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1、第二篇 交流电机的共同问题,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 交流电机绕组及其感应电动势,一、旋转电机结构上的共同点： 定子，转子，绕组三个主要部分。 一般由励磁绕组产生磁场，电枢绕组上实现机-电能量的转换。励磁绕组和电枢绕组可以在定子上也可以在转子上，之间有气隙隔开。 电枢绕组与磁场的相对运动，同时产生感应电势，感应电势电流和磁场相互作用产生电磁转矩。,6-1 旋转电机的基本作用原理,交流电机定子,鼠笼式转子,绕线式转子,交流电机定子,笼型转子,交流电机定子,绕线式转子,直流电机转子,交流电机转子,交流电机定子,交流电机定子,二、
2、电机的可逆性,一台旋转电机从理论上，既可作发电机也可作电动机。 发电机状态：当电磁转矩与电机转速的方向相反，或者说电机的旋转依赖于外部机械转矩输入时，则此时电机工作在发电机状态； 电动机状态：当电磁转矩与转速同向，或者说电机输出电磁转矩，则电机工作于电动机状态。 从电功率侧来看，向电网输出电功率为发电机，吸收电网功率为电动机。,从磁场的角度看：直流电机的磁场在空间上是固定的；(三相)交流电机的磁场是旋转的，以定子圆周为参考，转速由电网频率和电机的磁极数确定，称为同步转速，通常用n1表示。,产生圆形旋转磁场,同步电机（机械旋转磁场）,异步电机（电气旋转磁场）,特点：1、三相电枢（定子）在空间按1
3、20对称布置。 2、转子转速和旋转磁场转速相同(同步)。 3、三相感应电势互差120电角。,三、同步电机基本作用原理（常作发电机）,四、异步电机的基本作用原理（常作电动机）,1、三相空间对称定子绕组（按极对数），转子为三相短路绕组。 2、当三相空间对称绕组通以三相对称电流时，产生旋转磁场，切割转子绕组，转子导体中产生感应电流，与磁场相互作用，形成电磁转矩。 3、设磁场转速为n1（同步转速），转子转速为n，则转子绕组中产生感应电流的必要条件是n1-n0， 才有磁场对导体的切割。以转 差率S=(n1-n)n1表示。 4、转子转速与同步转速不同，异步电机,交流电机绕组主要是同步电机电枢绕组和异步电机
4、励磁绕组，部置在定子槽中。如以三相交流绕组为例，绕组构成的原则是： 对称：每相绕组在定子空间占位对称； 均匀：各相间在定子空间错位为120电角度；保证各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡； 电势相加：线圈两个圈边的感应电势应该相加，如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。,基本概念：按一定规律排列和连接的线圈的总称.,6-2 交流绕组,元件（线圈）,绕组的相关术语,术语1：电角度,几何上，把一圆周所对应的角度定义为360机械角度。 在电机中，磁场每转过一对磁极，电势变化一个周期，称为（一个周期）360电角度。一对磁极所对应的角度定义为360电角度。 磁极对数为p时，圆周机械角度为36
5、0，则电角度为=p*360 ,术语2：相带,为了三相绕组对称，在每个极面下每相绕组应占有相等的范围相带。 每个极对应于180电角度，如电机有m相，则每个相带占有 电角度。三相电机m3，其相带为60，按60相带排列的绕组称为60相带绕组。,术语3：每极每相槽数q,q1分布绕组 整数槽绕组q为整数 分数槽绕组q为分数,每个极面下每相占有的槽数。已知总槽数Z、极对数p和相数m为，则,术语4：槽距角,已知总槽数Z、极对数p 相邻两槽之间的电角度,术语5：极距,相邻两磁极对应位置两点之间圆周距离。 弧长表示： 基波磁场每极对应槽数表示：,术语6：节距 y (跨距),表示元件的宽度。元件放在槽内，其宽度可
6、用元件两边所跨越的槽数表示。,分析工具：槽导体电势星形图,相距360度电角度，导体电势时间上同相位,把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示，构成一辐射星形图,第一对极,第二对极,交流绕组通电以后，必须形成规定的磁场极数； 多相绕组必须对称，m相绕组的轴线在空间互差360/m的电角度； 合成电动势和磁动势的波形要接近于正弦形； 在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势，三相绕组尽可能采用60相带； 绕组的铜耗要小，用铜量要省； 绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造要方便。,对交流绕组的要求：,一、三相单层绕组,单层每槽中只放置一层元件边，元件数等于槽数的一半，无需层间绝缘
7、，结构和嵌线较简单； 单层绕组只适用于10kW以下的小型异步电动机，其极对数通常是pl,2,3,4；,交流绕组的形式：,每槽电相角,例：设定子槽数Z=24，2P=4，三相(m=3)交流电机定子绕组。,解：按照对称原则每相所占槽数为,每极每相槽数为,极距（每极槽数）,1、等元件组,a z b x c y a z b x c y,（1）分极分相： 将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。 将每极的槽数按三相均匀分开，空间错开120电角度。,N极下的感应电动势方向一致， S极下的感应电动势方向一致，,以a相为例，a相的一个极绕组为1-7-2-8占去4槽，若为整距，y
8、=，则另一极绕组只能形成同极性磁极相距 ZP = 242 = 12槽，为13-19-14-20 。a相完成。,（2）连线圈和线圈组（符合电势相加原则）： 将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？）； 将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？）,图：单层绕组排列步骤2，连线圈，线圈组,一个线圈组：两个线圈,共有P个线圈组,（3）连相绕组（串联与并联，电势相加原则）： 将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。,说明： 属于a相8个槽，即l、2、7、8、13、14、19、20. 根据槽导体电势星形图，按电势相加原则构成元件，每个元件
