1、第六章第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势第六章第六章 交流电机电枢绕组的电动势与磁动势交流电机电枢绕组的电动势与磁动势 交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。这两类电交流电机主要分为同步电机和异步电机两类。这两类电机虽然在运行原理和结构上有很大差别，但它们的定子绕组机虽然在运行原理和结构上有很大差别，但它们的定子绕组的结构型式
2、是相同的，定子绕组的感应电动势、磁动势的性的结构型式是相同的，定子绕组的感应电动势、磁动势的性质、分析方法也相同。质、分析方法也相同。对交流电机电枢绕组的要求首先是能感应出一定大小、对交流电机电枢绕组的要求首先是能感应出一定大小、波形为正弦的电动势，且各相电动势对称。为此，电枢绕组波形为正弦的电动势，且各相电动势对称。为此，电枢绕组在定子内需要按照一定的规律分布与连接，既能满足产生电在定子内需要按照一定的规律分布与连接，既能满足产生电动势的要求，也能满足产生磁动势的要求。动势的要求，也能满足产生磁动势的要求。第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势一一、导体电动势导体电动势
3、图图6.1 6.1 简单的同步发电机模型简单的同步发电机模型 当原动机拖动转子以转速当原动机拖动转子以转速 逆时针方向旋转，定子上的导逆时针方向旋转，定子上的导体体 A 与磁极有了相对运动，导体与磁极有了相对运动，导体 A 中就会产生感应电动势。中就会产生感应电动势。n第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势3602 在电机中，把一对主磁极表面所占的空间距离，用空间电在电机中，把一对主磁极表面所占的空间距离，用空间电角度表示角度表示，规定为，规定为 或或 弧度。弧度。有有 对磁极，所占的空间电角度为对磁极，所占的空间电角度为空间电角度与机械角度之间的关系为：空间电角度与机械角
4、度之间的关系为：p分析电机原理时，一般都使用分析电机原理时，一般都使用空间电角度空间电角度。p360p第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 假设电机的气隙磁密波沿气隙圆周方向分布为正弦波形假设电机的气隙磁密波沿气隙圆周方向分布为正弦波形：sinmBB 根据电磁感应定律，导体切割磁场所产生的感应电动势根据电磁感应定律，导体切割磁场所产生的感应电动势为：为：eB lv 处的气隙磁密处的气隙磁密导体长度导体长度导体与磁场的导体与磁场的相对线速度相对线速度第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势导体导体 A 中感应的基波电动势瞬对值为中感应的基波电动势瞬对值为：
5、sinmeB lvB lvsin2 sinmEE设转子旋转的转速为设转子旋转的转速为 ，电角速度为：，电角速度为：260np则导体则导体 A 的感应电势为：的感应电势为：2 sineEtn第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 导体中感应的基波电动势的波形，与气隙磁密的波形一致，导体中感应的基波电动势的波形，与气隙磁密的波形一致，为正弦波。为正弦波。ewt 在空间上转过的电角度在空间上转过的电角度 等于所经历的时间电角度等于所经历的时间电角度 。t第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势导体导体 A 基波电动势的频率基波电动势的频率 为：为：f60pnf
6、转子电角速度转子电角速度 为：为：2260pnf导体中感应基波电动势的最大值为导体中感应基波电动势的最大值为:2()(2)260mmmavnEB lB lpB l ff第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势导体基波电动势的有效值为：导体基波电动势的有效值为：112.2222mEEff 正弦电动势正弦电动势 ，可用相量，可用相量 表示。表示。sinmeEt0EE 以角速度以角速度 逆时针方向逆时针方向旋转旋转 E第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势二二、整距线圈电动势整距线圈电动势 图图6.3 6.3 整距线圈的基波电动势整距线圈的基波电动势 整距线圈两
7、导体基波感应电动势总是整距线圈两导体基波感应电动势总是大小相等大小相等，方向相反方向相反。1y第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势两根导体恰好转到主极中间时导体的基波电动势相量：两根导体恰好转到主极中间时导体的基波电动势相量：图图6.4 6.4 基波电动势相量基波电动势相量线圈的基波电动势为：线圈的基波电动势为：TAXeee用相量表示为：用相量表示为：TAXEEE第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势整距线圈的基波电动势为整距线圈的基波电动势为：22 2.224.44TAEEff 匝数为匝数为 的整距线圈基波电动势为：的整距线圈基波电动势为：4.44y
