《交流绕组详解》PPT课件.ppt

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1、交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,交流绕组的定义,感应交流电的绕组叫交流绕组同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同，因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,对交流绕组的要求,1）良好的导电性能；2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势；3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相等；4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波分量尽量小；5）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好；6）制造工艺简单，检

2、修方便。,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交流绕组的基本概念,实用的交流绕组是分布地嵌在定子槽内的许多线圈组成，一个线圈有Nc匝，每匝有两根导体,线圈的直线部分放在槽里，因它切割气隙磁场产生感应电动势，故称有效边，露在槽外的前后端连接线，称为端部，它不切割气隙磁场，仅起连接有效边的作用，如图8一l所示。,图8-1 线圈,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交流绕组的基本概念,1）电角度 因磁场每转过一对磁极时，导体的基波电动势变化一个周期，在电路理论中，定义一个期为360度时间电角度或2 电弧度，所以把一对极所张的空间角度称为360 度空间电角度或空

3、间电弧度，若电机有P对极，则整个定子内圆有p360电角度，而在几何学中把一个圆周的空间角度称为360 度机械角度，所以电角度el和机械角度mac 的关系应为,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交流绕组的基本概念,2）每极每相槽数q 三相电机中，为了保持电气上的对称，每相绕组所占的槽数应该相等，并且均匀分布，因此，要形成2p个极的电机，应将定子总槽数Z分为2p个等分，每极下的槽数为z2p，每极下的槽数再按m相分，(一般m=3)，所以每极每相槽数为,集中绕组：q=1分布绕组：q1,整数槽绕组：q整数分数槽绕组：q分数,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交

4、流绕组的基本概念,3）槽间角1 相邻两槽相隔的空间电角度称为槽间角，用1表示。当总槽数为Z，极对数为p时，槽间角为,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交流绕组的基本概念,4）相带 每极下一相绕组所占的宽度称为相带，相带用电角度表示。由于每极每相所占的槽数为q，而槽问角为1，对于三相绕组，一个相带所占的电角度为,称为60度相带绕组。,(a),(b),图8-2 60度相带的划分,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交流绕组的基本概念,一对极下有六个相带，为了获得三相对称电动势，各绕组在空间相隔120 度电角度，因此六个相带可依次命名为A、Z、B、X、C、Y

5、，图8-2(a)为一对极电机的相带排列情况。图(b)为两对极电机的情况。图中A与X，B与Y，C与Z相带的导体,处于不同极性的磁极下,相隔180度电角度，故电动势方向相反。,(a),(b),图8-2 60度相带的划分,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,关于交流绕组的基本概念,5）极距 沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法：1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米；2）用电枢槽数表示，单位为槽/极；3）用空间电角度表示；,图8-3 线圈的节距,交流电机的绕组和电动势,8-1 交流绕组的基本概念,图8-3 线圈的节距,6）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为

6、节距，一般用槽数表示。如图8-3所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。整距绕组：y 短距绕组：y，端接较长，较少采用。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,单层绕组的特点,单层绕组的每个槽内只有一个线圈边，因此，每一线圈需占用两个槽，整个绕组的线圈数等于总槽效的一半。由于每槽内仅放置一个线圈边，不需要层间绝缘，这就提高了槽的利用率，同时也没有层闻绝缘击穿的问题，增加了电机工作的可靠性，此外单层绕组嵌线也比较方便，但由于节距受到一定的限制，不能利用它来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在

7、lOkW以下的异步电动机中。,8-2 三相单层绕组,三相单层集中整距绕组,三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相绕组的匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差120 度空间电角度，例如一台p=1的电机，电枢槽数Z=6，则每极每相槽数 q=Z/2pm=6/231(集中绕组)，取节距y=Z/2p=3(整距),若连成单层绕组，其绕组排列如图所示。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,三相单层集中整距绕组,(b),图8-4 三相单层集中整距绕组,为了表示各线圈的位置和连接，通常采用所谓绕组展开图，它是把定子沿轴向剖开，然后把它

8、展开，每一槽用一直线表示，槽上编以号码，按照节距连成线圈，如图8 4(b)所示，这就是 最简单的三相单层集中整距绕组展开图。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,三相单层集中整距绕组,(b),图8-4 三相单层集中整距绕组,按照需要，三相绕组可以连成星形或三角形，图8-4(b)为星形联结；若接成三角形，则按AZ、BX、CY或AY、BZ、CX连接然后由A、B、C引出。,8-2 三相单层绕组,三相单层集中整距绕组,(a),图8-5 三相单层集中整距绕组,槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相对称电动势呢？可以作三相绕组电动势相量的方法来说明。因槽间角 电角度，若规定导体电动势穿进纸面为正，