9、都是整距，y=6槽，即每元件的跨距为6个槽，同为单层，每相每对极可以连接成一个元件组。 2对极，每相2个元件组，1728，13一19一1420。 元件组之间可串联或并联形成不同并联支路数. 单层绕组每相有p个元件组，如串联方式连接，则并联支路a1，相电势E=pEq，相电流IIc。每相功率PEIpEqIc。,根据相间120电角差可安排b相绕组的槽位置为5-11-6-12和17-23-18-24；c相绕组的槽位置为9-15-10-16和21-3-22-4。完成三相绕组布置。,（4）连三相绕组（接法或者Y接法）： 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 。,链式绕组适用于q=2，p1的小型异步电机
10、。例如m3，p2，Z=24，q2，=30,2、三相单层链式绕组,合理改变每相8个线圈边的连接法，可得到 链式、交叉式、同心式三种不同绕组.,1 2 7 8 13 14 19 20,a相：2-7-13-8-14-19-20-1 b相：6-11-17-12-18-23-5-24 c相：10-15-21-16-22-3-9-4,链式绕组的每个元件都是短距。从相电势和磁势角度看具有整距性质,3、交叉式绕组,交叉式绕组适用于q3的小型异步电机。 例如：m3，p=2，q3，则 定子槽数Z=2pmq =2*2*3*336， 槽距角=p*360/Z=20,属于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、19、2
11、0、21、28、29、30共12个元件边,两个大圈,一个小圈,210，311相连，是节距为8的（大）线圈 1219相连，节距为7的（小）线圈 2028，2129相连，节距为8的大线圈 301相连，节距为7的小线圈。 依次二大一小交叉布置为交叉式绕组，交叉式绕组可看成链式绕组中的q=3，无法均分为两半，只能一边为1，另一边为2，节距也不同。 b相和c相的连接规律与a相完全一样，=20，相间相差6个槽。如第2槽为a相首端，则b相首端是第8槽，c相首端是第14槽。,属于a相的有8个元件边，把1与12相连构成一个大线圈，2与11相连构成一个小线圈。这一大一小组成一个同心式线圈组。13与24相连，14与
12、23相连组成另一同心式线圈组。然后把两个线圈组反向串联，以保证电势相加.,3、同心式绕组,对于pl的小型三相异步电动机和单相异步电动机，每极每槽数q较大，采用同心式绕组嵌线.,例如：m3，p=1，q4。则定子槽数Z=2mpq2*3*l*424，槽距角15,大圈在外，小圈在内,在外形上有多种绕组型式：元件节距可以整距、短矩或长短，合理选用绕组型式，可以节省铜线，简化工艺。 分析相电势：采用槽电势星形图。绕组型式不同只不过是元件构成方式不同、导体连接先后次序不同，而构成绕组的导体所占的槽号是相同的，都在属两个相差180电角度的相带内，三相单层绕组的节距因数均为1，具有整距绕组性质。 优点：绕组因数
13、中只有分布因数，基波绕组因数较高，无层间绝缘，槽利用率高。 缺点：对削弱高次谐波不利，无法改善电势波形和磁势波形，漏电抗较大。 使用：一般用于10kW以下小功率电机。（功率较大或对波形要求较高的电机，通常采用双层绕组。）,三相单层绕组小结,由于有效边可以重叠，故节距选择可有整距y=Z2P，短(长)距y=(Z2P)，且可以为小数，为电机的结构设计和改造带来方便。,二、三相双层绕组（叠绕组）,双层每槽中有两个元件边，分为上下两层放置。靠近槽口的为上层，靠近槽底部为下层。双绕组一般为等元件绕组，每个元件均有一个边放在上层，一个边放在另一槽的下层，相隔距离取决于节距。 线圈数=槽数，每相元件数即为槽数
14、的三分之一。,构造方法和步骤 （1）分极分相: 将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。空间错开120电角度。 （2）连线圈和线圈组（电势相加原则 ）： 根据给定的线圈节距连线圈（上层边与下层边合一个线圈） 以上层边所在槽号标记线圈编号。 将同一极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈。 将同一极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组。,（3）连相绕组： 将属于同一相的2p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。 串联或并联。 按照同样的方法构造其他两相。 （4）连三相绕组 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组 接法或者Y接法
15、,例：Z=24，2p=4，m=3，则每极每相槽数q2，槽距角30，分别用整距和短距布置绕组。,整矩绕组：跨距y6，每个元件的上层边与下层边相距6个槽。例如第l槽的上层边应与第7槽的下层边接成一个元件。同理2-8，3-9，4-10，.相连，共计有24个元件。 “”为下元件边，用虚线表示，整距,a相8个元件分成4个元件组，各元件组的连接规律为l-7-2-8，7-13-8-14，13-19-14-20，19-1-20-2，分别用I、表示。,整距绕组,当磁场切割绕组时，该四个元件组的电势大小相等，I、组电势时间上同相，、IV组电势与I、组电势反相。 各元件组可以串联、并联、或一半串联后再并联。相绕组可以有不同连接方式，当通以电流形成4极磁场。,y=(24/4)-1=5（槽）短距，a相的4个元件组，分别是l-6-2-7，7-12-8-13，13-18-14-19，19-24-20-l,三相双层叠绕组是交流电机最常用的一种绕组形式，方便地设计短距。接线中常用三相双层叠绕组接线图。,短距绕组,短距时，在某些槽中，其上层元件边与下层元件边可能不属一相，在这些槽中，上层与下层之间有较大电位差，应加强层间绝缘。 短距时，同一相的上、下层导体错开了一个距离，用短距角表示，表示一个元件的上层导体电势和下层导体电势的相位差是180-电角度，合成电势时应计及节距因数kp。,习题