8、yEf NyN第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势三三、短距线圈电动势短距线圈电动势 线圈的节距线圈的节距 ，其中，其中，。图图6.4 6.4 短距线圈的基波电动势短距线圈的基波电动势 1yy01y1y第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势j短距线圈的基波电动势相量为：短距线圈的基波电动势相量为：0yAXAXEEEEEyAEXEyEy第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 短距线圈，两个线圈边基波电动势的相位差要比短距线圈，两个线圈边基波电动势的相位差要比 或或 弧度小，所以其基波电动势相当于整距线圈的电动势再乘以弧度小，所以其基波
9、电动势相当于整距线圈的电动势再乘以一个小于一个小于1的基波短距系数。的基波短距系数。180短距线圈基波电动势为：短距线圈基波电动势为：2sin4.44sin22yAyEEyf Ny4.44y yf N k式中式中 称为称为基波短距系数基波短距系数。sin2yky01yk第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势四四、分布线圈的电动势分布线圈的电动势 通常，为了充分利用电机定子空间，定子上放置若干个线通常，为了充分利用电机定子空间，定子上放置若干个线圈，并均匀地分布在定子的槽中。圈，并均匀地分布在定子的槽中。图图6.5 6.5 分布式线圈分布式线圈 第一节第一节 交流电机电枢绕组
10、电动势交流电机电枢绕组电动势 三个线圈在空间上位置不同，则它们的基波感应电动势在时三个线圈在空间上位置不同，则它们的基波感应电动势在时间相位上是不同的。间相位上是不同的。线圈组的基波电动势相量线圈组的基波电动势相量 为：为：qE123qyyyEEEE图图6.6 6.6 分布式线圈基波电动势分布式线圈基波电动势第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势q不失一般性，假设有不失一般性，假设有 个整距线圈在定子上均匀地依次分布。个整距线圈在定子上均匀地依次分布。图图6.6 6.6 分布式线圈基波电动势及合成分布式线圈基波电动势及合成 一个线圈的电动势为一个线圈的电动势为：2 sin2
11、yER线圈组的电动势为：线圈组的电动势为：2 sin2qERq22q第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势sinsin22sinsin22qyyqyqqEEqEkqEq所以所以1qk sin2sin2qqkq基波分布系数基波分布系数：第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势 由若干分布线圈构成的线圈组产生的总基波电动势由若干分布线圈构成的线圈组产生的总基波电动势小于小于将将各个线圈都集中在一起产生的总电势。各个线圈都集中在一起产生的总电势。分布式线圈组的基波电动势为分布式线圈组的基波电动势为 4.44qyqEfqN k如果各个线圈又都是短距的，那么：如果各
12、个线圈又都是短距的，那么：4.444.44qyyqyNEfqN k kfqN k Nyqkk k称为称为基波绕组系数基波绕组系数，。1Nk第一节第一节 交流电机电枢绕组电动势交流电机电枢绕组电动势总结：总结：导体电动势导体电动势整距线圈电动势整距线圈电动势短距线圈电动势短距线圈电动势分布线圈电动势分布线圈电动势2.22Ef4.44yyEf N4.44y yyEf N k4.44qyqEfqN k短距分布线圈电动势短距分布线圈电动势=4.44qyNEfqN k 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 在交流电机的电枢绕组里，既有感应电动势的问题，又有在交流电机的电枢绕组里，既有感应电动势
13、的问题，又有电流流过绕组产生磁动势的问题。所以对交流电机电枢绕组有电流流过绕组产生磁动势的问题。所以对交流电机电枢绕组有如下基本要求：如下基本要求：v 绕组产生的电动势接近正弦波。绕组产生的电动势接近正弦波。v 三相绕组的基波电动势对称。三相绕组的基波电动势对称。v 在导体数一定时能获得较大的基波电动势。在导体数一定时能获得较大的基波电动势。v 绕组产生的磁动势接近正弦波。绕组产生的磁动势接近正弦波。v 三相绕组的磁动势对称。三相绕组的磁动势对称。v 在导体数一定时能获得较大的磁动势。在导体数一定时能获得较大的磁动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组一一、三相单层绕组三相单层绕组