9、则图8-4(a)所示瞬间1槽导体电动势为正的最大，当转子转过 角后，2槽导体电动势才最大，因此2槽导体电动势落后于l槽导体电动势 60度电角度，这样依次作出相差 电角度的所有槽导体基波电动势相量，所得的相量图称为槽电动势星形图。,8-2 三相单层绕组,三相单层集中整距绕组,槽电势星形图：1槽导体与4槽导体串联组成的整距线圈构成A相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势与4槽导体电动势的相量差。同理，B相电动势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽导体电动势的相量差，如图所示，由图可知三相绕组的基波电动势为三相对称电

10、动势。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,三相单层集中整距绕组,(b),图8-5 三相单层集中整距绕组,集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的电动势波形不好，而且由于绕组集中，运行时发热集中，散热不良，再加上电枢表面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。,8-2 三相单层绕组,三相单层分布绕组,以例说明绕组槽电动势星形图及展开图的作法：例81，一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,绘制三相单层分布绕组的电动势星形图及绕组展开图。,8-2 三相单层绕组,1.作槽电势星形图,规定电动势穿进纸面为正，则在图所示位置，1槽导体电动势为正的最大，依次作出其它槽导体的电动势相量，如图所示,由于

11、是两对极，电动势星形重复两圈,一般地说,p对极电机，电动势星形重复p圈。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,2.分相,所谓分相，就是按每极每相槽数q，把各槽电动势相量所属的槽号具体分配到各个相，分相的原则是应使每相电动势最大，且三相电动势对称。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,2.分相,以A相为例，由于q=2，故每个极下A相有2槽，整个电机A相共有8槽，若在第一个S极下取1、2槽作为A相带，为使合成电动势最大，应将第一个N极下的7、8槽也划归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则为X

12、相带。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,三相单层分布绕组,1）画出槽展开图。即以24根等距直线表示24槽，并在旁边标以槽号。2）根据槽电动势星形图，把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带，每个相带有q(2)个槽。3）把槽中导体连成线圈。单层绕组只能将不同极性下同一相的槽导体组成线圈，如A相只能把A相带与X相带的槽内导体连成线圈，在连接时，导体间连接的先后次序对合成电动势并无影响，因此连接方法有好几种。,3.绘制绕组展开图,8-2 三相单层绕组,单层叠绕组：图87中，A相带中的l槽和2槽导体分别与X相带的7槽和8槽导体组成两个整距线圈，它们串联后形成一个线圈组(也称极相组

13、)。一般说，这种连接，一个线圈组由 q个线圈组成，一对极每相有一个线圈组，p对极电机一相有p个线圈组，由于一个线圈组的q个线圈端部相叠，故称单层叠绕组。这种连接的端接长，费铜线。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,图8-8 三相单层链式绕组展开图（A相）,链式绕组：图 88中线圈的节距y5，即节距为l一6，端接较短，可节省铜线，常用于4极、6极及部分8极的小型电机，由于各线圈的捧列形如长链，故称链式绕组。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,图8-9 三相单层同心式绕组展开图（A相）,链式绕组：图89中两个线圈的节距不相等，它的特点是同一相线圈端部不交叠，布置和嵌线方便，

14、常用于小型两极异步电机，由于是一个线圈套着一个线圈，同一组的几个线圈是“同心”的，故称同心式绕组。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,交叉式绕组：当q=偶数，可把每个相带的槽分成两半，连成链式绕组。如果q为奇数则每个相带的槽不能均分，出现一边多，一边少的情况，例如Z=36，2p=4，m=3每极每相槽数q=3，电机的各相槽号可由表8一2确定。,把210相连，311相连组成两个节距为8的“大圈”，1219相连，组成一个节距为7的“小圈”，每对极下依次按“二大一小”交叉排列，如图810所示，这种绕组称为单层交叉式绕组。交叉式绕组一相相邻的大圈与小圈之间应反向串联，以保证线圈组串联后电动势

15、相加。,相带,槽号,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,交叉式绕组：,图8-10 三相单层交叉式绕组展开图（A相）,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,讨论：链式、同心式和交叉式绕组，虽然线圈节距不等于整距，但由于各种连接形式只改变了同一相中各线圈边电动势相加的先后次序，所以它不影响相电动势的大小，仍算整距绕组。,交流电机的绕组和电动势,8-2 三相单层绕组,连接的原则是应使串联的线圈组电动势相加，而且各条支路的电动势应相等。一相的各线圈组可以串联，也可以并联，或一半线圈组串联后再并联。图87、图88和图89均为串联，支路数a=1，为使线圈组的电动势相加，图87和图89为顺

