1、电机学第4章交流绕组及其电动势和磁动势4.1交流电机的工作原理4.2三相定子绕组4.3交流绕组的感应电动势4.4单相绕组的磁动势4.5三相绕组的磁动势就原理而言，交流电机可以分成同步电机和感应电机两类。同步电机是指，在稳态运行时，转子转速与负载的大小无关、始终保持为某一固定的“同步转速”的一种交流电机。三相同步电机的转子(主磁极)通常由直流电源励磁，定子上装有对称的三相交流绕组，如图4-1a所示。转子旋转时，气隙中形成旋转的主极磁场，并在定子绕组中感生对称的三相电动势。另一方面，当定子绕组流过三相电流时，定子绕组也将在气隙内形成一个旋转磁场。稳态运行时，定、转子磁场在气隙内都以同步转速旋转，两
2、者保持相对静止、并产生一定的电磁转矩，使机械能转换为电能或电能转换为机械能。4.1交流电机的工作原理4.1交流电机的工作原理图4-1三相同步电机和感应电机a)同步电机b)感应电机三相感应电机的气隙磁场是由电源输入定子绕组的三相交流所产生，正常运行时，气隙磁场为以同步转速旋转的旋转磁场，转子转速则略低(或略高)于同步转速，于是闭合的转子绕组将“切割”气隙磁场并产生感应电动势和电流，转子绕组中的感应电流与气隙磁场相作用，将产生电磁转矩并使转子持续旋转。由于转子转速总是略低(或略高)于旋转磁场的转速(同步转速)，所以感应电机也称为异步电机。4.1交流电机的工作原理4.2三相定子绕组三相交流电机的定子
3、铁心中通常嵌有一组三相交流绕组。对定子三相绕组的主要要求是：(1)气隙内有旋转磁场时，定子绕组中能感生幅值大、波形好(接近于正弦波)的对称三相电动势。(2)定子绕组通有对称的三相电流时，能产生幅值大、波形好的合成磁动势。(3)三相绕组的电抗和电阻要平衡。1.三相双层绕组2.三相单层绕组4.2三相定子绕组1.三相双层绕组(1)可以选择适当的线圈节距y1，以改善绕组的感应电动势和磁动势的波形，使电机得到较好的运行性能。(2)所有线圈具有同样的形状和尺寸，便于制造和嵌线，并有利于散热。1.三相双层绕组图4-2双层绕组a)双层绕组在槽内的布置b)绕组端部的安排1.三相双层绕组图4-3三相双层绕组中各个
4、线圈的电动势相量(Q=36，2p=4)1.三相双层绕组表4-1Q=36，2p=4，m=3时各相带内的槽号分配1.三相双层绕组图4-4叠绕和波绕元件示意图a)叠绕元件b)波绕元件1.三相双层绕组图4-5Q=36，2p=4的三相双层叠绕组中A相的展开图1.三相双层绕组1.三相双层绕组图4-6波绕组的节距1.三相双层绕组1.三相双层绕组图4-7三相双层波绕组中A相的展开图(Q=36，2p=4)1.三相双层绕组2.三相单层绕组2.三相单层绕组链式绕组链式绕组的每个线圈具有相同的节距，就整个绕组的外形来看，一环套一环，形如长链。用槽数表示时，链式线圈的节距恒为奇数，即线圈的一条边若放在奇数槽，则另一边必
5、在偶数槽内。2.三相单层绕组图4-8三相同心式绕组中A相的展开图(Q=24，2p=2，m=3)2.三相单层绕组2.三相单层绕组图4-9单层链式绕组中A相的展开图(Q=36，2p=6，m=3)4.3交流绕组的感应电动势1.导体的电动势2.线圈的感应电动势3.极相组的电动势4.相电动势5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱1.导体的电动势图4-10气隙磁场正弦分布时导体内的感应电动势a)两极交流发电机b)主极磁场沿定子表面的分布c)导体内的感应电动势1.导体的电动势1.导体的电动势2.线圈的感应电动势2.线圈的感应电动势图4-11线圈电动势a)整距和短距线圈b)展开图c)短距线圈的电动势3.极
6、相组的电动势图4-12极相组的合成电动势3.极相组的电动势4.相电动势5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱图4-13主极磁场中的高次空间谐波5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱图4-14定子绕组电动势中的齿谐波5.定子绕组感应电动势中的高次谐波及其削弱图4-15采用斜槽来削弱高次谐波电动势4.4单相绕组的磁动势(1)定、转子铁心的磁导率Fe=，即认为铁心的磁阻和磁位降可以忽略不计。(2)定、转子之间的气隙为均匀，不计开槽的影响。1.整距线圈的磁动势2.分布绕组的磁动势3.单相绕组的磁动势4.4单相绕组的磁动势1.整距线圈的磁动势图4-16整距线圈的磁动势(2p=2)a)整距线圈所产
7、生的磁场b)整距线圈的磁动势1.整距线圈的磁动势1.整距线圈的磁动势图4-17两组整距的定子载流线圈形成4极定子磁场2.分布绕组的磁动势图4-18整距分布绕组的磁动势(q=3)a)合成磁动势的波形b)基波合成磁动势c)用空间矢量来计算基波合成磁动势2.分布绕组的磁动势2.分布绕组的磁动势图4-19双层短距分布绕组的基波磁动势a)双层短距分布绕组中A相带和X相带的载流导体b)A相上层和下层导体所产生的基波磁动势c)用空间矢量算出上、下层的基波合成磁动势2.分布绕组的磁动势3.单相绕组的磁动势3.单相绕组的磁动势图4-20不同瞬间时，单相绕组的基波脉振磁动势4.5三相绕组的磁动势图4-21三相电机定子示意图4.5三相绕组的磁动势4.5三相绕组的磁动势图4-22t=0和时三相基波合成磁动势的位置4.5三相绕组的磁动势图4-23旋转磁动势波4.5三相绕组的磁动势4.5三相绕组的磁动势4.5三相绕组的磁动势图4-24三相绕组通入正序或负序电流时，形成正向或反向推移的旋转磁动势波a)通入正序电流时b)通入负序电流时