14、 1.三相单层集中整距绕组三相单层集中整距绕组 三相绕组感应的三相对称基波电动势的相量图：三相绕组感应的三相对称基波电动势的相量图：图图6.7 6.7 三相对称绕组产生的三相对称基波电动势三相对称绕组产生的三相对称基波电动势 三相电动势幅值相三相电动势幅值相等，相角相差等，相角相差 。120第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组三相绕组在定子内分布均匀，彼此互差三相绕组在定子内分布均匀，彼此互差 空间电角度。空间电角度。120图图6.7 6.7 三相对称绕组产生的三相对称绕组产生的 三相对称基波电动势三相对称基波电动势 产生的感应电动势波形产生的感应电动势波形为为方波方波，不是正弦波。
15、，不是正弦波。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组24Z 2.三相单层分布绕组三相单层分布绕组 为了充分利用电枢表面的空间，每相采用分布式绕组。为了充分利用电枢表面的空间，每相采用分布式绕组。例例6.3 一台三相交流电机，定子上总槽数一台三相交流电机，定子上总槽数 ，极对数，极对数 ，转子逆时针方向旋转，如图，转子逆时针方向旋转，如图6.8所示。试连接成三相单所示。试连接成三相单层分布绕组。层分布绕组。图图6.8 6.8 三相交流电机三相交流电机2p 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组按照如下步骤连接：按照如下步骤连接：第一步，计算定子槽距角第一步，计算定子槽距角 。36
16、02 3603024pZ第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第二步，作出基波电动势星形相量图。第二步，作出基波电动势星形相量图。图图6.9 6.9 基波电动势星形相量图基波电动势星形相量图30第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第三步，分相。第三步，分相。按按 相带法相带法分相。根据基波电动势星形相量图，把所分相。根据基波电动势星形相量图，把所有槽导体分配到三个相，从而连接成三相对称绕组。有槽导体分配到三个相，从而连接成三相对称绕组。60 由于每个磁极所占的范围是由于每个磁极所占的范围是 空间电角度，每相绕空间电角度，每相绕组在每个磁极下均匀分布，各占组在每个磁极下均匀分布
17、，各占 。1801/3每相在每极下的槽数每相在每极下的槽数 q 为：为：24222 3 2Zqmp 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 在星形相量图上逆相量旋转的方向依次标上在星形相量图上逆相量旋转的方向依次标上 A、Z、B、X、C、Y 等六个相带。等六个相带。A、X A相相 B、Y B相相 C、Z C相相 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第四步，连接绕组。第四步，连接绕组。图图6.10 6.10 单层绕组的连接图单层绕组的连接图 1A1X2A2XB相、相、C相绕组的连接法和相绕组的连接法和A相完全一样。相完全一样。三相绕组三相绕组 A、B、C 在空间对称分布。在空间
18、对称分布。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 根据绕组支路数的要求，把同一相的几个线圈按照相应的根据绕组支路数的要求，把同一相的几个线圈按照相应的要求连接起来。要求连接起来。单层绕组最多并联的支路与极对数相同，等于单层绕组最多并联的支路与极对数相同，等于 p。支路数为支路数为1 1 1A1X2A2X支路数为支路数为2 2 1A1X2A2X第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第五步，计算相电动势。第五步，计算相电动势。每相基波电动势为每相基波电动势为4.444.44yqqpEfqN kaf Nk式中：式中：为绕组并联支路数；为绕组并联支路数；aypqNNa为每相绕组串联的总
19、匝数为每相绕组串联的总匝数。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组二二、三相双层绕组三相双层绕组 双层绕组是指每个定子槽里放两个线圈边，每个线圈边为双层绕组是指每个定子槽里放两个线圈边，每个线圈边为一层。总线圈数等于定子总槽数。一层。总线圈数等于定子总槽数。例例6.4 三相交流电机定子总槽数三相交流电机定子总槽数 Z=36，极对数，极对数 p=2，节距，节距 个槽，并联支路数个槽，并联支路数 a=1。试连接成三相双层短距分布绕组。试连接成三相双层短距分布绕组。连接步骤如下：连接步骤如下：第一步，计算定子槽距角第一步，计算定子槽距角 ：3602 360=2036pZ17y 第二节第二节
