第16讲 交流电机电枢绕组

1、第第16讲讲 交流电机的电枢绕组交流电机的电枢绕组 一、交流绕组的基本概念一、交流绕组的基本概念 二、划分相带二、划分相带 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 五、绕组的谐波电动势五、绕组的谐波电动势 1 1）三相绕组对称；）三相绕组对称； 2 2）力求获得最大的电动势和磁动势；）力求获得最大的电动势和磁动势； 3 3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦； 4 4）节省用铜量；）节省用铜量； 5 5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好； 6 6）工艺简单、便于制造、安装和检修

2、。）工艺简单、便于制造、安装和检修。 二、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念 1 1、电角度、电角度a 在电机里，我们把一对主磁极表面所占的空间距离用空间在电机里，我们把一对主磁极表面所占的空间距离用空间 电角度表示时，定为电角度表示时，定为360。如果电机只有一对主磁极，则空。如果电机只有一对主磁极，则空 间电角度与机械角度相等；如果电机有间电角度与机械角度相等；如果电机有p对主磁极，则对主磁极，则P对主对主 磁极所对应的空间电角度为：磁极所对应的空间电角度为： 360a = p 2 2、线圈、线圈 由单匝或多匝串联而成，是组成绕组的基本单元。由单匝或多匝串联而成，是组成绕组的基本单元

3、。 3 3、极距、极距 两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。可以两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。可以 用磁极所占范围的长度、定子槽数用磁极所占范围的长度、定子槽数Z或电角度表示，若磁极对或电角度表示，若磁极对 数为数为p则极距：则极距： 360 180 22 DZp = 2 ppp 4 4、线圈节距、线圈节距 1 y 一个线圈的两个有效边之间所跨的定子内圆距离称为线一个线圈的两个有效边之间所跨的定子内圆距离称为线 圈的节距圈的节距y1，节距一般用槽数表示，节距一般用槽数表示。 1 y 1 y 1 y 若若 时为整距绕组；若时为整距绕组；若 时为短距绕组；时为短距绕组； 若若

4、 时为长距绕组，较少采用。时为长距绕组，较少采用。 5 5、槽距角、槽距角 相邻两个槽之间的电角度相邻两个槽之间的电角度： 0 360p = Z 每一个极面下每相所占的槽数为：每一个极面下每相所占的槽数为： 设定子为设定子为m1相绕组。相绕组。 6 6、每极每相槽数、每极每相槽数q 1 2 Z q = pm 二、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念 7 7、相带、相带 每个极距内同相的槽所占有的区域。一个极距每个极距内同相的槽所占有的区域。一个极距占有占有 180空间电角度，由于三相均匀分布，每等分为空间电角度，由于三相均匀分布，每等分为60电角度，电角度， 称为称为60相带。相带。 二、

5、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念 9 9、三相对称绕组、三相对称绕组 各相绕组在串联匝数以及连法上都相同，只是在空间的位置，各相绕组在串联匝数以及连法上都相同，只是在空间的位置， 彼此互相错开彼此互相错开120空间电角度。空间电角度。 由于交流绕组内的感应电动势通常为正弦交流电动势，故由于交流绕组内的感应电动势通常为正弦交流电动势，故 可用相量来表示和运算。当可用相量来表示和运算。当把电枢上各槽内导体按正弦规律把电枢上各槽内导体按正弦规律 变化的电动势分别用相量来表示时变化的电动势分别用相量来表示时，这些相量构成一个辐射，这些相量构成一个辐射 星形图，称为槽电动势星形图。星形图，称为槽

6、电动势星形图。 8 8、槽电动势星形相量图、槽电动势星形相量图 交流绕组的基本知识 10、相带划分、相带划分 二、交流绕组的基本概念 每相绕组在每个磁极下所占有的电角度为绕组的相带。因每相绕组在每个磁极下所占有的电角度为绕组的相带。因 为每个磁极占有的电角度为为每个磁极占有的电角度为180，所以对于三相绕组而言，所以对于三相绕组而言， 每相绕组在每个磁极下所占有每相绕组在每个磁极下所占有60电角度。显然，每对磁极电角度。显然，每对磁极 360电角度，可分为电角度，可分为6个相带。若一个电机有个相带。若一个电机有p对磁极，就可对磁极，就可 划分为划分为6p个相带。个相带。 三相对称绕组在一对磁极

