上海交通大学：《电机学 Electric Machinery》课程教学资源（PPT讲稿）交流电机共性问题（电势）

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饮水思源爱国荣校 厚德载物自强不息 电机学 2010卓越工程师班 上海交通大学电气工程系

交流电机共性问题：电势 水思 ·电势的概念 ·电势的波图形 源爱国 荣 ·电势的基波和谐波分量 校 厚 电势的串联 德 载 电枢磁场感应电势的特点 物 ·磁极磁场感应电势的特点 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 2

饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 2 交流电机共性问题：电势 • 电势的概念 • 电势的波图形 • 电势的基波和谐波分量 • 电势的串联 • 电枢磁场感应电势的特点 • 磁极磁场感应电势的特点

饮 电势的概念 水 电势是电枢绕组在时变磁场引起的涡旋电场在串联线圈中的累积描述，是时 思 间的函数，不是空间的函数，但不同空间位置绕组的感应电势不同。交流电 源 枢绕组的电势具有如下特点： (1)规定电势与磁场的参考方向符合右手螺旋关系； 爱 这一点主要是为了满足电磁感应定律和楞次定律。 国 (2)绕组的电势等于各并联支路的电势； 荣 这一点是为了满足空载无环流的要求。 (3)并联支路的电势等于各串联线圈电势的代数和； 校 厚 这一点是必须遵循基尔霍夫电压定律。 (4)线圈的电势等于线圈内各导体电势的代数和； 德 (5)电势的基波与谐波含量取决于磁链（各线圈磁通代数和）的基波和谐波 载 含量。 物 需要注意的是，尽管实际电机绕组是安放在铁芯槽内的，但是在计算电势时 自 等价于导体集中在电枢表面槽口处，这样电势只与槽口位置气隙磁场有关。 在分析电势时，不关心绕组实际串并联连接方式，计算时考虑到对称性，都 强 认为是串联，所得结果除以并联支路数。这里电势主要与气隙磁场相关联， 不 不考虑漏磁场感应的漏电势。 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 3

饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 3 电势的概念 电势是电枢绕组在时变磁场引起的涡旋电场在串联线圈中的累积描述，是时 间的函数，不是空间的函数，但不同空间位置绕组的感应电势不同。交流电 枢绕组的电势具有如下特点： （1）规定电势与磁场的参考方向符合右手螺旋关系； 这一点主要是为了满足电磁感应定律和楞次定律。 （2）绕组的电势等于各并联支路的电势； 这一点是为了满足空载无环流的要求。 （3）并联支路的电势等于各串联线圈电势的代数和； 这一点是必须遵循基尔霍夫电压定律。 （4）线圈的电势等于线圈内各导体电势的代数和； （5）电势的基波与谐波含量取决于磁链（各线圈磁通代数和）的基波和谐波 含量。 需要注意的是，尽管实际电机绕组是安放在铁芯槽内的，但是在计算电势时 等价于导体集中在电枢表面槽口处，这样电势只与槽口位置气隙磁场有关。 在分析电势时，不关心绕组实际串并联连接方式，计算时考虑到对称性，都 认为是串联，所得结果除以并联支路数。这里电势主要与气隙磁场相关联， 不考虑漏磁场感应的漏电势

饮 电势的波形图 水 1、简单三相对称绕组的相电势：单层集中整距绕组一个线圈的电势 思 设A相绕组一个线圈匝数N,空间角度以A相相轴为参考零位，逆时针为空间电 角度的正方向。 源 A相绕组产生的电势波形图： 爱 电势以磁场与定子相轴一致为零时刻，正弦磁场逆时针旋转； 国 空间磁通密度基波与线圈内磁通变化规律： 荣 基波磁通密度B(t)=Bnm1cos(o,t-) 每极基波磁通幅值 Φml=BmD.lerI p 校 厚 线圈磁通量 (t)=Φm1cos0,t A相电势 e()=-N.d dp=o,N.Φsint A相轴线 德 载 B,e 01 电势滞后磁场90°电角！ 物 自强 X 0 π wt X⊙ A -B 不 A相电势波形 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 4

饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 4 电势的波形图 1、简单三相对称绕组的相电势：单层集中整距绕组一个线圈的电势 设A相绕组一个线圈匝数N，空间角度以A相相轴为参考零位，逆时针为空间电 角度的正方向。 A相绕组产生的电势波形图： 电势以磁场与定子相轴一致为零时刻，正弦磁场逆时针旋转； 空间磁通密度基波与线圈内磁通变化规律： X A A相轴线  A相电势波形 ( ) cos( ) B t  Bm1 1 t  t t m1 1 ( )   cos B D l p m m a ef /  1  1 A相电势 N t dt d t e t Nc 1 c m1 1 sin ( ) ( )        B，e  0 2 3  2  2 Bm  Bm A X X 1  t 1 电势滞后磁场900电角！ 基波磁通密度 每极基波磁通幅值 线圈磁通量

电势的波形图 水 空间磁通密度谐波与线圈内磁通变化规律： 思 (1)磁极谐波磁场：转速等于基波，极数等于基波的谐波次数倍 源 B,(t)=Bv cos(v@,t-va) 中(t)=ΦCOS(vo,t) Φmv=Bmv Dalet vp 爱 A相电势 国 e,)=-N.项@=o,N.Φsinvod 电势滞后磁场900电角！ 荣 dt (2)电枢谐波磁势磁场：谐波频率等于基波，极数等于基波的谐波次数倍 校 厚 B.(t)=B cos(@t-va) 中(t)=ΦcoS(ot) Φmv=BmvDaler /vp 德 载 A相电势 物 .(-xd-on 电势滞后磁场900电角！ 自 A相电势波形：磁极磁场基波和电枢磁势磁场都感应基波电势，磁极谐波磁场感 强 应谐波电势；谐波电势大小与谐波磁通密度幅值成正比。 下面仅讨论磁极磁场产生的电枢电势。 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系谢宝昌 5

饮 水 思 源 爱 国 荣 校 厚 德 载 物 自 强 不 息 2022-3-12 上海交通大学电气工程系 谢宝昌 5 电势的波形图 空间磁通密度谐波与线圈内磁通变化规律： （1）磁极谐波磁场：转速等于基波，极数等于基波的谐波次数倍 A相电势波形：磁极磁场基波和电枢磁势磁场都感应基波电势，磁极谐波磁场感 应谐波电势；谐波电势大小与谐波磁通密度幅值成正比。 下面仅讨论磁极磁场产生的电枢电势。 ( ) cos( ) B t  Bm 1 t  ( ) cos( ) 1 t t   m  B D l p m  m a ef / A相电势 N t dt d t e t Nc 1 c m 1 sin ( ) ( )           （2）电枢谐波磁势磁场：谐波频率等于基波，极数等于基波的谐波次数倍 ( ) cos( ) B t  Bm 1 t  ( ) cos( ) 1 t t   m  B D l p m  m a ef / A相电势 N t dt d t e t Nc 1 c m 1 sin ( ) ( )           电势滞后磁场900电角！ 电势滞后磁场900电角！