20、交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第二步，作出基波电动势星形相量图。第二步，作出基波电动势星形相量图。图图6.116.11短距线圈基波电动势星形相量图短距线圈基波电动势星形相量图 每个相量代表一个每个相量代表一个线圈的电动势线圈的电动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 第三步，分相。第三步，分相。按按60相带法分相。把相量分成六等份，逆相量旋转方相带法分相。把相量分成六等份，逆相量旋转方向分别标上向分别标上 A、Z、B、X、C、Y。每极每相槽数：每极每相槽数：36q=322 3 2Zmp 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组图图6.12 6.12 三相双层短距分布绕组的
21、连接图三相双层短距分布绕组的连接图 第四步，连接绕组。第四步，连接绕组。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组第五步，相电动势计算。第五步，相电动势计算。相绕组基波电动势为相绕组基波电动势为：4.44NEfNk式中式中 y2pqNNa是每相串联匝数；是每相串联匝数；Nyqkk k 是基波绕组系数。是基波绕组系数。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 例例6.5 一台三相交流电动机，定子采用双层短距分布绕一台三相交流电动机，定子采用双层短距分布绕组。定子总槽数组。定子总槽数 Z=36，极对数，极对数 p=3，线圈的节距，线圈的节距 槽，槽，每个线圈串联的匝数每个线圈串联的匝数
22、Ny=10，并联支路数，并联支路数 a=2，频率，频率 f=50Hz、基波每极磁通量、基波每极磁通量=0.004Wb。求：。求：15y（1）线圈基波电动势；）线圈基波电动势；（2）每极线圈组基波电动势；）每极线圈组基波电动势；（3）相绕组基波电动势。）相绕组基波电动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组解：解：（1）极距）极距 136622 356Zpyy基波短距系数基波短距系数 15sinsinsin0.966226 2yyky线圈基波电动势线圈基波电动势 4.444.44 50 0.966 10 0.0048.58yyyEfk NV 第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕
23、组（2）每极每相槽数）每极每相槽数36=222 3 3Zqmp 槽距角槽距角3603 360=3036pZ基波分布系数基波分布系数 30sinsin(2)220.96530sin2sin22qqkq绕组系数绕组系数 0.966 0.9650.932Nyqkk k第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组每极线圈组基波电动势每极线圈组基波电动势4.444.44 50 2 10 0.932 0.00416.55qyNEfqN kV（3）每相绕组串联总匝数）每相绕组串联总匝数 y2pq2 3 210602NNa 相绕组基波电动势为相绕组基波电动势为4.444.44 50 60 0.932 0.0
24、0449.66NEfNkV第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组三三、绕组的谐波电动势绕组的谐波电动势 在实际电机中，由于励磁磁动势在气隙中产生的磁场并在实际电机中，由于励磁磁动势在气隙中产生的磁场并不是标准的正弦波，因此在定子绕组内感应的电动势也不是不是标准的正弦波，因此在定子绕组内感应的电动势也不是正弦波，除了基波外还存在一系列的谐波。正弦波，除了基波外还存在一系列的谐波。气隙中磁场沿电枢表面的分布一般呈平顶波形气隙中磁场沿电枢表面的分布一般呈平顶波形。图图6.13 6.13 主极磁密的空间分布波主极磁密的空间分布波 利用傅里叶级数将其分解为基波和一系列谐波。利用傅里叶级数将其分解
25、为基波和一系列谐波。根据磁场波形的对称性，谐波次数根据磁场波形的对称性，谐波次数 =3，5，7，。v次谐波极对数：次谐波极对数：pp极距：极距：第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 在计算谐波电动势时，需要知道谐波短距系数及谐波在计算谐波电动势时，需要知道谐波短距系数及谐波分布系数。分布系数。谐波短距系数谐波短距系数 为：为：yksin2yky谐波分布系数谐波分布系数 为：为：qksin2sin2qqkq第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组根据各次谐波电动势的有效值，可以求得相电动势的有效值根据各次谐波电动势的有效值，可以求得相电动势的有效值 2222235135111.1
