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1、（1）交流绕组基本概念和构成原理,（2）交流绕组的感应电动势的波形、频率、大小,（3）交流绕组磁动势的时空概念,（1）电角度概念 （2）交流绕组磁势的时空概念,难点内容：,第四章 交流绕组,重点内容：,4.1 交流绕组的构成原则和分类,4.2 三相双层绕组,4.4 交流绕组的感应电动势,4.6 单相绕组的磁动势,4.7 三相绕组的磁动势,第四章 交流绕组,4.3 三相单层绕组,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于正弦形、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，用铜量要小；,(4)绝
2、缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。,二、分类,按相数：单相和多相绕组；,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。,定子铁心,定子绕组,定子铁心和绕组,横截面,流出为负,流入为正,U V W,i1 = Imsin t i2 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O),i1 i2 i3, t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i3 0,N S,t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i30,N S,t = 120O 时 i10，i2 = 0，i3 0,N S,t = 240O 时 i1 0，i20，i3
3、= 0,t = 360O 时 i1= 0，i2 0，i30,N S,i 变化一周 i 每秒钟变化 50 周 i 每分钟变化 (5060) 周,旋转磁场转一圈 旋转磁场转 50 圈 旋转磁场转 3000 圈,(2) 旋转磁场的转速 n0, 同步转速,n0 = 3000 = 60 f1 (r / min),每相绕组由 一个线圈组成,每相绕组由两个 线圈串联组成,t = 0O 时 i1 = 0，i2 0， i3 0,N,S,N,S,磁极对数 p p = 2 电流变化一周 旋转磁场转半圈 n0 = 1 500,当磁极对数 p = 3 时 n0 = 1 000,(3) 旋转磁场的转向 ( n0 的方向)
4、 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相转向滞后相。 由通入绕组中的电流的相序决定的。 怎样改变 n0 的方向 ? V(i1) U(i2) W(i3),4.2 三相双层绕组,（1）可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，以 改善电动势和磁动势的波形；,（3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。,（2）所有线圈具有相同的尺寸，便于制造；,*10kW以上电机，一般采用双层绕组,*双层绕组中，线圈数正好等于槽数,*双层绕组的优点：,一、基本概念,1、极距,相邻两个磁极轴线间沿着定子铁心表面所跨过的距离，一般用槽数表示。 =Q/2p,2、绕组元件、有效边、端接线,绕组元件：用绕线模具
5、制成一定形状的单匝或多匝线圈。 有效边：放在电机定子槽内的绕组直线部分，能量转换。 端接线：两个有效边之间的联线。,3、线圈节距y1,绕组两个有效边之间的距离， 用槽数表示。为了得到尽可能大的电势、磁势，y1应接近于,y1=，整距绕组 y1，长距绕组,4、电角度,机械角度：电机圆周的几何角度 电角度：定子导体中感生电势变化所对应的角度。 定子导体中电势变化一个周期，为360o电角度。 对于p对极，机械上旋转一周，导体电势变化p个周期 则：电角度=p*机械角度,5、每极每相槽数q,q=1，集中绕组 q1，分布绕组,通常q个绕组元件联成一组，称为一个极相组。,6、槽距角,7、相带,每极下每相所占有
6、的区域，用电角度表示。,相邻两槽间电角度：,此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。,8、槽电势星形图,每槽导体电势用一矢量表示，由此做出全部槽的电势，构成的星形图形。,定子每极每相槽数：,式中，,Q 定子槽数；,p 极对数；,m 相数。,相邻两槽间电角度：,二、槽电动势星形图和相带划分,现以一台相数 ，极数 ，槽数 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。,槽电动势的星形图,三相双层绕组槽电势星形图,同理，B 相距离A 相1200 电角度处,C 相距离A 相2400电角度处，可按图所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可得到一个三相对称绕组。,将四个线圈组按一定规
7、律连接，即可得A相绕组。,相带,槽号,极对,A,B,C,X,Y,Z,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,第一对极下,（1槽-18槽）,第二对极下,（19槽-36槽）,表4-1 各个相带的槽号分布,槽数=36 极距=9 节距=9,假定流入纸面电流为正,S,N,N,S,槽数=36 极距=9 节距=9,槽数=36 极距=9 节距=9,极相组A1,极相组A2,极相组X1,极相组X2,槽数=36 极距=9 节距=9,槽数=36 极距=9 节距=
