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1、第 三 篇,交 流 电 机 的 绕 组 电 动 势 和 磁 动 势,第十章 交流电机的绕组和电动势,直流电动机感应电动势：,分布支路匝数：,变压器感应电动势：,集中绕组的匝数：,交流电机感应电动势：,交流电机感应电动势：,分布短距每相每支路匝数：,分布短距每相每支路基波绕组系数：,直流电机励磁磁动势：,电枢分布绕组磁动势：,电负荷：,集中绕组,分布绕组：,三相交流电机短距、分布式绕组的磁动势依然与导体匝数相关，但是如何计算匝数呢？,变压器是集中绕组，磁动势：,可见，交流电机中无论是电动势计算还是磁动势计算都涉及绕组的连接。,因此，本篇先建立交流电机绕组联结的概念,本章要点,3、分析削弱高次谐波
2、电动势的方法。,1、交流绕组的种类、具体布置和 连接方法。,2、分析交流绕组中感应电动势的 波形、频率和数值计算。,10-1 交流电机的工作原理，对绕组的基本要求,一、交流绕组构成原则,交流绕组的构成原则和分类,二、交流绕组对称分布的方法,1、在一定的导体数下，绕组的合成电动势和磁动势波形应接近正弦形（采用双层分布短距绕组，消除谐波），而且绕组的用铜量较省，绕组损耗较小；,2、对三相绕组，各相的电动势和磁动势要求对称而各相的电阻和电抗都相同；,一、交流绕组构成原则,3、绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件 要好；,4、制造、安装、检修要方便。,一、交流绕组构成原则,首先回顾一下直流电机电枢单叠
3、绕组的连接。,但是，交流电机（同步电机和异步电机）绕组和直流电机绕组是不同的，一般嵌在定子槽中（静止）。,交流电机绕组分为A、B、C 三相，三相绕组对称分布，空间位置上彼此相隔120电角度。,最终所有元件串联成为一个回路，支路由电刷隔成。,1号元件,2号元件,3号元件,. 串联,二、交流绕组对称分布的方法,1、电角度的概念,2、槽距角,3、每极每相槽数,4、相带,5、节距 y1,6、线圈组,N,N,S,S,S,当磁极对数p = 1时，电角度= 机械角度 定子内圆一周 360机械角度 定子内圆一周 360电角度 = 180 电角度= 180 机械角度,当p = 2时，电角度机械角度 定子内圆一周
4、 360机械角度 定子内圆一周 720电角度 = 180 电角度 = 90机械角度,N,1、电角度的概念,当交流电机磁极对数为 p 时， 定子一周内电角度为：360p,如: p = 1 3601 = 360（电角度）,而极距总是 = 180电角度，与极对数 p 无关。,如: p = 2 3602 = 720（电角度）,1、电角度的概念,空间机械角度：,空间电角度：,谨记：,2、槽距角,槽距角 a 为每相邻线圈边之间的电角度或两槽之间的槽距角（单位为电角度）。,定子一周总的电角度为：360,则每槽占电角度：,2、槽距角,则每槽占电角度：,例如：槽数 Q = 24，磁极对数 p = 2,2、槽距角
5、,3、每极每相槽数,每极每相槽数 q =1是集中绕组， 每极每相槽数 q1 是分布绕组 。,如变压器就属于集中绕组，它相当于在一个很深的槽中纵向放入若干导体。纵向看各导体空间位置一致。,纵向看,变压器集中绕组示意图,3、每极每相槽数,对交流电机来说，当 q = 2 时，每相有两个在空间错开一个a 槽距角的线圈相串联，称为分布绕（横向看，线圈不重叠。）,相带是每相每极所占的电角度。一般相带为：,例如：q =2，a = 30 则相带为：2300 = 60,q = 3，a=20则相带为：320= 60,每极三相占电角度：3 60= 180= ,4、相带,节距表征线圈构造，是 一 个线圈的两条有效线圈
6、边之间相隔的槽数。用 y1 表示。,当 y1= 时，是整距绕组，y1 时，是短距绕组。短距绕组可构成双层绕组，在交流电机中采用双层绕组可改善电机的电动势波形。,5、节距 y1,例如， 当每极每相槽数 q =2，说明线圈组有两个相邻元件串联组成。,q = 3，线圈组有三个相邻元件串联组成。,6、线圈组,Q = 6 槽 p=1,A,X,Y,Z,B,C,三相交流线圈分布示意图,A,X,Z,B,C,Y,A,C,B,1 2 3 4 5 6,线圈q =1时的分布图,X、Y、Z,绕组在定子槽中的分布及线圈的形状图,1、按相数分类有单相和多相绕组;,2、按层数分类有单层和双层绕组;,3、按每相槽数分类有整数槽
7、绕组（q = 3)和分 数槽绕 组 。,交流电机主要采用三相双层短距绕组，它能满足绕组的构成原则。,二、绕组的分类,10 - 2 三相单层绕组,一、三相单层绕组的特点,二、三相单层绕组的展开图,三、三相单层绕组例题,特点：每槽只有一层线圈边，当一个线 圈的一边位于 N 极下，另一边位 于 S 极下。,单层绕组一般是整距。,一、三相单层绕组的特点,例题：设有一电机定子槽数Q = 24，极数2p = 4，相数 m = 3 要求绘制单层绕组的展开图。,二、三相单层绕组的展开图,二、三相单层绕组的展开图,4、按相带的各相所属槽号写出顺序表,注意：三相绕组在空间位置上彼此相隔120电角度。每相绕组两线圈