26、.EEEEEEEEE对于同步发电机的电动势，对于同步发电机的电动势，211,3,5,7,.EE所以所以 1EE 正常情况下高次谐波电动势对相电动势的数值影响很小，正常情况下高次谐波电动势对相电动势的数值影响很小，主要影响电动势的波形。主要影响电动势的波形。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组 绕组采用了绕组采用了短距短距、分布分布以及以及三相连接三相连接时，可以使各次谐时，可以使各次谐波电动势被大大削弱，甚至使某次谐波电动势为零。波电动势被大大削弱，甚至使某次谐波电动势为零。三相三相 Y 接或接或 接法，在三相线电动势中不会出现三接法，在三相线电动势中不会出现三次谐波及三的倍数次谐波
27、电动势。次谐波及三的倍数次谐波电动势。高次谐波电动势的存在使发电机的电动势波形变差，应高次谐波电动势的存在使发电机的电动势波形变差，应尽可能地削弱谐波电动势。尽可能地削弱谐波电动势。第二节第二节 交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组三相单层绕组三相单层绕组三相双层绕组三相双层绕组集中整距绕组集中整距绕组分布绕组分布绕组绕组电动势绕组电动势基波磁动势基波磁动势谐波磁动势谐波磁动势傅里叶分解傅里叶分解第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势分析交流电机电枢绕组产生的磁动势时，要从两方面来考虑：分析交流电机电枢绕组产生的磁动势时，要从两方面来考虑：v 绕组在
28、定子槽内的空间位置不同。绕组在定子槽内的空间位置不同。v 绕组中流过的电流及其产生的磁动势随时间变化。绕组中流过的电流及其产生的磁动势随时间变化。可见交流绕组产生的磁动势，既是可见交流绕组产生的磁动势，既是空间函数空间函数，又是，又是时间函数时间函数。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势一一、整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势1.整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势 图图6.14 6.14 整距线圈产生的磁动势整距线圈产生的磁动势 闭合磁路的磁动势等于该磁路所包围的全部电流。闭合磁路的磁动势等于该磁路所包围的全部电流。整距线圈产生的磁动势沿气隙呈两极的矩形波分布。幅值为整距线圈产生
29、的磁动势沿气隙呈两极的矩形波分布。幅值为 。12yiN第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势 线圈里流过的电流随时间按余弦规律变化，产生的矩形线圈里流过的电流随时间按余弦规律变化，产生的矩形波磁动势的幅值也随时间在交变，称为波磁动势的幅值也随时间在交变，称为脉振波脉振波。磁动势交变的频率与电流的频率一致。磁动势交变的频率与电流的频率一致。12cos222132cos222yyyINtfINt第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势2.磁动势傅氏级数展开磁动势傅氏级数展开 空间矩形分布的脉振磁动势可以用傅氏级数展开成无穷空间矩形分布的脉振磁动势可以用傅氏级数展开成无
30、穷多个空间正弦分布的磁动势多个空间正弦分布的磁动势。135(,)coscos3cos5cosyftCCCC 式中式中 =1=1、3 3、5 521sin2yCiN2 cosiIt由以上三式可得：由以上三式可得：第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势1352 22 21(,)coscoscoscos332 21coscos55 yyyyyyyftINtINtINtfff 为基波磁动势为基波磁动势 1yf112 2coscoscoscosyyyfINtFt 为三次谐波磁动势为三次谐波磁动势 3yf332 21coscos3coscos33yyyfINtFt 一般，对于一般，对于 次
31、谐波磁动势次谐波磁动势 2 21coscoscoscosyyyfINtFt第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势基波及各谐波磁动势的特点：基波及各谐波磁动势的特点：v 基波及各谐波磁动势的幅值。基波及各谐波磁动势的幅值。3151111135yyyyyyFFFFFF，可见，谐波磁动势的幅值与谐波次数成可见，谐波磁动势的幅值与谐波次数成反比反比，谐波次，谐波次数越高，其在磁动势中所占比例就越小。数越高，其在磁动势中所占比例就越小。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势v 基波及各谐波磁动势幅值随时间变化的关系基波及各谐波磁动势幅值随时间变化的关系 由于电流随时间按余
