2011-7-18 河海大学 电气学院 1
,电机学,
第二篇
交流电机的共同理论
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第二篇
交流电机的共同理论
第六章 交流电机绕组及其感应电动势
第七章 交流绕组的磁动势
第八章 电机的发热和冷却
第六章 交流电机的绕组及其磁势
第一节 交流电机的基本作用原理
第二节 交流绕组
第三节 绕组的感应电动势
第四节 谐波电动势及其削弱方法
序
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序
? 交流电机：
* 异步电机
* 同步电机
? 同步与异步
* 旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流，形成
旋转磁场（后面将详细讨论）。
* 电机实际转速 n＝同步转速 n0：同步电机
* 电机实际转速 n≠同步转速 n0：异步电机
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第一节 工作原理、分类、结构
* 先讲结构
* 后讲原理
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一、基本结构
? 定子与转子两大部分
? 1 定子
? 固定不动的部分
? 铁芯、绕组、机坐
? (1) 定子铁芯
* 希望较强的磁场
* 导磁好、损耗小
* 硅钢片
* 内表面开槽：放绕组
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? (2) 定子绕组
? 线圈
? 按一定规律放
? 单层绕组、双层绕组
? (3) 机坐
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? 2.转子
? 同步机与异步机转子不一样
? 铁芯
* 外表面开槽
? 绕组
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二、同步电机
? 定子绕组：对称三相绕组
? 转子：励磁绕组
? 原理：励磁绕组＝＞通往直流电＝＞外力合转
子旋转＝＞转子旋转磁场＝＞穿过气隙＝＞切
割定子绕组＝＞三相感应电势＝＞当接负载＝
＞电流＝＞电能输出
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? 异步电机 原理在第九章讨论
? 直流电机 原理在第十六章讨论
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三、异步电机工作原理
（放在第九章讨论较合适）
? 1,静止起动
? 三相电流 =>三相绕组 =>旋转磁场 B1
=>B1切割转子导条（因为转子静止）
=>感应电势 E2 =>感应电流 I2（因为转子闭合）
=>B1与 I2作用 =>电磁转矩 T
=>当 T＞ T0＋ TL时，转子从静止开始起动
? 其中,T0空载转矩
? TL负载转矩
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? 2,平衡
? 转动,n增加 =>转差减小：
“切割”速度下降 =>E2 ↓ =>I2 ↓ =>T ↓ =>
当 T＝ T0＋ TL时，转子匀速转动
? 3,干扰,
? 若 TL↑ => T0＋ TL＞ T时，失去平衡 =>
? 转速 n ↓ =>转差 ↑ =>,切割”速度 ↑=>E2 ↑ =>I2 ↑
=>T ↑ =>直到 T＝ T0＋ TL,自动 重新平衡
? 法：
nnn ??? 0
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第二节 交流绕组
? 作用：
* 通入电流 →磁场（电动机）
* 磁场与定子绕组切割 →电势 →电流（发电机）
? 分类（类型）
* 相数：单相、三相
* 层数：
? 单层：同心式、交叉式、链式
? 双层,叠绕组、波绕组
* 宽度：整距,短距
* 分布性,分布 绕组、集中绕组
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交流绕组的基本述语
? 电角度与机械角度
* 机械角度,电机圆周在几何上分成 360°
* 电角度,电势变化一个周期 (360电角度 )
* 关系,
? 相带,每极面下每相绕组所占范围（ 60度）
? 每极每相槽数,
? 槽距角, 相邻两槽之间的角度
? 极距,相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离,
定子内表面弧长（槽数）：
? 节距 （跨距）：线圈宽度 y
* у =τ称为整距,у <τ称为短距,у >τ称为长距
pm
Qq
2 1?
1
360
Q
p??
p
Q
2
1??
me ?? ?
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相带与电势星形图
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交流绕组基本要求,
? 1 三相基波电动势和磁动势要 对称,
? 2 力求获得 较大的基波 电动势和磁动势,尽量
减小或 消除谐波 分量,
? 3 提高导线的利用率,提高制造的工艺性,
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绕组展开图
? 表示定子绕组的联结关系
? 主要两种：单层、双层
? 画法：
* 计算极距
* 每极每相槽数
* 计算相带数、分相带
? 相带数 =总槽数 /q 或 =极数 *3 即,6p
* 构成线圈
* 构成线圈组（极相组）
* 构成相绕组：反相串联
? （不同极面下线圈组的电流方向相反）
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三相单层绕组（了解）
? 每槽只有一个线圈边,结构和嵌线较简单,适用
于 10kv以下的小型交流电机,
? 分类：
* 链式绕组：
* 交叉式绕组：
* 同心式绕组：
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* 例,Q1=24,2p=4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
A1 X1 A2 X2
z a b c
x y
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20Π Ш
a 1 7 8 13 19 14? 2
b 5 11 12 17 23 18
24? Π Ш6
4Π Ш
c 9 15 16 21 3 22? 10
三相单层等元件绕组的原理（ p=2）
线圈连接顺序
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三相双层绕组
? 每绕组两有效边
? 每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈）
? 整距、短距绕组
? 例,Q1=24,2p=4
? τ =24/4=6
? q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=2
? 12个相带
? A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1
A1 A3X2 X4
A4A2X1 X3
三相双层绕组（短距）
（复制到画笔中讲，特别是极相组的连接）
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并联支路数
? 条件,不改变和极相组内的电流方向
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关于绕组一些概念复习
? 一根导体（一匝线圈的一个有效边）
? 一匝线圈
? 一个线圈
? 一个极相组（一个线圈组）
? 相绕组（一相绕组）
? 电机绕组（三相绕组）
? 并联支路数
? 每相串联匝数
? 极数
? 极相组数（每相）
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? 例：某交流电机定子绕组,Q1=24,2p=4,y=5/6τ，
a=2,Ny=10,m=3
? 求：
? 一匝线圈有几个有效边
? 一相线圈有几匝；
? 一个极相组有几个线圈，几匝线圈
? 一相有几个 极相组,几个线圈，几匝线圈
? 并联支路数
? 每相串联匝数
? 一个电机有几相、几个极相组、几个相绕组
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第三节,三相定子绕组的 电动势
（以三相同步电机为例）
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1、整距绕组 的电动势
? 旋转磁场每极磁通
? 切割定子绕组（以发电机为例）
? 形成感应电动势（电势） (Ec 或 Ey)
* Ny —— 线圈匝数
? 有效值：
? 比较：与变压器相同形式
? 区别：磁通大小变化与相对运动“切割”
? ? tNe yyy ??? s i n1???
