[理学]电机学孙旭明王善明版第5章

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1、第5章交流电机的绕组和电动势5.1交流电机的基本工作原理，对交流绕组的基本要求交流电机的种类绕线转子异步电机同步电机异步电机凸极同步电机笼型异步电机隐极同步电机可以作为发电机，也可以作为电动机。交流电机同步电机和异步电机运行原理不同。但是两者在定子结构、定子绕组以及绕组感应电动势和绕组产生磁动势等方面有很多共同的地方，将这些作为共同问题来一起进行研究。同步电机的基本工作原理原动机拖动转子旋转。励磁绕组中通入直流电。导体切割磁感应线，产生感应电动势。同步电机的基本工作原理导体感应电动势与导体所在处的气隙磁通密度、长度和相对

2、运动速度有关。同步电机的基本工作原理感应电动势的方向用右手定则判断；图中所示时刻电动势的方向为出纸面。同步电机的基本工作原理转子转过一周，定子导体感应电动势正负交变一个周期。带上负载则可以输出电能。同步电机的基本工作原理转速n1的单位为r/min。对于p对极的电机而言，转子每转过一周，定子导体感应电动势正负交变p个周期。同步电机的基本工作原理同步电动机的基本原理定子通电形成旋转磁场，等效为旋转的磁极。同步电机的基本工作原理极对数p一定时，定子导体感应电动势的频率f与转子转速n1有严格的关系，称为同步关系。转子转速n1称为同

3、步转速。这种电机称为同步电机。异步电机的工作原理笼型异步电机异步电机的工作原理转子转速n是否会等于定子磁场的转速n1？不会，否则无法感应电动势，不会有电流，不会产生转矩。因为转子转速n与定子磁场转速n1之间没有严格的同步关系，所以称为异步电机。交流绕组由交流电机的工作原理可见，交流绕组是电机进行能量转换的关键部件。产生感应电动势；产生磁动势。对交流绕组的要求导体数一定情况下，能产生较大的基波电动势和磁动势；三相绕组感应电动势对称；三相绕组阻抗相等；电动势和磁动势的波形尽可能接近正弦；较好的散热，一定的绝缘强度；工艺简单、维

4、护方便。交流绕组的电动势和磁动势研究交流绕组的感应电动势和产生磁动势的问题。同步电机、异步电机都存在这些共同问题。先研究绕组和电动势问题，以同步发电机为对象。交流绕组的电动势交流电机的绕组是由放置在铁心槽中的导体通过一定的方式联结而成的。导体线匝线圈线圈组相绕组由简单到复杂交流绕组的构成交流绕组的电动势绕组联结的原则尽量充分利用导体（产生的感应电动势尽可能大）。电动势质量好。波形接近正弦三相对称节省材料。5.2三相单层集中整距绕组及其电动势导体感应电动势与导体所在处的气隙磁通密度b、导体长度l和相对运动速度v有关。对于

5、确定的电机而言，长度和转速都是确定的，所以着重分析气隙磁通密度。导体感应电动势为方便进行数学描述，建立直角坐标系在转子表面；原点、横坐标、纵坐标。规定物理量的参考方向气隙磁通由转子进入定子方向为正，相应的磁通密度也为正；电动势以出纸面方向为正。导体感应电动势励磁磁动势Ff＝NfIf产生气隙磁场，用气隙磁通密度b表示。导体感应电动势谐波分析应用叠加定理；由磁通密度波形的特点，可知傅里叶级数分解后，只含有奇数次的正弦项。气隙磁通密度的空间分布为平顶波。导体感应电动势气隙磁通密度可以表示为分别研究各次磁通密度的作用，再综合。可

6、以看成是导体以角速度向着与转子转向相反的方向运动，导体的基波感应电动势t＝0时，t时刻，211mEE=为基波感应电动势的有效值。lvBEmm11d=为导体A基波感应电动势的最大值。导体的基波感应电动势习惯上采用每极磁通量来计算电动势1为气隙基波每极磁通量；p为极距。导体的基波感应电动势电角度与机械角度转子转过一对极，定子感应电动势就交变一次，即经过360。电角度与机械角度在电机学中，将一对极在空间上占据的机械角度定义为360，称为空间电角度，用表示。原来的空间一周对应的360，称为空间机械角度，用表示。空间

7、电角度与空间机械角度之间的关系结论空间上正弦分布的磁通密度波，通过转子旋转产生了时间上正弦变化的电动势。转子在一段时间内转过的空间电角度和电动势在时间上经过的角度相等，即转子在空间上转过多少电角度，电动势就在时间上经过了多少电角度。导体的基波感应电动势与导体A相距一个角度的导体B的感应电动势t时刻，eB1与eA1的有效值相同，但相位不同。导体的基波感应电动势结论导体B与导体A在空间上相差电角度，它们的感应电动势在时间上也相差电角度。顺着转子转动的方向看，空间上超前，则感应电动势在时间上滞后。导体的谐波感应电动势同理也可

8、以得到5次、7次等各次谐波电动势整距线匝的感应电动势线匝应将哪两个导体联结起来，构成一个整距线匝？整距线匝的感应电动势要使线匝的感应电动势最大，应选节距等于一个极距的两根导体联结成线匝。节距等于一个极距，称为整距。节距可以不等于一个极距，可以形成短距或者长距。整距线匝的感应电动势整距线匝的基波感应电动势