7、中相带应按三相对称绕组在一对磁极中相带应按分布规分布规 律排列。律排列。 A、Z、B、X、C、Y分别为一对磁极中各自一相的分别为一对磁极中各自一相的 两个相带，相距两个相带，相距180电角度，且电角度，且A、B、C三相互差三相互差120电角电角 度。度。 二、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念 二、交流绕组的基本概念二、交流绕组的基本概念 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 1、三相单层集中整距绕组、三相单层集中整距绕组 每相只有一个集中整距线圈，定子上每个槽里只放了一每相只有一个集中整距线圈，定子上每个槽里只放了一 个线圈边。个线圈边。 缺点：这种绕组除了感应电动势波形不好外，电枢表面的

8、没有缺点：这种绕组除了感应电动势波形不好外，电枢表面的没有 被充分利用，不如分布绕组好。被充分利用，不如分布绕组好。 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 2、三相单层分布绕组、三相单层分布绕组 单层分布绕组每个槽里只放置一个线圈边，整台电机的线单层分布绕组每个槽里只放置一个线圈边，整台电机的线 圈总数等于定子槽数的一半。根据线圈形状和端部连接方式，圈总数等于定子槽数的一半。根据线圈形状和端部连接方式， 单层绕组有等元件式、链式、同心式、交叉式等多种形式。单层绕组有等元件式、链式、同心式、交叉式等多种形式。 例题：例题： 一台电机的绕组为三相单层分布绕组，极对数一台电机的绕组为三相单层分布绕组，极

9、对数p=2，槽数，槽数 Z1=24，每相并联支路数，每相并联支路数a=1，试绘出绕组展开图。，试绘出绕组展开图。 解解： （1）计算参数计算参数 1 1 1 1 24 6 222 24 2 2223 3602360 30 24 Z p Z q pm p Z P=2，Z=24的电机的电机 导体导体24与导体与导体1的基波电动势相量的基波电动势相量 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 （2）画基波电动势星形图）画基波电动势星形图 P=2，Z=24的电机的电机 P=2，Z=24电机的基波电动电机的基波电动 势星形向量图势星形向量图 （3）划分相带）划分相带 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 第一对极第

10、一对极 第二对极第二对极 相带相带 槽号槽号 相带相带 槽号槽号 AZBXCY 1、 、2 3、 、4 5、 、6 7、 、8 9、 、10 11、 、12 AZBXCY 13、 、14 15、 、16 17、 、18 19、 、20 21、 、22 23、 、24 槽号与相带对照表槽号与相带对照表 （4）画绕组连接图）画绕组连接图 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 （5）单层绕组端部连接规律（以）单层绕组端部连接规律（以A相为例）相为例） 并联支路并联支路a=1时，所有属于时，所有属于A相的线圈组按电势相加原则相的线圈组按电势相加原则 串联，即头尾相连。串联，即头尾相连。 并联支路并联支路a

11、=2时，时，A1相带和相带和X1相带线圈组按电势原则串联，相带线圈组按电势原则串联， 即头尾相连；即头尾相连；A2相带和相带和X2相带线圈组按电势原则串联，即头相带线圈组按电势原则串联，即头 尾相连；再把两支路并联，即头接头、尾接尾。尾相连；再把两支路并联，即头接头、尾接尾。 单层绕组的优点是槽内只有一个元件边，无层间绝缘，槽单层绕组的优点是槽内只有一个元件边，无层间绝缘，槽 的利用率较高。其缺点是不能利用短距来削弱电动势中和磁的利用率较高。其缺点是不能利用短距来削弱电动势中和磁 动势中的高次谐波，漏抗较大姑电机铁耗和噪音较大，起动动势中的高次谐波，漏抗较大姑电机铁耗和噪音较大，起动 性能不良

12、。一般用于性能不良。一般用于10kW以下的异步电机。以下的异步电机。 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 （6）计算相电动势计算相电动势 由绕组展开图可以看出每对极下属于同一相的线圈组，基由绕组展开图可以看出每对极下属于同一相的线圈组，基 波电动势都一样，以波电动势都一样，以A相为例为：相为例为： 12 4 44 12 A XA Xydyd EEqE k.fqN k 1 4 44 4 44 4 44 yd y d d E.fqN k p a pqN .fk a .fNk 当并联支路数用当并联支路数用a表示时，每相基波电动势为：表示时，每相基波电动势为： 三、三相单层绕组三、三相单层绕组 四、三相