? ? 111 44.42
1 ????
? yyyy NfNE ??
t?? c o s1??
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2、短距绕组 的电动势
? 短距＝＞线圈两边切割 B产生的 E不是正好差
180度＝＞合成时，乘一系数
? 或：短距＝＞线圈中交链的磁通减少＝＞电势
减少。
? 短距系数
* 短距系数相当于,短距 线圈时的感应电动势 与 整距
时的感应电动势 相比需打的折扣 。
? ? 11111 44.42
1 ????
? yyyyyy kNfkNE ??
?????? ??? 90s i n2co s 11 ?? yK y
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3、线圈组 的电动势
2
s in
2
s in
1
1
1 a
q
qa
qE
E
K
c
q
q ??
? ? ? ?
111
111111
111
44.4
44.4
??
???
?
??
wy
yqyyyqyq
yqq
kNf
kkNfEqkE
EqkE
??
? 分布绕组
? 各个线圈的感应电动势的大小、波形均相同，只是在
时间上依次相差 电角度：相位不同。
? 线圈组 的总电动势为 q个线圈电动势的和（相量和）
? 则：
? 分布系数：
?
?? )1(0 1111 ????????? qEEEE yyyq ?????
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4,相电势
(1)并联支路数 与 每相串联匝数
* 2p个极
? (双层绕组 )每相有
* 2p个线圈组，每个线圈组有 q个线圈
* 2pq个线圈，每个线圈有 Ny匝线圈
* 2pqNy匝线圈
? 2p个线圈组可串联、并联（视需要）
? 串联支路数,a
? 每相串联匝数：
? 单层 绕组,a
p q NN y2?
a
pqNN y?
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(2) 相电势
? 双层绕组
? P100例
111)(11 44.4
22
1
??? ?? wyyq kqNfa pEa pE ?
111111 44.4
244.4 ????
ww
q Nkfk
a
p q Nf
效值计算公式为变压器感应电动势有时当 ?? 11wk
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? 电机的磁场并不完全为正弦分布（空间）
? 付氏分解：基波与各次谐波
? 相电动势中 次谐波电动势有效值：
? 对应的谐波绕组系数为：
vwvvv NkfE ??? 44.4
v
谐波电动势
qvyvwv KKK ?
2c o s
?vk
yv ? 2
s in
s in
?
?
vq
qv
k qv ?
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5、线电势
? 由三角形、星形接法决定（基波）
? 注意：线电势中不含 3k次谐波电势（因同相位）
??????? ???? 2 112 72 52 13 EEEEE l
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第四节 谐波电势的减小
? 1,波形畸变率：
? 2,谐波电势的减小
* 气隙磁场接近正弦波
* 短距绕组
* 分布绕组
* Y连接（线电势中不含有 3K次谐波）
1
22
4
2
3
2
2
U
UUUUK N
u
?????
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采用短距、分布绕组的目的
? 交流绕组采用 短距 和 分布 的结构，可 削弱
每相电动势中的 谐波 分量，使电动势波得
到 改善 。
* 虽短距系数、分布系数均不大于 1，使基波电势减小
* 因为对谐波来说：对应的更小，所以具有明显的抑制
作用。
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? 例,E1＝ 100,E3=30,E5=20,E7=10
? 则谐波系数为
? 若各谐波电动势的绕组系数分别为：
? kw1＝ 0.96,kw3=0.3,kw5=0.2,kw7=0.1
? 则对应的电动势分别为：
? E1＝ 96,E3=9,E5=4,E7=1
? 则谐波系数为
%4.371 0 0 102030%1 0 0
222
1
2
7
2
5
2
3 ????????
E
EEEk
%31.10
96
149%1 0 0 222
1
2
7
2
5
2
3 ????????
E
EEEk
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? 思考题：
? 6－ 4,6－ 5,6－ 6
? 习题：
? 6－ 2,6－ 3,6－ 7
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第七章 磁动势、磁场
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一、单相绕组的磁势 -脉振磁势
? 1,整距 绕组磁势
* 不计铁芯磁阻、气隙均匀
* 磁势为方波，当线圈中电流为正弦交流电
* 则：
? ? tINiNtxf yyy ?s i n2 221,??
tIi ?s in2?
