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1、交流电机的绕组和电动势,1、交流绕组,2、交流绕组的感应电动势,交流电机的绕组和电动势,交流绕组的基本概念,交流绕组的定义,感应交流电的绕组叫交流绕组同步电机电枢绕组和异步电机定子、转子绕组结构相同，因此统称为“交流电机绕组”，简称为交流绕组。,交流电机的绕组和电动势,1 交流绕组的基本概念,对交流绕组的要求,1）良好的导电性能；2）一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势；3）在三相绕组中，对基波而言，三相电动势必须对称，即三相的幅值相等而相位互差120度电角度，并且三相的阻抗也要求相等； 4）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波分量尽量小；5）用铜量少，绝
2、缘性能和机械强度可靠，散热条件好；6）制造工艺简单，检修方便。,首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定子内圆总槽数为Z，定子内圆直径为D,注意：空间电角度（弧度）和时间电角度（弧度）相等，没有区别。,电机圆周的几何角度恒为360，这称为机械角度。从电磁观点来看，若电动机的极对数为p，则每经过一对磁极， 磁场就变化一周，相当于360电角度。,5）极距 沿电枢表面相邻两个磁极轴线之间的距离称为极距，极距有三种表示法： 1）用电枢圆周长表示，单位为米或厘米； 2）用电枢槽数表示，单位为槽/极； 3）用空间电角度表示；,线圈的节距,6）节距y 一个线圈两有效边之间的距离称为节距，一般用槽数表示。
3、如图8-3所示线圈，若它的一个边放在第1槽，另一个边放在第10个槽，则节距y9，为了使线圈电动势最大或接近最大，线圈的节距应等于或近于极距。 整距绕组：y 短距绕组： y ，端接较长，较少采用。,7）槽间角 相邻两槽相隔的空间电角度称为槽间角，用表示。当总槽数为Z，极对数为p时，槽间角为,导体在空间上有相位差，造成了它在时间上有相同的相位差。,当把各槽内导体感应的电势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个辐射星形图，称为槽电势星形图。 每个极下每相所占有的区域称为相带。,一般将每对磁极下的导体平均分给各相， 每相绕组在每个极面下所连续占有的宽度(用电角度表示)称为相带。,8） 相带,称为60度相带
4、绕组。,每一极的电枢表面分为三等分，每相占一等份，每一等份为一个相带。因为每个磁极占有的电角度是180，所以对三相绕组而言，每相占有60的电角度，称为60相带。,交流电机的绕组和电动势,一对极下有六个相带，为了获得三相对称电动势，各绕组在空间相隔120 度电角度，因此六个相带可依次命名为A、Z、B、X、C、Y，(a)为一对极电机的相带排列情况。(b)为两对极电机的情况。图中A与X，B与Y，C与Z相带的导体,处于不同极性的磁极下,相隔180度电角度，故电动势方向相反。,(a),(b),60度相带的划分,交流电机的绕组和电动势,2 三相单层绕组,（1）单层绕组的特点,单层绕组的每个槽内只有一个线圈
5、边，因此，每一线圈需占用两个槽，整个绕组的线圈数等于总槽效的一半。由于每槽内仅放置一个线圈边，不需要层间绝缘，这就提高了槽的利用率，同时也没有层闻绝缘击穿的问题，增加了电机工作的可靠性，此外单层绕组嵌线也比较方便，但不能利用它来改善电动势和磁动势波形，因此单层绕组一般用在lOkW以下的电机中。,2、三相单层绕组,（2）三相单层集中整距绕组,三相绕组是由三个单相绕组组成的，为了使三相绕组感应的电动势幅值相等，相位互差120度电角度，要求三个相绕组的匝数必须相等，而且每相绕组的轴线应彼此互差120 度空间电角度。,例如一台p=1，m=3,q=1的电机，则每极每相槽数 q=Z/2pm=1(集中绕组)
