学文网[摘 要]交流电机包括同步电机和异步电机，两者都既可以用作发电机，也可以用作电动机。电机磁动势是由全电流定律引出的描述电路与其产生磁场之间关系的物理量，其具体数值（NI）与交流绕组的类型以及电机的相数有关。本文主要论述了拥有不同类型绕组的交流电机电动势的一般形式，并对电磁转换过程中能量的损失做了分析。同时也对磁动势计算过程中的两个重要参数――短距系数和分布系数分别进行了介绍和解释，论述了其取值对于消除电机中谐波的影响。最后通过类比的方法给出交流电机绕组电动势的分析方法，并将之与磁动势进行比较。
[关键词]磁动势 短距系数 分布系数
中***分类号：TU 712.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0334-01
一、 概述
交流电机的绕组是电机的一个重要部件，电磁转化主要发生在定子和转子绕组中，这个过程的任务就是把交流绕组电路和铁芯磁路联系起来，进行能量的转化。在这一过程中，磁动势和电动势是不可忽略的重要物理量，并不可避免地会产生谐波。在交流电机的不断发展中，定、转子绕组磁动势的谐波是制约交流电机输出质量及控制简易性的重要因素。如何减少磁动势谐波从而实现电机的稳定运行，短距系数和分布系数的引入从原理上解决了这一问题。
二、单层集中整距绕组的磁动势
1、 单相单层集中整距绕组的磁动势
单层集中整距绕组是最简单的电机绕组，定子每对极下的每相绕组集中在一起，每相绕组就是一个整距线圈。此时若线圈中通入交流电时，电流为。则电机中各个磁回路产生脉振磁动势，气隙磁动势的分布是矩形波，但矩形波幅值随时间变化，即。
对矩形波磁动势进行傅里叶分解则可以得到其基波和高次谐波的叠加表达式。对于单相整距绕组的磁动势，采用每相串联匝数N1和相电流I表示时，一相集中整距绕组的基波磁动势的最大幅值为。
2、三相单层集中整距绕组的磁动势
三相单层集中整距绕组布置如***1所示，B相绕组在空间沿a正方向超前A相绕组120°电角度。则由解析法可得三相合成磁动势基波，其中。由此看来每一相电流都产生脉动磁动势，其振幅大小随时间变化；但是三相电流产生合成基波旋转磁动势，其幅值F1是不变的，是基波脉振磁动势最大振幅倍。
在三相绕组的作用下，经解析法分析， 3的整数倍数次谐波脉振磁动势都相互抵消。3次谐波脉振磁动势的谐波磁动势中最大的一次，因三相对称使合成的3次谐波磁动势为零，这是三相绕组的一大好处。
三相合成的次（k为正整数）谐波磁动势是反转的，转速为三相合成基波磁动势的；同时，三相合成的+1次（k为正整数）谐波磁动势是正转的，转速为三相合成基波磁动势的。
三、三相双层分布短距绕组的磁动势
双层绕组在每一槽内分为上层和下层，线圈的一个有效边嵌在某槽的下层，另一有效边嵌在另一槽的上层。故全部绕组的线圈数等于电机的槽数。双层绕组的主要优点是可选择最佳节距y1。
1、短距系数
对于整距线圈而言，组成线圈的两个导线在空间的位置正好相差一个极距τ。若一根线圈的有效边处于N极的中心线上，则另一根正好处于S极的中性线上。其两者所处的磁场位置在空间相差180°电角度，两导体的磁动势在时间相位上也必相差180°电角度。
对于短距线圈而言，组成线圈的两导体在空间的距离小于一个极距τ（见***2）。经过向量叠加计算分析，引进一个短距系数Kpv，另其数值等于。则V次谐波合成磁动势的表达式为。可见，由于短距的原因，线圈磁动势比整距时要小。
2、分布系数
各线圈流过的电流相同，所以各线圈产生的脉振磁动势的振幅及其随时间变化的规律都是一样的，但各线圈磁动势以各线圈轴线为对称轴脉振，各线圈轴线错开一定空间电角度，所以要进行矢量求和。
***3所示为由3个整距线圈组成的一个线圈组在某一时刻各线圈产生的基波磁动势矢量***，3个矢量长度相同，随时间变化规律一直，但相邻两个矢量间相距一个槽距角a。
在此引进一个分布系数Kdv，可以得到整距分布线圈组残生的各次谐波磁动势的最大振幅表达式：，其中，引入的分布系数。这样就简单的表示出了各次谐波磁动势，提高了分析交流电机的简易性。
3、 三相双层分布短距绕组产生的磁动势
三相对称双层分布短距绕组通入三相对称电流，将产生三相合成的基波和谐波磁动势，可以与三相集中整距绕组的磁动势一样进行推导。经过分析可得，其中，，为三相谐波合成磁动势的幅值。
综上所述，由单层绕组磁动势到双层绕组磁动势为了抑制谐波的作用，线圈的绕制方式进行了升级，这不可避免地带来了分析的复杂程度。这里只是引入了短距系数和分布系数就很简单的简化了实际问题的复杂性。
值得一提的是短距分布线圈绕制可以通过节距y的选择来消除某些影响很大的高次磁动势谐波，这样就大大提高了磁动势的纯洁性，减少了高次谐波产生的铁耗。
四、交流电机感应电动势
为了提高输出电能质量，交流电机的感应电动势也应该尽量接近正弦波，电机绕组同时产生磁动势和电动势，所以两者的研究具有一定的类比性。
1、三相单层分布绕组的电动势
对于单相整距线圈来说，经过分析计算，其V次谐波电动势的有效值为。以此为基础，在分析三相单层分布绕组的电动势时，再次引入分布系数，结合分布绕组线圈的串并联方式，得出一相绕组V次谐波感应电动势有效值。其中N1为单层分布绕组的每相串联匝数。
1、 三相双层分布短距绕组电动势
三相单层分布整距绕组采用分布，可以削弱绕组中的谐波电动势。单层分布绕组的节距不能任意选择，因为有些槽要被其他相的绕组占据；采用双层绕组时，可以利用短距来进一步削弱线圈中的谐波电动势。类似于三相双层分布短距绕组磁动势，电动势的分析也是直接在分布系数的基础上引入短距系数，则一相绕组V次谐波感应电动势有效值为，其中分布系数和短距系数与磁动势分析完全一样。
2、 输出电动势要求和解决方法
再电机中，应使基波电动势尽可能大，且波形尽可能接近正弦波。可通过合理设计磁极形状使气隙磁场接近正弦分布，并采用分布短距绕组来削弱谐波电动势。
参考文献
[1] 孙旭东，王善铭. 电机学.北京：清华大学出版社，2006.9.
[2] 李光中，周定颐.电机及电力拖动.北京：机械工业出版社，2013.4 .
[3] 戴文进，孙文权.电机学.北京：清华大学出版社，2008.2 .
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