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一、单相绕组的磁势 -脉振磁势
? 傅立叶分解：
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一、单相绕组的磁势 -脉振磁势
? 傅立叶分解：得式（ 3-11）
? 其中基波分量
? 幅值
? ?
txxxIN
txxxIN
tINiNtxf
y
y
yyy
?
?
?
?
s i n5s i n
5
1
3s i n
3
1
s i n9.0
s i n5s i n
5
1
3s i n
3
1
s i n
4
2
2
s i n
2
2
2
1
,
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
?
?
?
????
??
?
?
ININF yyy 9.0
42
2
1 ??
?
? ? txINtxf yy ?s i ns i n9.0,1 ???
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? 2,线圈组 的磁势
? 集中绕组 与 分布绕组
? q个线圈，相位不同：
? 其中：分布系数
111 qyq KqFF ?
2
s in
2
s in
1
1
1 a
q
qa
qF
F
K
c
q
q ??
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? 3,短距 绕组
? 双层绕组常采用短距绕组
? 等效成两个单层整距绕组，但相距一个角：短
距角
? 两磁势相位不同，则
? 其中：短距系数
? 短距角
?????? ??? 90s i n2co s 11 ?? yK y
111 2 yq KFF ??
?
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? 4,相绕组 磁势
? 最后得：相绕组磁势：
? 对一相绕组，线圈组的磁势就是相磁势，不同
空间位置的 F不能相互迭加。
?
? 其中：
* 每相串连匝数：
* 绕组系数
111 qyw KKK ?
IpNkKFF wyq 1111 9.02 ???
a
qpNN y2?
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谐波磁势（了解）
? 类似得谐波磁势
? 其中
极安匝Ip
Nk
vIp
Nk
vF
wvwv
v
19.01
2
24 ????
??
qvyvwv KKK ?
2
s in
s in
?
?
vq
qv
k qv ?
2c o s
?vk
yv ?
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? 空间位置 固定,幅值 随时间变化且以绕组中电流
变化的频率脉振。所以 称脉振磁场
? 幅值的位置与绕组的轴线相重合
? 基波磁通势的幅值：
? ν次谐波磁通势的幅值：
? 谐波次数越高，幅值越小。
IpNkF w 11 9.0??
IpNkvF wvv 19.0??
wvv kvF
1?
?
单相绕组的磁通势的性质
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脉振磁势 可分解为 两个 旋转磁势
? 因为：
? 所以：
? 脉振磁势 可分解为 两个 旋转磁势
? 每个的 幅值 为均为原来的 1／ 2
? 转速相同、转向相反
??
?
????
?
FF
xtFxtF
xFf
A
)c o s (
2
1
)c o s (
2
1
c o sc o s
11
11
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
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二、三相绕组的磁势
? 单相绕组通入单相电流＝＞ 脉振磁场
? 三相绕组中流过三相电流＝＞ 三个 脉振磁场
? 三相共 六个 旋转磁势：
)240c o s ()240c o s (
)120c o s ()120c o s (
c o sc o s
11
11
11
?????
?????
?
txFf
txFf
txFf
c
B
A
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
)120c o s (
2
1
)c o s (
2
1
)240c o s (
2
1
)c o s (
2
1
)c o s (
2
1
)c o s (
2
1
111
111
111
??????
??????
????
xtFxtFf
xtFxtFf
xtFxtFf
C
B
A
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
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? 六个旋转磁势 合成
* 三个 正向 磁势相加为原来的三倍；
* 三个 反向 磁势彼此相差 120度，相加（合成）为零。
* 基波：
* 幅值：
? （积化和差增加一个系数,1/2）
IpNkIpNkFF ww 1111 35.1239.023 ??? ?
? ? ?????? ????? xtFffftxf CBA ???c o s,11111
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旋转磁势的性质
? 由
? 知,
* 是旋转磁势
* 既是空间函数、又是时间函数
* 转速：
* 幅值大小不变
* 某相电流达最大，旋转磁势幅值将转到该相
绕组轴线处。
* 改变电流序，转向相反 。
? ? ?
?
??
?
? ?? xtFtxf
?
??co s,
11
p
fn 1
0
60?
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如 B,C相对调：
即：
所以：
xtFf A ???? c o sc o s11 ?
)c os (21)c os (21 111 xtFxtFf A ?????? ?? ????
)120c o s ()240c o s (11 ????? xtFf B ????
)120c o s (21)c o s (21 111 ?????? xtFxtFf B ?????? ??
)240c o s ()120c o s (11 ????? xtFf C ????
)120c o s (21)c o s (21 111 ?????? xtFxtFf C ?????? ??
关于,改变电流相序，转向相反
)c os (),( 11111 xtFffftxf CBA ??? ?????
?
?
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? 幅值：
* 但 2k次谐波磁势幅值为零（空间互差 120度）
? 转速,
? 转向,
合成磁通势为零
通势相同旋转方向与基波合成磁
通势相反旋转方向与基波合成磁
势，合成磁通势为一种磁通
:36
:16
:16
:16
0
0
??
??
??
??
kv
kv
kv
v
n
nkv
v
?
