绕组、电动势和磁动势

学习指导

学习目标与要求

交流电机的绕组，电动势及磁动势

（1）三相绕组的构成原则和连接方法。

（2）交流绕组电动势的分析和计算方法。绕组系数的物理意义及其对改善波形的作用。

（3）交流绕组磁动势的性质及其表示和分析方法。

单相绕组脉振磁动势。

三相绕组合成磁动势的基波。

椭圆形旋转磁动势、圆形旋转磁动势和脉振磁动势三者的区别和相互关系。

谐波旋转磁动势概念。

学习重点

1．交流绕组的连接规律和绕组电动势的计算和高次谐波电动势的削弱和消除方法。

2．介绍了单相绕组产生磁动势和三相绕组产生磁动势的性质。

学习难点

1．交流绕组的连接规律

2．三相绕组产生的旋转磁动势。

现代工农业生产中采用的电机大多数是交流电机。交流旋转电机可以分为同步电机和异步电机

两类。同步电机按转子结构形成分为凸极同步电机和隐极同步电机。同步电机主要用作发电机，也

有用作电动机和调相机。异步电机中主要是感应电机，感应电机的转子电流是由定子电流感应产生

的，故称之为感应电机。感应电机运行时，其转速不同于同步转速，故又称为异步电机，习惯上所

称的异步电机即为感应电机。感应电机可分为笼型感应电机、绕线型感应电机和换向器型感应电机，

笼型感应电机应用最为普遍；感应电机主要用作电动机，很少作为发电机使用，风力发电机组中有

采用感应电机。

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，本篇所要论述的是：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。 4.1 交流电机的工作原理

一、同步电机的工作原理

以同步发电机为例来说明同步电机的工作原理。同步电机由定子和转子两部分组成，定、转子

之间有气隙，如图4-1所示。定子上嵌放AX、BY、CZ三相对称绕组。每相绕组的匝数相等，在空

1 第一章 电磁现象的普遍规律

一、 填空题

1.已知介质中的极化强度ZeAP，其中A为常数，介质外为真空，介质中的极化电荷体密度P ；与P垂直的表面处的极化电荷面密度P分别等于

和 。

答案: 0, A, -A

2.已知真空中的的电位移矢量D=（5xyxe+2zye）cos500t，空间的自由电荷体密度为 。

答案: 5cos500yt

3.变化磁场激发的感应电场的旋度等于 。

答案: Bt

4.介电常数为的均匀介质球，极化强度zeAPA为常数，则球内的极化电荷密度为 ，表面极化电荷密度等于

答案0,cosA

5.一个半径为R的电介质球,极化强度为，电容率为2rrKP,则介质中的自由电荷体密度为 ,介质中的电场强度等于 .

答案: 20rKf）（ 20rrK

二、 选择题

1.半径为R的均匀磁化介质球，磁化强度为M，则介质球的总磁矩为

A．M B. MR334 C.343RM D. 0

答案:B

2.下列函数中能描述静电场电场强度的是

A．zyxexeyex32 B.ecos8

C.yxeyexy236 D.zea（a为非零常数）

答案: D

2 3.充满电容率为的介质平行板电容器，当两极板上的电量tqqsin0（很小），若电容器的电容为C，两极板间距离为d，忽略边缘效应，两极板间的位移电流密度为：

A．tdCqcos0 B. tdCqsin0 C. tdCqsin0 D. tqcos0

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，以及通有对称三相电流时的磁动势。

4.1 交流绕组的构成原则和分类

1、构成原则

（1） 合成电动势及合成磁动势的波形要接近于正弦波、幅值

要大；

（2） 对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电

抗要平衡；

（3） 绕组的铜耗要小，用铜量要省；

（4） 绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。

2、分类

按相数 ：单相和三相绕组；

按槽内层数：单层和双层；

按每极下每相槽数：整数槽和分数槽；

按绕法：叠绕组和波绕组。

4.2 三相双层绕组

PN 10kw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（双层）。

图4-1 双层绕组

a)双层绕组在槽内的布置 b)有效部分和端部

主要优点：

（1） 可以选择最有利的节距（整距或短距），并同时采用分布绕组，以改善电动势和磁动势的波形；

（2） 所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；

（3） 端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。

一、槽电动势星形图和相带划分

现以一台相数m=3，极数2p=4，槽数Q=36的定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导体（槽号）是如何分配的。

1、概念

定子每极每相槽数q： q=Q

2pm=36

2⨯2⨯3=3

式中，Q－定子槽数； p－极对数； m－相数。

相邻两槽间电角度α： α=p⨯360

Q =2⨯360

36 =20

此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。

2、槽电动势的星形图

如图4-2表示36槽内导体感应电动势的相量图，

亦称为槽电动势星形图。

相带：每极下每相所占的区域(通常用槽数或电角度表示)。

4-2 三相双层绕组的槽电动势

以A相位例，由于q 3，故A相共有12个槽

A相带： 1、2、3（线圈组A）与19、20、21 (A) 12