32、弦规律变化，基波和谐波磁动势的由于电流随时间按余弦规律变化，基波和谐波磁动势的幅值都随时间按电流的变化规律变化。幅值都随时间按电流的变化规律变化。即在时间上，各谐波都为脉振波。即在时间上，各谐波都为脉振波。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势3.基波脉振磁动势基波脉振磁动势 基波磁动势可变换为基波磁动势可变换为 1111111cos()cos()22yyyyyfFtFtff 也是个行波，幅值是也是个行波，幅值是 ，沿着方向，沿着方向 以角速度以角速度 旋转。旋转。1yf112yF 是个行波，幅值是是个行波，幅值是 ，沿着方向，沿着方向 以角速度以角速度 旋转。旋转。1yf11
33、2yF第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势 由此可见：一个脉振磁动势波可以分解为两个波长与脉振由此可见：一个脉振磁动势波可以分解为两个波长与脉振波完全一样，其幅值是原脉振波幅值的一半，沿相反方向旋转波完全一样，其幅值是原脉振波幅值的一半，沿相反方向旋转的行波。的行波。当脉振波振幅为最大值时，两个旋转波正好重叠在一起。当脉振波振幅为最大值时，两个旋转波正好重叠在一起。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势 在空间按余弦分布的磁动势波，可以用一个空间向量在空间按余弦分布的磁动势波，可以用一个空间向量 来表示。来表示。F图图6.17 6.17 行波及向量形式行波及向
34、量形式向量的长度等于该磁动势的幅值，向量的长度等于该磁动势的幅值，向量的位置就在该磁动势波正的最大值所处的位置。向量的位置就在该磁动势波正的最大值所处的位置。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势 图图6.18是基波脉振磁动势以及用两个转向相反的旋转磁动是基波脉振磁动势以及用两个转向相反的旋转磁动势表示的相量图势表示的相量图 图图6.18 6.18 脉振磁动势的分解脉振磁动势的分解 第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势二二、短距线圈的磁动势短距线圈的磁动势 图图6.19 6.19 双层短距线圈的磁动势双层短距线圈的磁动势 图图6.19（a）为单相双层短距绕组。
35、）为单相双层短距绕组。图图6.19（b）两个短距线圈）两个短距线圈 和和 串联。串联。11A X22A X图图6.19（c）为每个短距线圈单独产生的磁动势的分布图。）为每个短距线圈单独产生的磁动势的分布图。图图6.19（d）是它们合成的总磁动势波形图。）是它们合成的总磁动势波形图。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势135(,)coscos3cos5cosftCCCC 系数系数 4141sin2yyyCiNyiNk式中式中为为 次谐波的短距系数，次谐波的短距系数，。yksin2yky。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势双层短距线圈时，基波磁动势为双层短距线
36、圈时，基波磁动势为114(,)2coscosyyyftIN kt 可以看出，双层短距线圈产生的每极磁动势受短距的可以看出，双层短距线圈产生的每极磁动势受短距的影响。影响。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势三三、分布线圈组产生的磁动势分布线圈组产生的磁动势 由于各线圈在空间的位置不同，因此它们的磁动势在空间由于各线圈在空间的位置不同，因此它们的磁动势在空间的位置也不会相同。的位置也不会相同。图图6.20 6.20 分布线圈产生的磁动势分布线圈产生的磁动势第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势 对于一般情况，对于一般情况，个线圈分布，合成的基波磁动势的最大个线圈
37、分布，合成的基波磁动势的最大幅值为：幅值为：1111sin2sin2qyyqqFqFqF kq一般，一般，次谐波磁动势的最大幅值为次谐波磁动势的最大幅值为：qyqFqF k式中，式中，为每个线圈次谐波磁动势的最大幅值，为每个线圈次谐波磁动势的最大幅值，为次谐波磁动势的分布系数。为次谐波磁动势的分布系数。yFqkq第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势四四、单相绕组磁动势单相绕组磁动势 为了改善电机的性能，要尽量减小各次谐波磁动势，使为了改善电机的性能，要尽量减小各次谐波磁动势，使基波磁动势占绝大部分。基波磁动势占绝大部分。设计绕组时，需要采用短距、分布绕组。只要设计合理，设计绕