关于谐波磁势 （一般了解）
v
nn
v
0
0 ?
IpNkvF wvv 19.0??
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? 第四节 不对称三相 电流 流过对称三相 绕组 的
基波磁势
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? 不对称电流分析：＋、－,0
? 正 序电流＝＞ 正 向旋转磁势, f+
? 序 序电流＝＞ 反 向旋转磁势, f－
? 星形绕组：相电流中无 I0,所以无 f0
? f+与 f+：
* 大小不一定相等；
* 转速相同；
* 转速相等
? 椭圆形旋转磁势
?? ?? FFF
???
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? 当 F＋ ＝ F_时，脉振磁势
? 当 F＋, F_之一为零时，园形旋转
? 一般情况,F＋ ≠F_，但均不为零，椭圆形旋转
磁势
? ?
? ? tFFtFtFv
tFFtFtFu
???
???
c osc osc os
c osc osc os
????
????
????
????
短轴：
长轴：
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? 习题教程中的重点习题
? CH1,2,3,4,6,7,9,10,12
? CH2：
1,2,4,5,6,11,15,16,19,25,26,27,29,31,32,33,36,40,
42,47
? CH3,2,3,5,9,10,11,15,16,24,34,35
? CH4,1,2,3,16,18,24,28(看懂 )
? CH5:1,2,6,7,8,11,12,17 (看懂 )
? CH6,9~11选一,19,20,23/25,33,35,38
? CH7,1,2,3,5,7,8,10,14/16/17,18(看懂 ),19
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本篇要点：
? 1,磁动势及磁场
? 一个整距线圈的磁势
? 分解：基波磁动势、谐波磁动势（了解）
? 短距、分布的影响：空间矢量相加＝＞乘相短
距系数、分布系数
? 短距、分布的作用：削弱谐波
* 基波分量虽略有减少，但谐波磁通势可大大削弱。
? 脉振磁通势：单相绕组磁通势为脉振磁通势
? 旋转磁通势：三相绕组磁通势为旋转磁通势
2011-7-18 河海大学 电气学院 58
? 2,旋转磁通势
? 三相绕组磁通势为旋转磁通势
? 脉振磁势可以分解为两个大小相等、旋转方向
相反的旋转磁通势。
? 对称的三相绕组中＝＞三相电流＝＞三个脉振
磁动势 =>合成＝＞反向磁通势互相抵消；正向
磁通势同步转速的旋转磁通势（幅值、转速）
＝＞建立的磁场就是旋转磁场
2011-7-18 河海大学 电气学院 59
? 3,感应电动势
? 转转磁场对定，转于绕组之间存在相对运动
? 以同步转速 n0切割定子绕组
? 以 (n-n0)的转差切割定子绕组
? 同时在定，转于绕组中感应电动势
* （对这两种电动势分析的方法是一样的，我们主要
分析了定子绕组电势）
? 短距、分布绕组可以改善电动势的波形。
? 相绕组电动势
2011-7-18 河海大学 电气学院 60
? 思考题：
* 7-1,7-3,7-5,7-9
? 习题：
* 7－ 2,7-3(1)(3),7-7
2011-7-18 河海大学 电气学院 61
第八章 电机的发热和冷却
（了解，自习）
? 第一节 电机的额定容量
? 第二节 电机的发热
? 第三节 电机的散热
2011-7-18 河海大学 电气学院 62
第一节 电机的额定容量
? 输出 <输入
? 损耗 →发热 →温度升高
? 绝缘材料破坏 →寿命下降
? 温升
? 产生热量 =发散热量，平衡
? 额定容量：运行的各参量均在规定的数
值
? 是输出量：发电机：输出电功率
? 电动机：输出机械功率
2011-7-18 河海大学 电气学院 63
第二节 电机的发热
一、电机损耗
* 基本铜耗
* 基本铁耗
* 机械损耗
* 附加损耗（杂散损耗）
二、电机的发热理论
发电机的起始温升
发电机的最终温升
? ?1 t T t TwQ
Q
w
ee? ? ?
?
?
??? ? ?
2011-7-18 河海大学 电气学院 64
温度计法
电阻法
埋置检温计法
叠加法（双桥带电测温法）
测定电机各部分温度的方法
2011-7-18 河海大学 电气学院 65
第三节 电机的散热
? 电机冷却
? 冷却方式
* 自冷却
* 自扇冷却
* 它扇冷却
tT
Q e??
??