8、8,三、绘制绕组展开图,绘制绕组展开图的步骤是： a、绘制槽电动势星型图 b、划分相带 c、将各相线圈按一定规律连接成对称三相绕组。,根据线圈的形状和连接规律，双层绕组可分为叠绕组和波绕组两类。,1、双层叠绕组,相邻的两个线圈中，后一个线圈叠在前一个线圈上，这种绕组称为叠绕组。,例如，绘制4极三相36槽的双层叠绕组展开图。,三相双层叠绕组的A绕组的展开图,-1-2-3-,-10-11-12-,-19-20-21-,-28-29-30-,A相绕组线圈的连接图（一条并联支路）,123,192021,101112,282930,两条并联支路,2、波绕组,4.3 三相单层绕组,二、单层链式绕组,4.4
9、 正弦磁场下交流绕组的感应电动势,一、导体的感应电动势,1、电动势的波形,2、正弦电动势的频率,感应电动势的频率：,同步转速：,3、导体电动势的有效值,将 代入上式得导体电动势 为,二、整距线圈的电动势,匝电势,单匝线圈电动势的有效值,线圈有 匝，则线圈电动势为,三、短距线圈的电动势，节距因数,短距线圈的节距 ，用电角度表示时， 节距为,单匝线圈的电动势为,据相量图中的几何关系，得单匝线圈电动势。,为线圈的基波节距因数，表示线圈短距时感应 电动势比整距时应打的折扣：,其有效值 为,四、分布绕组的电动势，分布因数和绕组因数,考察一个极相组内q个线圈的合成电动势Eq1,Ec2,Ec1,Ec3,极相
10、组的合成电动势,q个线圈的合成电动势Eq1为,式中， 外接圆半径。,把R代入上式，得,式中， q个线圈电动势的代数和；, 绕组的基波分布因数，,kd1的意义：由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势qEc1小于q个集中线圈的合成电动势Eq1，由此所引起的折扣kd11。,一个极相组的电动势为,式中， q个线圈的总匝数；,绕组的基波绕组因数。,kw1的意义：既考虑绕组短距、又考虑绕组分布时，,整个绕组的合成电动势所须的总折扣。,4.6 单层集中整距绕组的一相磁动势 交流电机模型图（A相集中绕组）,1. 磁动势表示方法,线圈中通入电流(i0）所产生的磁场分布图 链接单个线圈产生磁动势图
11、,线圈磁动势的空间分布,在定子内圆表面建立空间坐标，以A相绕组轴线与定子内表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度表示。把气隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆周方向的空间距离。,正磁势规定：磁感应线方向是出定子进转子为正值。,结论： 通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周分布是一个矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁动势发生突跳。,不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于整个磁路磁动势的一半，为 Nci/2，即：,2. 用傅里叶级数分解矩形波磁动势,结论: 1.基波磁动势的幅值为4/fk，是矩形波磁动势的4/倍,3. 线圈中通入交变电流产生脉振磁动势,链接脉振磁动势动画,当线圈电流交变
12、时，线圈磁势在空间上沿气隙分布仍是矩形，而且轴线固定不动，但其幅值在时间上按余弦规律变化，也就是说整个磁势波不能移动而只能脉振。,结论：1)单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在空间按矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。 2)线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有 3、5、7 等谐波磁势分量。,A相电流表达式,A相脉振磁势表达式,A相脉振磁势幅值,B相与C相电流建立的脉振磁场,4. 脉振磁动势分解为两个旋转磁动势,结论：1) 一个脉振磁动势波，可分解为两个波长与原脉振波完全相同，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转角速度（）与脉振
13、波的脉振频率（f）有关，每个旋转波的幅值是原脉振波的一半。 2) 当线圈中电流为正的最大值时，脉振波的波幅为正的最大值，此时两个旋转波的正波幅正好转到=0的位置，即在通电线圈的轴线处，两个旋转波重叠在一起。,链接脉振磁场动画,5. 线圈的分布和短距对磁势的影响,一. 线圈分布的影响,在交流绕组中，每相绕组都是由若干个线圈串联或并联组成。各线圈依次沿圆周错开一个槽（槽距角1）。,对基波错开一个槽（槽距角1） 对v次谐波错开电角度v1,用矢量相加可以求得该线圈组磁势的v次谐波幅值,1,2,3,2,1,多线圈的空间位置,v1,v1,Fcv1,Fcv2,Fcv3,Fqv,V次谐波矢量合成,显然，Fqv
14、qFcv, 这一效应可用分布系数Kqv表示：,基波分布系数：,Kqv随v的次数增加而明显衰减，可见，分布绕组可以有效削弱谐波磁势。,二. 线圈短距的影响,在交流绕组中，相对节距：,短距线圈比整距线圈缩短的距离为：,短距系数：,其中：,1,1,2,2,Fc1,Fc2,Fy,1,1,2,2,Fc1,Fc2,Fy,绕组系数：,基波绕组系数：,短距系数：,基波短距系数：,4.7 三相绕组的磁动势,三相绕组基波合成磁动势为,A相脉振磁势基波幅值：,三相绕组基波合成磁动势为,式中， 三相绕组基波磁动势的幅值。,三相合成磁动势是一个圆形旋转磁动势。,性质：是一个沿着气隙圆周连续推移的旋转磁动势波。,a) 转速：,即,b) 幅值位置：当某相电流达到交流的最大值时，基波合成旋转磁动势波的幅值就将与该相绕组的轴线重合。,c) 方向：取决于交流电流的相序。,本章结束！,