38、组时，需要采用短距、分布绕组。只要设计合理，能够大大削弱各次谐波磁动势。能够大大削弱各次谐波磁动势。设计合理的相绕组基波绕组系数比各次谐波绕组系数大设计合理的相绕组基波绕组系数比各次谐波绕组系数大得多，即对基波磁动势基本不影响，对谐波磁动势却能大大得多，即对基波磁动势基本不影响，对谐波磁动势却能大大削弱。削弱。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势根据以上分析，双层短距分布绕组产生的磁动势为：根据以上分析，双层短距分布绕组产生的磁动势为：1351352 211(,)(coscos3cos5)cos35 coscoscoscos3coscos5NNNNIftkkktpFtFtFt
39、 式中磁动势分量的最大幅值为：式中磁动势分量的最大幅值为：2 2NFNkIp 式中式中是每相绕组串联的匝数。是每相绕组串联的匝数。2ypqNNa第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势单相绕组磁动势具有以下特点：单相绕组磁动势具有以下特点：v 单相绕组产生的磁动势为脉振磁动势，既是时间的函单相绕组产生的磁动势为脉振磁动势，既是时间的函数又是空间的函数；数又是空间的函数；v 单相绕组产生的脉振磁动势，可以分解为两个旋转方单相绕组产生的脉振磁动势，可以分解为两个旋转方向相反的旋转磁动势。向相反的旋转磁动势。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势vNvkv 单相绕组第单
40、相绕组第 次谐波磁动势幅值与次谐波磁动势幅值与 成正比，与成正比，与 成反成反比；比；vv 基波、谐波磁动势的最大幅值在相绕组的轴线上；基波、谐波磁动势的最大幅值在相绕组的轴线上；v 为了改善磁动势波形，可以采用短距和分布绕组来削弱高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。次谐波。第三节第三节 单相绕组产生的磁动势单相绕组产生的磁动势1142coscosyyyfIN kt总结：总结：整距线圈基波磁动势整距线圈基波磁动势 短距线圈基波磁动势短距线圈基波磁动势 分布线圈组基波磁动势分布线圈组基波磁动势 单相绕组基波磁动势单相绕组基波磁动势 12 2coscosNfNkItp 11
41、42coscosqyqfIN kt12 2coscosyyfINt第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势一一、基波磁动势基波磁动势 120 在三相交流电机中，定子绕组是对称的，在三相交流电机中，定子绕组是对称的，A、B、C 三相三相绕组的轴线在空间相差绕组的轴线在空间相差 电角度，因此三相绕组产生的基波电角度，因此三相绕组产生的基波磁动势在空间互差磁动势在空间互差 电角度。电角度。在对称运行时，三相电流也是对称的，即幅值相等，在在对称运行时，三相电流也是对称的，即幅值相等，在时间上互差时间上互差 电角度。电角度。120120第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁
42、动势交流电机电枢绕组产生的磁动势三相绕组流过的电流分别为：三相绕组流过的电流分别为：2 cos2 cos(120)2 cos(240)ABCiItiItiItA、B、C 三相绕组脉振磁动势基波为：三相绕组脉振磁动势基波为：111111coscoscos(120)cos(120)cos(240)cos(240)ABCfFtfFtfFt112 2NFNkIp第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势利用三角函数将上式分别分解为两个行波：利用三角函数将上式分别分解为两个行波：1111111111cos()21cos()21cos()1cos()21cos(240)21co
43、s(120)22ABCFtFfffFtFttFtFt 由于等式右边后三项正弦波在空间相位上互差由于等式右边后三项正弦波在空间相位上互差 ，三者之和为零。故得三相基波磁动势为：三者之和为零。故得三相基波磁动势为：111111co3(,)s(cos()2)ABCftfffFFtt 120第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势 可见，三相合成基波磁动势是个行波，或称可见，三相合成基波磁动势是个行波，或称旋转磁动势旋转磁动势。它的幅值为常数：它的幅值为常数：11133 22NFFNkIp 该行波沿该行波沿 方向以角速度方向以角速度 旋转。旋转。向量端点的轨迹是向量端点的
44、轨迹是个圆，因此也称为个圆，因此也称为圆形旋转磁动势圆形旋转磁动势。+1F 当电流在时间上变化了电角度当电流在时间上变化了电角度 ，合成基波旋转磁动，合成基波旋转磁动势幅值所在位置势幅值所在位置 。t=wt第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势综上所述，三相合成基波旋转磁动势有以下特点：综上所述，三相合成基波旋转磁动势有以下特点：v 三相合成基波磁动势是一个幅值恒定的旋转磁动势。三相合成基波磁动势是一个幅值恒定的旋转磁动势。60/minfnrp2/60pnrad s或或v 磁动势的转向取决于电流的相序，从领先相绕组轴线磁动势的转向取决于电流的相序，从领先相绕组轴