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第三篇 完
,电机学,
第二篇
交流电机的共同理论
2011-7-18 河海大学 电气学院 2
第二篇
交流电机的共同理论
第六章 交流电机绕组及其感应电动势
第七章 交流绕组的磁动势
第八章 电机的发热和冷却
第六章 交流电机的绕组及其磁势
第一节 交流电机的基本作用原理
第二节 交流绕组
第三节 绕组的感应电动势
第四节 谐波电动势及其削弱方法
序
2011-7-18 河海大学 电气学院 4
序
? 交流电机：
* 异步电机
* 同步电机
? 同步与异步
* 旋转磁场：定子三相定子绕组流过三相电流，形成
旋转磁场（后面将详细讨论）。
* 电机实际转速 n＝同步转速 n0：同步电机
* 电机实际转速 n≠同步转速 n0：异步电机
2011-7-18 河海大学 电气学院 5
第一节 工作原理、分类、结构
* 先讲结构
* 后讲原理
2011-7-18 河海大学 电气学院 6
一、基本结构
? 定子与转子两大部分
? 1 定子
? 固定不动的部分
? 铁芯、绕组、机坐
? (1) 定子铁芯
* 希望较强的磁场
* 导磁好、损耗小
* 硅钢片
* 内表面开槽：放绕组
2011-7-18 河海大学 电气学院 7
? (2) 定子绕组
? 线圈
? 按一定规律放
? 单层绕组、双层绕组
? (3) 机坐
2011-7-18 河海大学 电气学院 8
? 2.转子
? 同步机与异步机转子不一样
? 铁芯
* 外表面开槽
? 绕组
2011-7-18 河海大学 电气学院 9
二、同步电机
? 定子绕组：对称三相绕组
? 转子：励磁绕组
? 原理：励磁绕组＝＞通往直流电＝＞外力合转
子旋转＝＞转子旋转磁场＝＞穿过气隙＝＞切
割定子绕组＝＞三相感应电势＝＞当接负载＝
＞电流＝＞电能输出
2011-7-18 河海大学 电气学院 10
? 异步电机 原理在第九章讨论
? 直流电机 原理在第十六章讨论
2011-7-18 河海大学 电气学院 11
三、异步电机工作原理
（放在第九章讨论较合适）
? 1,静止起动
? 三相电流 =>三相绕组 =>旋转磁场 B1
=>B1切割转子导条（因为转子静止）
=>感应电势 E2 =>感应电流 I2（因为转子闭合）
=>B1与 I2作用 =>电磁转矩 T
=>当 T＞ T0＋ TL时，转子从静止开始起动
? 其中,T0空载转矩
? TL负载转矩
2011-7-18 河海大学 电气学院 12
? 2,平衡
? 转动,n增加 =>转差减小：
“切割”速度下降 =>E2 ↓ =>I2 ↓ =>T ↓ =>
当 T＝ T0＋ TL时，转子匀速转动
? 3,干扰,
? 若 TL↑ => T0＋ TL＞ T时，失去平衡 =>
? 转速 n ↓ =>转差 ↑ =>,切割”速度 ↑=>E2 ↑ =>I2 ↑
=>T ↑ =>直到 T＝ T0＋ TL,自动 重新平衡
? 法：
nnn ??? 0
2011-7-18 河海大学 电气学院 13
第二节 交流绕组
? 作用：
* 通入电流 →磁场（电动机）
* 磁场与定子绕组切割 →电势 →电流（发电机）
? 分类（类型）
* 相数：单相、三相
* 层数：
? 单层：同心式、交叉式、链式
? 双层,叠绕组、波绕组
* 宽度：整距,短距
* 分布性,分布 绕组、集中绕组
2011-7-18 河海大学 电气学院 14
交流绕组的基本述语
? 电角度与机械角度
* 机械角度,电机圆周在几何上分成 360°
* 电角度,电势变化一个周期 (360电角度 )
* 关系,
? 相带,每极面下每相绕组所占范围（ 60度）
? 每极每相槽数,
? 槽距角, 相邻两槽之间的角度
? 极距,相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离,
定子内表面弧长（槽数）：
? 节距 （跨距）：线圈宽度 y
* у =τ称为整距,у <τ称为短距,у >τ称为长距
pm
2 1?
1
360
Q
p??
p
Q
2
1??
me ?? ?
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相带与电势星形图
2011-7-18 河海大学 电气学院 16
交流绕组基本要求,
? 1 三相基波电动势和磁动势要 对称,
? 2 力求获得 较大的基波 电动势和磁动势,尽量
减小或 消除谐波 分量,
? 3 提高导线的利用率,提高制造的工艺性,
2011-7-18 河海大学 电气学院 17
绕组展开图
? 表示定子绕组的联结关系
? 主要两种：单层、双层
? 画法：
* 计算极距
* 每极每相槽数
* 计算相带数、分相带
? 相带数 =总槽数 /q 或 =极数 *3 即,6p
* 构成线圈
* 构成线圈组（极相组）
* 构成相绕组：反相串联
? （不同极面下线圈组的电流方向相反）
2011-7-18 河海大学 电气学院 18
三相单层绕组（了解）
? 每槽只有一个线圈边,结构和嵌线较简单,适用
于 10kv以下的小型交流电机,
? 分类：
* 链式绕组：
* 交叉式绕组：
* 同心式绕组：
2011-7-18 河海大学 电气学院 19
* 例,Q1=24,2p=4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
A1 X1 A2 X2
z a b c
x y
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20Π Ш
a 1 7 8 13 19 14? 2
b 5 11 12 17 23 18
24? Π Ш6
4Π Ш
c 9 15 16 21 3 22? 10
三相单层等元件绕组的原理（ p=2）
线圈连接顺序
2011-7-18 河海大学 电气学院 21
三相双层绕组
? 每绕组两有效边
? 每槽有上下两个线圈边（属于不同的线圈）
? 整距、短距绕组
? 例,Q1=24,2p=4
? τ =24/4=6
? q=24/(2mp)=24/(2*3*2)=2
? 12个相带
? A-Z-B-X-C-Y-A-Z-B-X-C-Y
2011-7-18 河海大学 电气学院 22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1
A1 A3X2 X4
A4A2X1 X3
三相双层绕组（短距）
（复制到画笔中讲，特别是极相组的连接）
2011-7-18 河海大学 电气学院 23
并联支路数
? 条件,不改变和极相组内的电流方向
2011-7-18 河海大学 电气学院 24
关于绕组一些概念复习
? 一根导体（一匝线圈的一个有效边）
? 一匝线圈
? 一个线圈
? 一个极相组（一个线圈组）
? 相绕组（一相绕组）
? 电机绕组（三相绕组）
? 并联支路数
? 每相串联匝数
? 极数
? 极相组数（每相）
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? 例：某交流电机定子绕组,Q1=24,2p=4,y=5/6τ，
a=2,Ny=10,m=3
? 求：
? 一匝线圈有几个有效边
? 一相线圈有几匝；
? 一个极相组有几个线圈，几匝线圈
? 一相有几个 极相组,几个线圈，几匝线圈
? 并联支路数
? 每相串联匝数
? 一个电机有几相、几个极相组、几个相绕组
2011-7-18 河海大学 电气学院 26
第三节,三相定子绕组的 电动势
（以三相同步电机为例）
2011-7-18 河海大学 电气学院 27
1、整距绕组 的电动势
? 旋转磁场每极磁通
? 切割定子绕组（以发电机为例）
? 形成感应电动势（电势） (Ec 或 Ey)
* Ny —— 线圈匝数
? 有效值：
? 比较：与变压器相同形式
? 区别：磁通大小变化与相对运动“切割”
? ? tNe yyy ??? s i n1???