8、边隔180电角度。,按相带的各相所属槽号的顺序表如下：,A相带的一个槽和 x 相带的一个槽嵌放一个线圈（元件）。如1 - 7，2 - 8，13 - 19，14 - 20。,A相带每对极两个线圈串联构成一个线圈组，q = 2，表示一个线圈组有两个相邻线圈串联。,槽号顺序表说明,问：A 相共有几个线圈组？每个线圈组有几个线圈串联？当并联支路 a =1 时，每相一共有几个线圈串联？,答：每相有 2 个线圈组。 每线圈组 2 个线圈串联。 每相一共有 4 个线圈串 联。,A,B,C,问答题1,第一线圈组,第二线圈组,A,X,q=2,N,S,1,2,7,8,13,14,19,20,线圈连接图,S,N,问
9、：当 q = 3，p = 3，每相 a = 1。 每相有多少个线圈组串联？ 每线圈组有多少线圈串联？ 每相有多少线圈串联？,答：每相有 3 个线圈组串联。 每线圈组有 3 个线圈串联。 每相有 9 个线圈串联。,问答题2,三、三相单层绕组例题,单层绕组 q = 4，p = 4，并联支路数为：a = 4 问总槽数 Q为多少？,答：Q =qp32 = 4432 = 96（槽）,B,每支路有4个线圈串联。,C,三相单层绕组小结,1、单层绕组为整距绕组；,2、每相每对极有一个线圈组；,3、一个线圈组有 q 个线圈串联；,4、p 对磁极，每相有 p 个线圈组。,5、各线圈组可以并联、串联、串并联。最大
10、并联支路数 amax = p,182 页,二、每相每支路线圈匝数N 的计算,一、三相双层叠绕组,10-4 三相双层绕组,双层绕组的特点：,每一个槽分成上层和下层，线圈的一 条有效边嵌在某槽的上层，而另 一条有效边嵌在相隔一定槽数（节距 y1 )的另一槽的下层。,双层绕组可以灵活选择节距，例如选择短距（ y1 ）可以消弱电机电动势和磁动势波形中的谐波，保留正弦基波，达到改善电机电动势和磁动势波形为正弦波的目的。,双层绕组的优点：,一、三相双层叠绕组,（一）绘制电动势星形图和分相,（二）三相双层叠绕组连接图,（三）各线圈组之间的连接,（四）叠绕组的优缺点,已知： 电机 Q=24, 2p=4, m=
11、3 ，绘制叠绕组连接图。,（一）绘制电动势星形图和分相,黄线所示可以组成四个线圈组，每极下一个线圈组。每线圈组有两个线圈串联。例如，1 - 1 2 - 2，7 7 8 8 ,N,S,P 181 页 基波电动势星形相量图,1,2,13,14,3,15,4,16,5,17,6,18,7,19,8,20,9,21,10,22,11,23,12,24,A,Z,B,X,C,Y,当 1、2、3、4、5、6 槽位于第一对磁极 N 极下，13、14、15、16、17、 18槽位于第二对磁极 N极下。,7、8、9、10、11、12 槽位于第一对磁极 S 极下，19、20、21、22、23、24槽位于第二对磁极
12、S 极下。,三相双层叠绕组线圈组及并联支路数计算例题,1、三相双层叠绕组 Q = 36 ( 槽 ） p = 3 q = 2 y1 = 5 ( 槽 )，问每相最多有多 少条并联支路数？,答： 6 条,三相双层叠绕组线圈组及并联支路数计算例题,2、三相双层叠绕组 Q = 48 ( 槽） p = 4 q = 2 y1 = 5 ( 槽） 问最多有多少 条并联支路数？,答： 8 条,（二）三相双层叠绕组连接图,N （ ）,S,N,S,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 21 22 23 24,可见三相双层叠绕组，每相线圈组数为2 p，是三相
13、单叠绕组线圈数的两倍（每相线圈组数为 p ）。,（三）各线圈组之间的连接,1、各线圈组之间的串联连接,2、各线圈组之间的并联连接,3、各线圈组之间的串并联连接,1、各线圈组之间的串联连接,（1）串联连接支路数 a = 1,（2）串联连接时，相邻线圈组反串，尾尾相连， 首首相连。,（3）线圈组之间的连接线较长。例如，当 2p = 8 时， 将有 8 个线圈组之间相连，线圈组间的 连线较费铜线。,N （ ）,S,N,S,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 21 22 23 24,1、各线圈组之间的串联连接,A,X,线圈组串联为一条支路
14、,注意：N、S 极电动势方向相反,2、各线圈组之间的并联连接,N （ ）,S,N,S,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 21 22 23 24,A,X,双层短距最大支路数 amax= 2p = 4,189页,比较：三相单叠绕组最大支路数 amax = p,所以，三相双层短距叠绕组支路数比相同极数的单层叠绕组多一倍。,单、双层叠绕组并联支路数比较,三相双层短距叠绕组最大支路数 amax = 2p,189页,182页,N （ ）,S,N,S,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 21 22 23 24,A,X,3、各线圈组之间的串并联连接,支路数 a = 2,（四）叠绕组的优缺点,优点：并联支路多（a max= 2p )，大电流交流电 机可选用叠
