当线圈为单匝时,每个线圈有两个有效边。对整距线圈(),如果线圈的一个有效边处在N极的中心底下,则另一个有效边刚好处在S极的中心底下,如图a中实线所示,可见两有效边内感应电动势的瞬时值大小等而方向相反,但在线圈内正好相加。若把两个有效边电动势的方向都规定为从上向下(图a),则用相量表示时,两有效边电动势相量和方向正好相反,即它们在时间上相差180°,如图b所示。根据电路定律,整距线圈的电动势为 (1) 线圈电动势的有效值为 (2) 对短距线圈(如图a)中虚线所示,在图示转向下,导体电动势和不是相差180°,而是相差角度。如图c所示,是用电角度表示的线圈节距,。此时线圈电动势为,其有效值为 (3) 将式(4.25)代入式(4.26)得 (4) 式中 (5) 称为线圈的短距系数,,表示采用短距绕组后,匝电动势比整距时要小些。 式(5)同样适合线圈为长距()的情况,只不过此时两个有效边电动势的相位大于180°,同样其匝电动势比整距时为小,长距线圈的端接部分较长,用铜量较多,所以很少采用。 a)整距线圈和短距线圈 b)整距时两圈边电动势 c)短距时两圈边电动势 图 匝电动势的计算 若线圈为多匝,匝数为时,由于线圈内的各匝电动势同相、同大小,线圈电动势等于匝电动势乘以,即 (6) |
设转子磁极产生的磁场沿圆周正弦分布,即,当电机转子磁极被原动机拖动旋转时,磁场和导体有相对运动,在导体中产生电动势,导体的有效长度为l,磁场和导体的相对运动速度为v,则感应的电动势为,由于磁密是正弦分布的,设时,,当经过t的时间,转子将移过vt的距离。设电机旋转磁场的转速为n(单位为r/min),则速度,而,即有,转子移过的距离用电角度表示:,某导体处的磁密为,即随时间正弦变化,由此可见,导体的感应电动势为一正弦波,,感应电动势幅值为
(1)
电机的每极磁通量和磁密幅值的关系为:
(2)
图1 磁通密度的分布和每极磁通量的计算
则导体感应电动势的有效值为:
(3)
由此可见,导体电动势的有效值与每极磁通量和频率乘积成正比。当磁通的单位为Wb,频率的单位为Hz时,电动势的单位为V。