16、向串联，即按“尾接头”连线，而图8 8为反向串联，即按“尾接尾”或“头接头”接线。同一绕组，如用串联，则每相感应电动势可较大，允许通过的相电流小；如用并联，每相感应电动势减小，允许通过的相电流则增大。图88和图89只画出了A相绕组，B、C相绕组可用和以A相同样的方法画出来。,4.根据电压和电流的要求把一相的各个线圈组连成一相绕组,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层绕组,双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈边，线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边则放在相隔y槽的下层，如图8ll所示，对于双层绕组，整个电机的线圈数正好等于槽数。,图8-11 双层绕组,交流电机的绕组和电动势,8-3

17、 三相双层绕组,1）可以选择有利的节距，并可同时采用分布的办法来改善电动势和磁动势波形。2）所有线圈具有同样的尺寸，便于制造。3）可以组成较多的并联支路。4）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。所以现代10kW以上的三相交流电机，其定子绕组均采用双层绕组。,图8-11 双层绕组,双层绕组的优点,双层绕组的分类,三相双层绕组有叠绕组和波绕组两种。,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层叠绕组,首先进行计算：,例8-2 某交流电机定子绕组的Z24，p=4，m=3，采用短距，且y=5，（节距为16），试作出线圈电动势的星形图及绕组展开图。,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层

18、绕组,1.绘制线圈电动势相量图 对于双层绕组，其线圈数等于槽数，由于每个线圈两个边放在相距节距y的两个槽内，所以线圈电动势就是槽电动势星形图中相距y槽的两个相量的合成，所得线圈,电动势相量图仍为相差 电角度的星形图，仅仅是相量长短不同以及因选择的节距不同相量图移动了一个不同的角度，由于本例与例81有相同的槽数和极数，所以图86(b)的槽电动势星形图也可看作线圈电动势星形图，只是每一相量的编号是该线圈上层边所在槽的号码。例如相量1是其上层边嵌于槽1的线圈的电动势相量。,(b),图8-6 槽导体分布和槽电势星形图,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,2.分相 按照q=2，把电动势星形图分

19、成A、Z、B、X、C、Y六个相带。由图可知，1、2、7、8、13、14、19、20槽的上层边属于A相。,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,3.画绕组展开图,1）把电枢展开，每槽以一实线表示线圈的上层边，一虚线表示线圈的下层边，并在实线旁标以槽号，然后把槽按极数等分成4份，如图812(a)所示。2）按电动势星形图把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带。注意这些相带只表示该相线圈上层边所在的槽。,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,3.画绕组展开图,3）根据线圈的节距y5(节距为16)，把上、下层连成线圈。例如A相带第1槽的上层边和第6槽的下层边构成一个线圈，第2槽

20、上层边与第7槽下 层边构成一个线圈，这两个线圈串联形成一个线圈组。同样可作出以相其它相带的线圈组，一相共有2p个线圈组，本例 中一相有4个线圈组。同理可作出B、C相的线圈组(图中未画出)。,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,3.画绕组展开图,4）根据电压和电流的要求，把一相的线圈组串联或并联组成一相绕组。为了使线圈组的电动势相加，一相两相邻线圈组之间应反向串联，即采用“尾接尾，头接头的连接规律。图8-12(a)为串联连接支路数a=l。图812(b)为一半线圈组串联后再并联的连接示意图，其支路a=2。对于双层叠绕组，最大并联支路数等于线圈组数，而一相的线圈组数等于极数，所以最大可能的

21、并联支路数等于极数。,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层叠绕组,图8-12 三相双层绕组展开图（a=1）,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层叠绕组,图8-12 三相双层绕组展开图（a=2）,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层波绕组,对多极、支路导线截面较大的交流电机，为节约极间连线用铜，常采用波绕组。波绕组的连接特点是把所有同一极性下(如N1、N2)属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成一组；再把所有另一极性下(如S1、S2)属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成另一组，最后把这两大组线圈根据需要接成串联或并联，构成一相绕组。由于相连线圈形似波浪