13、双层绕组四、三相双层绕组 双层绕组的每个槽有两个线圈边，分上下两层嵌双层绕组的每个槽有两个线圈边，分上下两层嵌 放，中间用层间绝缘隔开，线圈的一个边嵌在某槽的放，中间用层间绝缘隔开，线圈的一个边嵌在某槽的 上层，其另一个边则嵌在相距一个节距上层，其另一个边则嵌在相距一个节距y1的另一槽的的另一槽的 下层，故线圈数与槽数相等。双层绕组的构成原则与下层，故线圈数与槽数相等。双层绕组的构成原则与 步骤与单层绕组基本相同，根据双层绕组线圈的形状步骤与单层绕组基本相同，根据双层绕组线圈的形状 和端部连接线的连接方式不同，分为双层叠绕组和双和端部连接线的连接方式不同，分为双层叠绕组和双 层波绕组。层波绕组

14、。 1 1、双层绕组的概念、双层绕组的概念 3、双层分布绕组展开简图、双层分布绕组展开简图2、双层分布绕组结构简图、双层分布绕组结构简图 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 例题：例题： 一台电机的绕组为三相双层叠绕组，极对数一台电机的绕组为三相双层叠绕组，极对数p=2，槽数，槽数Z=36，节，节 距距y1=7个槽，每相并联支路数个槽，每相并联支路数a=1，连接成三相双层短距分布绕组。，连接成三相双层短距分布绕组。 解解：（1）计算参数：计算参数： 11 1 1 3636 93 22 222 2 3 3602 360 20 36 ZZ q ppm p Z 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 为了改

15、善电动势和磁动势波形以及节省端部连接材料，上层绕组通常都取为了改善电动势和磁动势波形以及节省端部连接材料，上层绕组通常都取y1 的短距线圈，一般均取的短距线圈，一般均取y1等于或接近于等于或接近于5/6，取，取y1=7槽。槽。 （2）画基波电动势星形图）画基波电动势星形图 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 （3）划分相带）划分相带 第一对极第一对极 第二对极第二对极 相带相带 槽号槽号 相带相带 槽号槽号 AZBXCY 1、 、2、 、3 4、 、5、 、6 7、 、8、 、9 10、 、11、 、12 13、 、14、15 16、17、 、18 AZBXCY 19、 、20、21 22、23

16、、 、24 25、 、26、27 28、29、 、30 31、 、32、33 34、35、 、36 槽号与相带对照表槽号与相带对照表 （4）画绕组展开图）画绕组展开图 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 （5）双层绕组端部连接规律（以）双层绕组端部连接规律（以A相为例）相为例） 并联支路并联支路a=1时，所有属于时，所有属于A相的线圈组按电势相加原则相的线圈组按电势相加原则 串联，即头接头、尾接尾。串联，即头接头、尾接尾。 并联支路并联支路a=2时，时，A1相带和相带和X1相带线圈组按电势原则串相带线圈组按电势原则串 联，即头尾相连；联，即头尾相连；A2相带和相带和X2相带线圈组按电势原则串联，

17、相带线圈组按电势原则串联， 即头尾相连；在把两支路并联，即头接头、尾接尾。即头尾相连；在把两支路并联，即头接头、尾接尾。 双层绕组的优点是可以灵活地选择线圈节距来改善电动双层绕组的优点是可以灵活地选择线圈节距来改善电动 势和磁动势波形，一般用于势和磁动势波形，一般用于10kW以上的交流异步电机多采以上的交流异步电机多采 用双层绕组用双层绕组。 双层绕组的缺点是线圈组间连接线较长，极数多时耗铜双层绕组的缺点是线圈组间连接线较长，极数多时耗铜 多。多。 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 （6）计算相电动势（以）计算相电动势（以A相为例）相为例） 短距线圈基波电动势为：短距线圈基波电动势为： 极相组基波电动势为：极相组基波电动势为： 相绕组基波电动势为：相绕组基波电动势为： 四、三相双层绕组四、三相双层绕组 4 44 yyp E.fN k 4 44 dp E.fNk 4 44 qydp E.fqN k k 其中，其中，kdp= kd * kp 为基波绕组系数；为基波绕组系数； N=2pqNy/a 为每相串联匝数。为每相串联匝数。 例例6-4 在电机气隙中，除了基波以外还有三次、五次以及七次在电机气隙中，除了基波以外还有三次、五次以及七次 奇数次谐波。档绕组采用了短距、分布以及三相相连时，可奇数次谐波。档绕组采用了短距、分布以及三相