6、，电枢槽数Z=6，取节距y=Z/2p=3(整距),电动势规定正方向,1）做槽电动势星形图,槽电势星形图：连成的绕组能否得到三相对称电动势呢？可以作三相绕组电动势相量的方法来说明。因槽间角 电角度，若规定导体电动势穿出纸面为正，所示瞬间1槽导体电动势为正的最大，当转子转过 角后，2槽导体电动势才最大，因此2槽导体电动势落后于l槽导体电动势 60度电角度，这样依次作出相差 电角度的所有槽导体基波电动势相量，所得的相量图称为槽电动势星形图。,电动势规定正方向,槽电势星形图：1槽导体与4槽导体串联组成的整距线圈构成A相绕组，由于1槽导体与4槽导体处于不同的极性下，因此A相电动势应为1槽导体电动势与4槽
7、导体电动势的相量差。同理，B相电动势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相量差，C相电动势应为5槽导体电动势与2槽导体电动势的相量差，如图所示，由图可知三相绕组的基波电动势为三相对称电动势。,为了表示各线圈的位置和连接，通常采用所谓绕组展开图，它是把定子沿轴向剖开，然后把它展开，每一槽用一直线表示，槽上编以号码，按照节距连成线圈，这就是 最简单的三相单层集中整距绕组展开图。,2）三相单层集中整距绕组绕组展开图,按照需要，三相绕组可以连成星形或三角形，星形联结；若接成三角形，则按AZ、BX、CY或AY、BZ、CX连接然后由A、B、C引出。,若连成单层绕组，其绕组排列如图所示。,1,2,3,4,5
8、,6,A,X,B,Y,C,Z,集中整距绕组的优缺点：简单，但感应的电动势波形不好，而且由于绕组集中，运行时发热集中，散热不良，再加上电枢表面空间利用率低，所以一般采用分布绕组。,2 三相单层绕组,（3）三相单层整距分布绕组,以例说明绕组槽电动势星形图及展开图的作法：一交流电机定子槽数Z=24，极数2p=4,m=3,绘制三相单层分布绕组的电动势星形图及绕组展开图。,1） 作槽电势星形图,2 三相单层绕组,1. 作槽电势星形图,规定电动势穿出纸面为正，则在图所示位置，1槽导体电动势为正的最大，依次作出其它槽导体的电动势相量，如图所示,由于是两对极，电动势星形重复两圈,一般地说,p对极电机，电动势星
9、形重复p圈。,交流电机的绕组和电动势,2 三相单层绕组,2） 分相,所谓分相，就是按每极每相槽数q，把各槽电动势相量所属的槽号具体分配到各个相，分相的原则是应使每相电动势最大，且三相电动势对称。,交流电机的绕组和电动势,2 三相单层绕组,2） 分相,以A相为例，由于q=2，故每个极下A相有2槽，整个电机A相共有8槽，若在第一个N极下取1、2槽作为A相带，为使合成电动势最大，应将第一个S极下的7、8槽也划归A相，作为X相带。因为7、8槽与l、2槽相隔一个极距，它们可分别构成整距线圈，第二对极下13、14槽为A相带，19、20槽则为X相带。,交流电机的绕组和电动势,三相单层分布绕组,1） 画出槽展
10、开图。即以24根等距直线表示24槽，并在旁边标以槽号。 2）根据槽电动势星形图，把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带，每个相带有q(2)个槽 。3）把槽中导体连成线圈。单层绕组只能将不同极性下同一相的槽导体组成线圈，如A相只能把A相带与X相带的槽内导体连成线圈，在连接时，导体间连接的先后次序对合成电动势并无影响，因此连接方法有好几种。,3） 绘制绕组展开图,3. 绘制绕组展开图(三相单层分布叠绕组),2 三相单层绕组,单层叠绕组：图中，A相带中的l槽和2槽导体分别与X相带的7槽和8槽导体组成两个整距线圈， 它们串联后形成一个线圈组(也称极相组)。一般说，这种连接，一个线圈组由 q个
11、线圈组成，一对极每相有一个线圈组，p对极电机一相有p个线圈组，由于一个线圈组的q个线圈端部相叠，故称单层叠绕组。这种连接的端接长，费铜线。,交流电机的绕组和电动势,（4） 三相单层绕组的不同端接形式,链式绕组：图 88中线圈的节距y5，即节距为l一6，端接较短，可节省铜线，常用于4极、6极及部分8极的小型电机，由于各线圈的捧列形如长链，故称链式绕组。,同心绕组：两个线圈的节距不相等，它的特点是同一相线圈端部不交叠，布置和嵌线方便，常用于小型两极异步电机，由于是一个线圈套着一个线圈，同一组的几个线圈是“同心”的，故称同心式绕组。,链式绕组,绕组的不同 端接方式,三相单层链式绕组展开图（A相）,同
