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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
2、削弱高次谐波电动势的方法。 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 二二、交流绕组对称分布的方法、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、
3、交流绕组构成原则 首先回顾一下直流电机电枢单叠绕组的连接。 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 2、槽距角、槽距角 3 3、每极每相槽数、每极每相槽数 4 4、相带、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
4、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 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 N SS N 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
5、 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 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
6、则相带为：320= 60 每极三相占电角度：3 60= 180= A相带B相带C相带 (N) (S) 4、相带 节距表征线圈构造，是 一 个线圈的两条 有效线圈边之间相隔的槽数。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 XZBCY A C B 1 2 3 4 5 6 线圈q
7、 =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、三相单层绕组例题、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
8、= 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 4、按相带的各相所属槽号写出顺序表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。每相绕组两线圈边隔180电角度。 按相带的各相所属槽号的顺序表如下 ： 相带带 极对对 A Z B X C Y 第一对对极1，2 3，4 5，67，8 9 10 11，12 第二对对极 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23，24 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
9、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 相带带 极对对 A Z B X C Y 第一对对极1，2 3，4 5，67，8 9 10 11，12 第二对对极 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23，24 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 NS 127813141920 线圈连接图 SN 问：当 q =
10、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 A 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 并联支路数
11、 amax = p 182 页 二二、每相每支路线圈匝数、每相每支路线圈匝数N N 的计算的计算 一一、三相双层叠绕组、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）（二）三相双层叠绕组连接图三相双层叠绕组连接图 （三三）各线
12、圈组之间的连接各线圈组之间的连接 （四）（四）叠绕组的优缺点叠绕组的优缺点 已知： 电机 Q=24, 2p=4, m=3 ，绘制叠绕组连接图 。 （一）绘制电动势星形图和分相 A Z B X C Y 一对对极上 层层 1，23，45，67，89，10 11，12 一对对极下 层层 20 1 2 7 二对对极上 层层 13，1415，1617，18 19，2021，2223，24 二对对极下 层层 8 13 14 19 A Z B X C Y 一对极上层 1，23，45，67，89，10 11，12 一对极下层 20 1 2 7 二对极上层 13，1415，1617，18 19，2021，222
13、3，24 二对极下层 8 1314 19 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 NS 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
14、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 （ ）SNS 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
15、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 1、各线圈组之间的串联连接、各线圈组之间的串联连接 2 2、各线圈组之间的并联连接、各线圈组之间的并联连接 3 3、各线圈组之间的串并联连接、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 （ ）SNS 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 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 （ ）SNS 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