22、，故称为波绕组。,如前述例82，连成a=1的波绕组，整个A相绕组的连接次序如图814所示，绕组展开图如图815所示。,图8-14 波绕组A相各线圈连接次序,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层波绕组,图8-15 三相双层波绕组展开图,交流电机的绕组和电动势,8-3 三相双层绕组,双层波绕组,说明：1）在整数槽波绕组中，无论多少极数，每相每条支路只需一根组间连线。并 联支路最多只有2条。2）波绕组中采用短距，可以改善电动势和磁动势波形，但不能节约端部用铜。因为合成节距总是差不多等于一对极距不变，线圈节距缩短，虽使一边端 部连线缩短，但另一边却加长了，故用铜量基本不变。3）由于波绕组

23、的组间连接线少，绑扎固定比较简单，同时使重量分布易于平 衡，故波绕组多用于大、中型水轮发电机定子绕组和绕线转子异步电机的 转子绕组中。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,一、导体电动势,交流绕组的感应电动势由三个基本要素所决定:（1）电动势的频率（2）电动势的波形（3）电动势的大小。,图8-16（a）同步发电机模型,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,1.感应电动势的频率,图是一台两极凸极同步发电机模型。假设拖动磁极以恒定转速n相对于定子旋转，则定子导体切割主磁通而感应电动势，因N极磁通和S极磁通在导体中感应的电动势方向相反，因此每当转子转过一对磁极时，定

24、子导体感应电动势交变一次.,图8-16（a）同步发电机模型,若电机为p对极，则转子旋转一周，导体感应电动势即交变p次，转子每分钟旋转n转，所以导体电动势每分钟交变pn次，每秒钟交变pn/60次，这就是频率，即,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,根据电磁感应定律，定子导体a中感应电势的瞬时值为：,式中：Bx为导体所在处气隙空间的径向磁通密度；l为导体在磁场中的有效长度；v为导体相对于磁场的线速度。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,在已经制成的电机中，导体有效长度l及线速度v 为定值，所以导体

25、的感应电动势正比于气隙磁密，因而气隙磁密在空间的分布波形便决定了导体感应电动势随时间变化的波形。,8-4 交流绕组的感应电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,为了作出气隙磁密分布曲线，可把电机沿轴向剖开，并展开成一直线,把纵坐标取在磁极中心线上，表示气隙磁密；横坐标放在转子表面，表示极面各点距坐标原点的距离，以电角度量度，整个坐标系统随转子旋转。,8-4 交流绕组的感应电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,由于在一个磁极范围内励磁磁动势大小不变，在不考虑定子齿槽影响的情况下，主磁极表面与定子铁心气隙较小，因而磁阻较小，气隙磁密较大；相邻两主磁极之间气隙较大，磁阻也大，因而气隙磁密就小。气隙

26、磁密的分布如图816(b)所示，图中是按气隙磁通由定子指向转子为正，即转子S极的磁密为正，N极的为负。,图8-16（b）气隙磁密分布,8-4 交流绕组的感应电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,8-4 交流绕组的感应电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,经过t秒后，导体所在处的磁密为：,所以，导体的感应电动势为：,式中：E1m、E3m、E5m Em分别代表导体的基波和3、5、次谐波电动势的幅值。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,一、导体电动势,2.感应电动势的波形和谐波分析,图代表了只考虑基波和三次谐波的导体电动势随时间变化的波形。,因次谐波磁场的极对数 pp，且随转

27、子一同旋转，其转速均为n，次谐波电动势频率为：,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,3.导体感应电动势的大小,由式（812）可知导体基波电动势的最大值为,为基波每极磁通量，单位为Wb。,同理，次谐波电动势的有效值为,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,二、线圈电动势与节距因数,1.整距线匝和线圈电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,线圈电动势与节距因数,1.整距线匝和线圈电动势,在整距情况下，线匝的一根导体 若处于S极下，则另一根导体 正好处于N极下，此时两导体感应电动势的瞬时值大小相等，方向相反。如果规定导体电动势方向如图中自下而上为正，则由于两导体在空问

28、相差一个极距，即相当于基波磁场的180 度电角度。所以导体电动势 与 在时间上也差180度电角度，如图816(b)所示。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,二、线圈电动势与节距因数,1.整距线匝和线圈电动势,因 与 反相位，线匝电动势有效值为：,若线圈匝数为Nc，则整距线圈基波电动势为,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,线圈电动势与节距因数,1.整距线匝和线圈电动势,次谐波电动势 与 间的相位差为 电角度，由于为奇数，因此电动势相位差仍为反相位，次谐波电动势有效值为,结论：无论基波和谐波整距线匝电动势有效值都是一根导体电动势的两倍，且线匝电动势波形与单根