? ? 111 44.42
1 ????
? yyyy NfNE ??
t?? c o s1??
2011-7-18 河海大学 电气学院 28
2、短距绕组 的电动势
? 短距＝＞线圈两边切割 B产生的 E不是正好差
180度＝＞合成时，乘一系数
? 或：短距＝＞线圈中交链的磁通减少＝＞电势
减少。
? 短距系数
* 短距系数相当于,短距 线圈时的感应电动势 与 整距
时的感应电动势 相比需打的折扣 。
? ? 11111 44.42
1 ????
? yyyyyy kNfkNE ??
?????? ??? 90s i n2co s 11 ?? yK y
2011-7-18 河海大学 电气学院 29
3、线圈组 的电动势
2
s in
2
s in
1
1
1 a
q
qa
qE
E
K
c
q
q ??
? ? ? ?
111
111111
111
44.4
44.4
??
???
?
??
wy
yqyyyqyq
yqq
kNf
kkNfEqkE
EqkE
??
? 分布绕组
? 各个线圈的感应电动势的大小、波形均相同，只是在
时间上依次相差 电角度：相位不同。
? 线圈组 的总电动势为 q个线圈电动势的和（相量和）
? 则：
? 分布系数：
?
?? )1(0 1111 ????????? qEEEE yyyq ?????
2011-7-18 河海大学 电气学院 30
4,相电势
(1)并联支路数 与 每相串联匝数
* 2p个极
? (双层绕组 )每相有
* 2p个线圈组，每个线圈组有 q个线圈
* 2pq个线圈，每个线圈有 Ny匝线圈
* 2pqNy匝线圈
? 2p个线圈组可串联、并联（视需要）
? 串联支路数,a
? 每相串联匝数：
? 单层 绕组,a
p q NN y2?
a
pqNN y?
2011-7-18 河海大学 电气学院 31
(2) 相电势
? 双层绕组
? P100例
111)(11 44.4
22
1
??? ?? wyyq kqNfa pEa pE ?
111111 44.4
244.4 ????
ww
q Nkfk
a
p q Nf
效值计算公式为变压器感应电动势有时当 ?? 11wk
2011-7-18 河海大学 电气学院 32
? 电机的磁场并不完全为正弦分布（空间）
? 付氏分解：基波与各次谐波
? 相电动势中 次谐波电动势有效值：
? 对应的谐波绕组系数为：
vwvvv NkfE ??? 44.4
v
谐波电动势
qvyvwv KKK ?
2c o s
?vk
yv ? 2
s in
s in
?
?
vq
qv
k qv ?
2011-7-18 河海大学 电气学院 33
5、线电势
? 由三角形、星形接法决定（基波）
? 注意：线电势中不含 3k次谐波电势（因同相位）
??????? ???? 2 112 72 52 13 EEEEE l
2011-7-18 河海大学 电气学院 34
第四节 谐波电势的减小
? 1,波形畸变率：
? 2,谐波电势的减小
* 气隙磁场接近正弦波
* 短距绕组
* 分布绕组
* Y连接（线电势中不含有 3K次谐波）
1
22
4
2
3
2
2
U
UUUUK N
u
?????
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采用短距、分布绕组的目的
? 交流绕组采用 短距 和 分布 的结构，可 削弱
每相电动势中的 谐波 分量，使电动势波得
到 改善 。
* 虽短距系数、分布系数均不大于 1，使基波电势减小
* 因为对谐波来说：对应的更小，所以具有明显的抑制
作用。
2011-7-18 河海大学 电气学院 36
? 例,E1＝ 100,E3=30,E5=20,E7=10
? 则谐波系数为
? 若各谐波电动势的绕组系数分别为：
? kw1＝ 0.96,kw3=0.3,kw5=0.2,kw7=0.1
? 则对应的电动势分别为：
? E1＝ 96,E3=9,E5=4,E7=1
? 则谐波系数为
%4.371 0 0 102030%1 0 0
222
1
2
7
2
5
2
3 ????????