45、线向滞后相绕组的轴线旋转。向滞后相绕组的轴线旋转。v 旋转磁动势相对于定子绕组的转速为旋转磁动势相对于定子绕组的转速为同步转速同步转速第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势v 当三相电流中某相电流值达到正的最大值时，三相合成当三相电流中某相电流值达到正的最大值时，三相合成基波旋转磁动势的幅值，恰好位于该相绕组的轴线处。基波旋转磁动势的幅值，恰好位于该相绕组的轴线处。v 改变电流的相序，则旋转磁动势改变方向。改变电流的相序，则旋转磁动势改变方向。第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势 为了更形象的表现三相旋转磁动势，给出了三相旋转磁
46、场为了更形象的表现三相旋转磁动势，给出了三相旋转磁场用磁力线表示的示意图用磁力线表示的示意图。图图6.21 6.21 两极旋转磁场两极旋转磁场 180t（d）60t（b）0t（a）120t（c）第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势二二、谐波磁动势谐波磁动势 三次谐波磁动势为：三次谐波磁动势为：33coscos3AfFt 333cos(120)cos3(120)cos(120)cos3BfFtFt 333cos(240)cos3(240)cos(240)cos3CfFtFt 三相合成的三次谐波磁动势为：三相合成的三次谐波磁动势为：33333(,)cos3(cos
47、cos(120)cos(24)00ABCftfffFttt 第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势 一般来说，在三相对称绕组中，一般来说，在三相对称绕组中，3次及次及3的倍数的倍数次谐波磁动次谐波磁动势为零，即不存在势为零，即不存在3，9，15，次谐波。次谐波。至于五、七次谐波磁动势，采用分布、短距绕组后可以使至于五、七次谐波磁动势，采用分布、短距绕组后可以使它削弱到很小；更高次数的谐波磁动势，其幅值就更小了。它削弱到很小；更高次数的谐波磁动势，其幅值就更小了。因此三相绕组产生的磁动势，可以忽略谐波，只考虑因此三相绕组产生的磁动势，可以忽略谐波，只考虑基波磁动势
48、。基波磁动势。第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势 例例6.6 三个匝数相等的整距线圈三个匝数相等的整距线圈 AX、BY、CZ 放在定放在定子的同一槽内。其电流分别为子的同一槽内。其电流分别为 10cos10cos(120)10cos(240)ABCititit求合成基波磁动势。求合成基波磁动势。第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势解：解：三个整距线圈产生的基波磁动势分别为：三个整距线圈产生的基波磁动势分别为：coscosyAXyfFtcos(120)cosyBYyfFtcos(240)cosyCZyfFt合成基波磁动势为：合
49、成基波磁动势为：cos(coscos(120)cos(240)0yyAXyBYyCZyffffFttt第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势 例例6.8 在电机定子槽里放了两个空间相距在电机定子槽里放了两个空间相距 电角度、电角度、匝数相等的整距线圈匝数相等的整距线圈 AX、BY（两相对称线圈），如图（两相对称线圈），如图6.22所示。所示。90图图6.22 两相对称绕组两相对称绕组 分别在分别在 AX、BY 线圈线圈里通入两相对称电流里通入两相对称电流10cos10cos(90)ABitit求合成基波磁动势。求合成基波磁动势。第四节第四节 交流电机电枢绕组产生
50、的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势解：解：根据图根据图6.22所示，两个整距线圈产生的基波磁动势所示，两个整距线圈产生的基波磁动势 coscosyAXyfFtcos(90)cos(90)yBYyfFt合成基波磁动势为合成基波磁动势为11 cos()cos()2211 cos()cos(180)22 cos()yyAXyBYyyyyyfffFtFtFtFtFt第四节第四节 交流电机电枢绕组产生的磁动势交流电机电枢绕组产生的磁动势 空间相距空间相距 90电角度的两相绕组，通以时间上相差电角度的两相绕组，通以时间上相差 90电电角度的两相电流，产生的合成基波旋转磁动势有以下的特点：角度的两相电流，