29、导体电动势波形相同。整距线圈电动势是整距线匝电动势的Nc倍，其波形不变。,二、线圈电动势与节距因数,2.短距线匝和线圈电动势,短距线匝两导体间的节距y小于极距，即y，如图819(a)所示，此时两导体在空间位置相差小于180度电角度，即 电角度。,图8-19(a)短距线匝的电动势,二、线圈电动势与节距因数,2.短距线匝和线圈电动势,图8-19(a)短距线匝的电动势,由于导体中感应电动势有效值的大小与导体所处磁场位置无关，仍可按式(814)、(815)计算，但两导体电动势间的相位与它们所处磁场位置有关，根据整距线匝电动势分析可知，两根导体基波电动势在时间相位上相差的电角度应等于它们在空间位置相差的

30、电角度。所以在图示转向下，应超前于 以电角度。,二、线圈电动势与节距因数,2.短距线匝和线圈电动势,其短距线匝基波电动势,绕组的基波节距因数。,讨论：采用短距后，线匝电动势减小到整距时的 倍。,8-4 交流绕组的感应电动势,二、线圈电动势与节距因数,2.短距线匝和线圈电动势,Nc匝的短距线圈基波电动势为：,对次谐波而言，短距线匝两导体间相隔的电角度为,次谐波的节距因数。,8-4 交流绕组的感应电动势,二、线圈电动势与节距因数,2.短距线匝和线圈电动势,讨论：1）短距后基波电动势减小得不多，而谐波电动势则有较大得削弱，故适当采用短距可以改善绕组电动势的波形。2）只要使节距因数，可以消除某一次谐波

31、电动势。3）如果要消除次谐波电动势，只要使线圈节距缩短次谐波磁场的一个 极距，即4）为了消除五次和七次谐波电动势，通常选用,8-4 交流绕组的感应电动势,三、线圈组电动势与分布因数,线圈组：每个极(双层绕组)或每对极(单层绕组)下每相有q个线圈串联，组成一个线圈组。线圈组的电动势等于q个串联线圈电动势的相量和。,例：一三相四极36槽的绕组，每极每相槽数q=3，槽间角 电角度。,图8-21 线圈组的电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,三、线圈组电动势与分布因数,由于每个线圈的匝数及节距都一样，所以每个线圈感应电动势大小皆相等，只是由于在空间所处的位置不同，各线圈电动势间有相位差，显然，这一相位

32、差就等于相应槽在空间相隔的电角度，由于基波磁场相邻槽间角为1电角度，所以相邻线圈基波电动势相位亦相差1电角度，其相量图如图82l（b）所示。,图8-21 线圈组的电动势,三、线圈组电动势与分布因数,三、线圈组电动势与分布因数,而,所以,称为绕组的基波分布因数。它表示q个分布线圈合成电动势与q个线圈集中在一个槽中时合成电动势的比值。其值恒小于1。,三、线圈组电动势与分布因数,综上所述：线圈组的基波电动势为,基波绕组因数。它表示短距、分布绕组的基波电动势与该绕组为整距、集中绕组时的基波电动势的比值。,三、线圈组电动势与分布因数,综上所述：线圈组的基波电动势为,同理：对次谐波，相邻两槽在空间相差 电

33、角度，故线圈组各线圈的谐波电动势相位依次相差 电角度。线圈组的次谐波电动势有效值为,绕组的次谐波分布因数 绕组的次谐波绕组因数。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,线圈组电动势与分布因数,讨论：采用分布绕组也能削弱电动势中的高次谐波以改善绕组电动势波形。其原因主要是由于线圈分布后其电动势的合成为相量相加，合成电 动势要减小，由于基波和谐波各电动势相差的相位角不同，因之对合成电动势削弱的程度也不同，基波电动势削弱得少，而谐波电动势削弱得多。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,四、绕组的相电动势和线电动势,绕组的相电动势：各相的若干线圈组按串联或并联组成一定

34、数目的支路，相绕组电动势的大小则决定于一条支路电动势的大小，而支路电动势决定于该支路所串联的线圈组电动势的和，由于支路内各线圈组的电动势同大小、同相位，所以绕组的相电动势实际上等于一条支路的线圈组效乘以一个线圈组的电动势。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,四、绕组的相电动势和线电动势,对双层绕组：一相有2p个线圈组，若连成a条支路则每条支路的线圈组数为2p/a，因此一相的基波电动势为,式中：为双层绕组一相的串联匝数（即一条支路的匝数）。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,四、绕组的相电动势和线电动势,对单层绕组：一相有p个线圈组，若连成a条支路则每条支