E
EEEk
%31.10
96
149%1 0 0 222
1
2
7
2
5
2
3 ????????
E
EEEk
2011-7-18 河海大学 电气学院 37
? 思考题：
? 6－ 4,6－ 5,6－ 6
? 习题：
? 6－ 2,6－ 3,6－ 7
2011-7-18 河海大学 电气学院 38
第七章 磁动势、磁场
2011-7-18 河海大学 电气学院 39
一、单相绕组的磁势 -脉振磁势
? 1,整距 绕组磁势
* 不计铁芯磁阻、气隙均匀
* 磁势为方波，当线圈中电流为正弦交流电
* 则：
? ? tINiNtxf yyy ?s i n2 221,??
tIi ?s in2?
2011-7-18 河海大学 电气学院 40
一、单相绕组的磁势 -脉振磁势
? 傅立叶分解：
2011-7-18 河海大学 电气学院 41
一、单相绕组的磁势 -脉振磁势
? 傅立叶分解：得式（ 3-11）
? 其中基波分量
? 幅值
? ?
txxxIN
txxxIN
tINiNtxf
y
y
yyy
?
?
?
?
s i n5s i n
5
1
3s i n
3
1
s i n9.0
s i n5s i n
5
1
3s i n
3
1
s i n
4
2
2
s i n
2
2
2
1
,
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
?
?
?
????
??
?
?
ININF yyy 9.0
42
2
1 ??
?
? ? txINtxf yy ?s i ns i n9.0,1 ???
2011-7-18 河海大学 电气学院 42
? 2,线圈组 的磁势
? 集中绕组 与 分布绕组
? q个线圈，相位不同：
? 其中：分布系数
111 qyq KqFF ?
2
s in
2
s in
1
1
1 a
q
qa
qF
F
K
c
q
q ??
2011-7-18 河海大学 电气学院 43
? 3,短距 绕组
? 双层绕组常采用短距绕组
? 等效成两个单层整距绕组，但相距一个角：短
距角
? 两磁势相位不同，则
? 其中：短距系数
? 短距角
?????? ??? 90s i n2co s 11 ?? yK y
111 2 yq KFF ??
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 44
? 4,相绕组 磁势
? 最后得：相绕组磁势：
? 对一相绕组，线圈组的磁势就是相磁势，不同
空间位置的 F不能相互迭加。
?
? 其中：
* 每相串连匝数：
* 绕组系数
111 qyw KKK ?
IpNkKFF wyq 1111 9.02 ???
a
qpNN y2?
2011-7-18 河海大学 电气学院 45
谐波磁势（了解）
? 类似得谐波磁势
? 其中
极安匝Ip
Nk
vIp
Nk
vF
wvwv
v
19.01
2
24 ????
??
qvyvwv KKK ?
2
s in
s in
?
?
vq
qv
k qv ?
2c o s
?vk
yv ?
2011-7-18 河海大学 电气学院 46
? 空间位置 固定,幅值 随时间变化且以绕组中电流
变化的频率脉振。所以 称脉振磁场
? 幅值的位置与绕组的轴线相重合
? 基波磁通势的幅值：
? ν次谐波磁通势的幅值：
? 谐波次数越高，幅值越小。
IpNkF w 11 9.0??
IpNkvF wvv 19.0??
wvv kvF
1?
?
单相绕组的磁通势的性质
2011-7-18 河海大学 电气学院 47
脉振磁势 可分解为 两个 旋转磁势
? 因为：
? 所以：
? 脉振磁势 可分解为 两个 旋转磁势
? 每个的 幅值 为均为原来的 1／ 2
? 转速相同、转向相反
??
?
????
?
FF
xtFxtF
xFf
A
)c o s (
2
1
)c o s (
2
1
c o sc o s
11
11
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 48
二、三相绕组的磁势
? 单相绕组通入单相电流＝＞ 脉振磁场
? 三相绕组中流过三相电流＝＞ 三个 脉振磁场
? 三相共 六个 旋转磁势：
)240c o s ()240c o s (
)120c o s ()120c o s (
c o sc o s
11
11
11
?????
?????
?
txFf
txFf
txFf
c
B
A
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
)120c o s (
2
1
)c o s (
2
1
)240c o s (
2
1
)c o s (
2
1
)c o s (
2
1
)c o s (
2
1
111
111
111
??????
??????
????
xtFxtFf
xtFxtFf
xtFxtFf
C
B
A
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
??
2011-7-18 河海大学 电气学院 49
? 六个旋转磁势 合成
* 三个 正向 磁势相加为原来的三倍；
* 三个 反向 磁势彼此相差 120度，相加（合成）为零。
* 基波：
* 幅值：
? （积化和差增加一个系数,1/2）
IpNkIpNkFF ww 1111 35.1239.023 ??? ?
? ? ?????? ????? xtFffftxf CBA ???c o s,11111
2011-7-18 河海大学 电气学院 50
旋转磁势的性质
? 由
? 知,
* 是旋转磁势
* 既是空间函数、又是时间函数
* 转速：
* 幅值大小不变
* 某相电流达最大，旋转磁势幅值将转到该相
绕组轴线处。
* 改变电流序，转向相反 。
? ? ?