12、心绕组,绕组的不同 端接方式,不同的端接形式会改变绕组的节距，但不会改变其感应电动势,交流电机的绕组和电动势,2 三相单层绕组,讨论：链式、同心式绕组，虽然线圈节距不等于整距，但由于各种连接形式只改变了同一相中各线圈边电动势相加的先后次序，所以它不影响相电动势的大小，仍算整距绕组。,交流电机的绕组和电动势,2 三相单层绕组,连接的原则是应使串联的线圈组电动势相加，而且各条支路的电动势应相等。一相的各线圈组可以串联，也可以并联，或一半线圈组串联后再并联。若为串联，支路数a=1，为使线圈组的电动势相加，为顺向串联，即按“尾接头”连线，而反向串联，即按“尾接尾”或“头接头”接线。同一绕组，如用串联，
13、则每相感应电动势可较大，允许通过的相电流小；如用并联，每相感应电动势减小，允许通过的相电流则增大。,根据电压和电流的要求把一相的各个线圈组连成一相绕组,交流电机的绕组和电动势,3 三相双层绕组,双层绕组,双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈边，线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边则放在相隔y槽的下层，如图8ll所示，对于双层绕组，整个电机的线圈数正好等于槽数。,双层绕组,交流电机的绕组和电动势,3 三相双层绕组,1）可以选择有利的节距，并可同时采用分布的办法来改善电动势和磁动势波形。2）可以组成较多的并联支路。3）端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。所以现代10kW以上的三相交流电机，
14、其定子绕组均采用双层绕组。,双层绕组,双层绕组的优点,双层绕组的分类,三相双层绕组有叠绕组和波绕组两种。,交流电机的绕组和电动势,3 三相双层绕组,双层叠绕组,首先进行计算：,某交流电机定子绕组的Z24，p=2，m=3，采用短距，且y=5，（节距为16），试作出线圈电动势的星形图及绕组展开图。,（节距为16），,绘制线圈电动势相量图并分相,交流电机的绕组和电动势,3 三相双层绕组,3.画绕组展开图,1）把电枢展开，每槽以一实线表示线圈的上层边，一虚线表示线圈的下层边，并在实线旁标以槽号，然后把槽按极数等分成4份，如图所示。2）按电动势星形图把每对极下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六个相带。注意
15、这些相带只表示该相线圈上层边所在的槽。,交流电机的绕组和电动势,3 三相双层绕组,3） 绘制线圈电动势相量图 对于双层绕组，其线圈数等于槽数，由于每个线圈两个边放在相距节距y的两个槽内，所以线圈电动势就是槽电动势星形图中相距y槽的两个相量的合成，所得线圈,电动势相量图仍为相差 电角度的星形图，仅仅是相量长短不同以及因选择的节距不同相量图移动了一个不同的角度，由于本例有相同的槽数和极数，所以的槽电动势星形图也可看作线圈电动势星形图，只是每一相量的编号是该线圈上层边所在槽的号码。例如相量1是其上层边嵌于槽1的线圈的电动势相量 。,做绕组展开图并分相（双层叠绕一相）,根据线圈的节距y5(节距为16)
16、，把上、下层连成线圈。例如A相带第1槽的上层边和第6槽的下层边构成一个线圈，第2槽上层边与第7槽下 层边构成一个线圈，这两个线圈串联形成一个线圈组。同样可作出以相其它相带的线圈组，一相共有2p个线圈组，本例 中一相有4个线圈组。 同理可作出B、C相的线圈组(图中未画出)。,交流电机的绕组和电动势,3 三相双层绕组,4）根据电压和电流的要求，把一相的线圈组串联或并联组成一相绕组。为了使线圈组的电动势相加，一相两相邻线圈组之间应反向串联，即采用“尾接尾，头接头的连接规律。图 (a)为串联连接支路数a=l。 图(b)为一半线圈组串联后再并联的连接示意图，其支路a=2。 对于双层叠绕组，最大并联支路数等于线圈组数，而一相的线圈组数等于极数，所以最大可能的并联支路数等于极数。,