35、路的线圈组数为p/a，因此一相的基波电动势为,式中：为单层绕组一相的串联匝数（即一条支路的匝数）。,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,四、绕组的相电动势和线电动势,同理，一相绕组的谐波电动势有效值为,考虑高次谐波电动势后，相电动势有效值为：,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,四、绕组的相电动势和线电动势,讨论：1）高次谐波电动势对相电动势的数值影响较小，但对电动势波形影响较大。2）当连接成星形时，线电动势中的三次谐波电动势抵消了，例如，三的倍数的各奇次谐波电动势也不可能出现在线电动势中。其余各奇次谐波的线电动势为相应电动势的 倍，因此，线电动势的有效值为

36、,交流电机的绕组和电动势,8-4 交流绕组的感应电动势,四、绕组的相电动势和线电动势,3）当连接成三角形时，三次谐波电动势和三的倍数的各奇次谐波电动势在闭合的三角形内形成环流。该环流在三相绕组的三次谐波及三的倍数的奇次谐波阻抗上的压降与其电动势相平衡，因而在线电压中也不会出现三次和三的倍数次谐波。由于环流将引起附加损耗，导致温升增加和效率降低，所以现代交流发电机多采用星形联结而不采用三角形联结。,交流电机的绕组和电动势,8-5 齿谐波电动势及其削弱方法,齿谐波电动势,前面的分析是认为定子铁心表面光滑无齿，谐波电动势是由于气隙磁场的空间分布为非正弦所产生的，这种谐波电动势可以通过改善气隙磁场分布

37、、采用分布、短距绕组以及连接成星形来削弱。实际上电机的定子上开有槽，尤其是大型电机多用开口槽，气隙磁阻实际是不均匀的，槽口处气隙磁阻大，磁力线集中于齿部，转子旋转时，磁场的分布形状就不再保持不变，而有周期性的变化，变化频率决定于槽数，这部分磁场在定子绕组中要感应出相应的电动势，此外。齿槽的存在也改变每极下气隙总磁导，使每极磁通量也发生周期性变化，这也会在定子绕组中感应电动势，这些电动势的频率都与定子每极的齿槽数有关，所有由于齿槽影响而产生的电动势统称为齿谐波电动势。,交流电机的绕组和电动势,8-5 齿谐波电动势及其削弱方法,齿谐波电动势,图8-22中曲线1是每极槽数Z/(2p)=6时,含有齿谐

38、波电动势的波形,如果把齿谐波分出来，就如图中曲线2所示其频率较基波大Z/p=2mq倍，又因为各个齿面下的磁密的大小不等，所以齿谐波电动势的幅值不是定值，通过分析可知，齿谐波电动势可以看成是由(2mq1)及(2mq1)两种不同谐波频率的等幅正弦电动势的合成，故一般齿谐波电动势的次数为(2mq1)。实际齿谐波本身还不是正弦形，除了上面两个基本齿谐波以外，尚有更高次的齿谐波电动势，但其幅值已不大，较为次要，一般可略去不计。,交流电机的绕组和电动势,8-5 齿谐波电动势及其削弱方法,齿谐波电动势的削弱方法,对2mq1次的齿谐波，其分布和节距因数分别为：,即齿谐波的分布因数和节距因数与基波的相等。如果采

39、用分布和短距绕组来削弱齿波电动势，则基波电动势将按同样的比例被削弱，这显然是不行的，为此应采用其它措施来削弱齿谐波电动势。,交流电机的绕组和电动势,8-5 齿谐波电动势及其削弱方法,齿谐波电动势的削弱方法,目前削弱电机中齿谐波电动势的办法主要有以下几种：,1）采用磁性槽楔或半闭口槽，以减小由于槽口气隙磁导变化较大引起的齿谐 波。半闭口槽一般用于小型电机，磁性槽楔一般用于中型电机中。2）采用斜槽。这种方法用在中小型异步电机及小型同步 电机中，通常斜一个定子齿距图823是异步电机 转子槽斜一个定子齿距的情况。3）增大每极每相槽数q，q值越大，定子铁心内表面越接 近于光滑，齿谐波的次数就越高，其影响就较小。在 汽轮发电机里。由于极数少(一般2p2)，q值较大，所以齿谐波电动势影响不大，而水轮发电机，极数多，q值较小，齿谐波电动势影响较大。这时常采用分数槽 绕组来消弱齿谐波电动势。,