?
??
?
? ?? xtFtxf
?
??co s,
11
p
fn 1
0
60?
2011-7-18 河海大学 电气学院 51
如 B,C相对调：
即：
所以：
xtFf A ???? c o sc o s11 ?
)c os (21)c os (21 111 xtFxtFf A ?????? ?? ????
)120c o s ()240c o s (11 ????? xtFf B ????
)120c o s (21)c o s (21 111 ?????? xtFxtFf B ?????? ??
)240c o s ()120c o s (11 ????? xtFf C ????
)120c o s (21)c o s (21 111 ?????? xtFxtFf C ?????? ??
关于,改变电流相序，转向相反
)c os (),( 11111 xtFffftxf CBA ??? ?????
?
?
2011-7-18 河海大学 电气学院 52
? 幅值：
* 但 2k次谐波磁势幅值为零（空间互差 120度）
? 转速,
? 转向,
合成磁通势为零
通势相同旋转方向与基波合成磁
通势相反旋转方向与基波合成磁
势，合成磁通势为一种磁通
:36
:16
:16
:16
0
0
??
??
??
??
kv
kv
kv
v
n
nkv
v
?
关于谐波磁势 （一般了解）
v
nn
v
0
0 ?
IpNkvF wvv 19.0??
2011-7-18 河海大学 电气学院 53
? 第四节 不对称三相 电流 流过对称三相 绕组 的
基波磁势
2011-7-18 河海大学 电气学院 54
? 不对称电流分析：＋、－,0
? 正 序电流＝＞ 正 向旋转磁势, f+
? 序 序电流＝＞ 反 向旋转磁势, f－
? 星形绕组：相电流中无 I0,所以无 f0
? f+与 f+：
* 大小不一定相等；
* 转速相同；
* 转速相等
? 椭圆形旋转磁势
?? ?? FFF
???
2011-7-18 河海大学 电气学院 55
? 当 F＋ ＝ F_时，脉振磁势
? 当 F＋, F_之一为零时，园形旋转
? 一般情况,F＋ ≠F_，但均不为零，椭圆形旋转
磁势
? ?
? ? tFFtFtFv
tFFtFtFu
???
???
c osc osc os
c osc osc os
????
????
????
????
短轴：
长轴：
2011-7-18 河海大学 电气学院 56
? 习题教程中的重点习题
? CH1,2,3,4,6,7,9,10,12
? CH2：
1,2,4,5,6,11,15,16,19,25,26,27,29,31,32,33,36,40,
42,47
? CH3,2,3,5,9,10,11,15,16,24,34,35
? CH4,1,2,3,16,18,24,28(看懂 )
? CH5:1,2,6,7,8,11,12,17 (看懂 )
? CH6,9~11选一,19,20,23/25,33,35,38
? CH7,1,2,3,5,7,8,10,14/16/17,18(看懂 ),19
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本篇要点：
? 1,磁动势及磁场
? 一个整距线圈的磁势
? 分解：基波磁动势、谐波磁动势（了解）
? 短距、分布的影响：空间矢量相加＝＞乘相短
距系数、分布系数
? 短距、分布的作用：削弱谐波
* 基波分量虽略有减少，但谐波磁通势可大大削弱。
? 脉振磁通势：单相绕组磁通势为脉振磁通势
? 旋转磁通势：三相绕组磁通势为旋转磁通势
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? 2,旋转磁通势
? 三相绕组磁通势为旋转磁通势
? 脉振磁势可以分解为两个大小相等、旋转方向
相反的旋转磁通势。
? 对称的三相绕组中＝＞三相电流＝＞三个脉振
磁动势 =>合成＝＞反向磁通势互相抵消；正向
磁通势同步转速的旋转磁通势（幅值、转速）
＝＞建立的磁场就是旋转磁场
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? 3,感应电动势
? 转转磁场对定，转于绕组之间存在相对运动
? 以同步转速 n0切割定子绕组
? 以 (n-n0)的转差切割定子绕组
? 同时在定，转于绕组中感应电动势
* （对这两种电动势分析的方法是一样的，我们主要
分析了定子绕组电势）
? 短距、分布绕组可以改善电动势的波形。
? 相绕组电动势
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? 思考题：
* 7-1,7-3,7-5,7-9
? 习题：
* 7－ 2,7-3(1)(3),7-7
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第八章 电机的发热和冷却
（了解，自习）
? 第一节 电机的额定容量
? 第二节 电机的发热
? 第三节 电机的散热
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第一节 电机的额定容量
? 输出 <输入
? 损耗 →发热 →温度升高
? 绝缘材料破坏 →寿命下降
? 温升
? 产生热量 =发散热量，平衡
? 额定容量：运行的各参量均在规定的数
值
? 是输出量：发电机：输出电功率
? 电动机：输出机械功率
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第二节 电机的发热
一、电机损耗
* 基本铜耗
* 基本铁耗
* 机械损耗
* 附加损耗（杂散损耗）
二、电机的发热理论
发电机的起始温升
发电机的最终温升
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温度计法
电阻法
埋置检温计法
叠加法（双桥带电测温法）
测定电机各部分温度的方法
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第三节 电机的散热
? 电机冷却
? 冷却方式
* 自冷却
* 自扇冷却
* 它扇冷却
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第三篇 完
