第3章交流绕组

3.1.1.1同步发电机的基本工作原理

X1

定子

N励磁绕组

A1S转子SA2NX1

定子绕组

3交流旋转电机的共同问题

旋转磁势的同步转速n1=

60f1/1(r/min)iUωt0°iViW120°240°360°3.1.1.2交流绕组产生的旋转磁场iUiWiV0°120°240°360°ωt

旋转磁场的旋转方向改变电源相序，即任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。U1W1V1U2U1V1W2V2W1U2U1V1W2W1V2旋转磁场的极对数PoUi0°60°120°180°P=2时旋转磁场在电流变化一周时，旋转磁场在空间旋转180°,同步转速n1=60f1/2(r/min)

。U1U2V1V2W1W2NSNS(a)'1V'2V'2U'1U'1W'2WW1W2V2U2V1U1(b)NSSN'2W'1W'2U'1V'1U'2VU2U1W1V1W2V2(d)NNSS'1U'1V'2U'1W'2V'2WV1V2W1U2W2U1(c)NNSS'1U'1V'2U'1W'2V'2W0°60°120°180°旋转磁场的同步转速n1与定子电流频率f1、磁极对数p有关。同步转速和极对数的关系（f1=50Hz)p1234n1(r/min)3000150010007503.1.1.3异步电动机的基本工作原理

当定子通入对称三相交流电时，产生转速为n1的旋转磁场切割转子短路绕组,感生电势与电流(右手定则判断方向)，转子绕组产生电磁力(左手定则判断方向)，电磁力形成转矩顺着旋转磁场转动，输出机械能，但其转速n小于n1。nf对交流绕组的基本要求

⑴在一定导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势；⑶电势和磁势波形力求接近正弦波，尽量减少谐波。⑵三相电势和磁势要对称，即大小相等，相位互差120°，三相阻抗要相等。⑷用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好，工艺简单，检修方便。获得最大电势的途径

⑴y1≈τ，元件或元件组串联时是其电势相加。⑶为节约导线、端接整齐、便于固定，连接次序要规律。⑵并联各支路电势相等，并联支路中无空载环流。⑷各相对称，且连接应规律相同。电枢绕组：进行机电能量转化的交流电机绕组。3.1.2交流电机绕组的基本概念交流绕组的基本术语相带每极每相槽数极距电角度槽距角槽电势星形图124375689101112131415161718192021222324U1U2V1V2W1W2161913823457181216151491024172322212011

NSS

N

n1绕制三相双层短距迭绕组，已知Q1=24，2p=4，m=3，wc=1，y1=5τ/6，a=1，绘其展开图。槽电势星形图

U1

13V2241141222315113W22210416W195211786V120718U219n1分类：

同心式

单层链式q

整数槽绕组

三相交叉式分数槽绕组

绕组双层迭绕组

波绕组3.1.4三相双层绕组NSNSn1127813141920

123456789101112131415161718192021222324

U1U2

注：导体下磁极向右运动三相双层绕组展开图（a=2）

13U1V2241141222315113W2

2210416W195211786V12071819U2元件电势的叠加α-7⑵-6⑴α/2

⑸⑹-⑾-⑿⒄⒅-(23)-(24)

⑼EV⑽-⑶-⑷

(21)(22)-⒂

EW

-⒃相电势叠加

⑴

⑵

-⑺

-⑻

⒀

⒁

-⒆

-⒇

双层波绕组三相双层波绕组展开图对多极、支路导线截面较大的交流电机，为节约极间连线用铜，常采用波绕组。其特点是把所有同一极性下(如N1、N2…)属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成一组；再把所有另一极性下(如S1、S2…)属于同一相的线圈按照一定的次序串联组成另一组，最后把这两大组线圈根据需要接成串联或并联，构成一相绕组。多用于大、中型水轮发电机定子绕组和绕线转子异步电机的转子绕组中。

波绕组A相各线圈连接次序

双层绕组的特点：1）线圈数等于槽数；2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。优点可以选择最有利的节距，使电动势和磁动势波形更接近正弦波所有线圈的形状和尺寸相同，便于实现机械化端部排列整齐机械强度高可组成较多的并联支路缺点嵌线困难用铜量大三相单层链式绕组，已知Q1=24，2p=4，m=3，wc=1，y1=τ=6，q=2，α=30°绘其展开图。U1W2V1U2W1V2U1W2V1U2W1V2ττττ23456789101112131415161718192021222324U1U2

链式绕组的每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。3.1.3三相单层绕组

单层交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q>1的且为奇数的小型三相异步电动机。单层同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。优点不适宜于大中型电机元件少，结构简单，嵌线方便，槽内无层间绝缘广泛应用于10kW以下的异步电动机定子绕组单层绕组为整距绕组缺点电动势和磁动势波形较差铁损和噪声较大起动性能较差三相单层绕组的优缺点三相定子绕组建立的磁场气隙长度漏磁场主磁场3.2交流旋转电机的感应电势U1U2

f集中整距线圈的感应电势3.2.1一个线圈的感应电势y1=τ..E'c1↑E"c↓NSy1<τ

.

.Ey1E"c

γ

.E'c1短距绕组的感应电势

⑴-6⑵-713U1V2241141222315113

α1W2

α1/2

2210416W195211786V12071819U2

123

y1=τα

分布绕组的感应电势

Ey1∠0º

α

αEy1∠-αqα

Eq1

α

Ey1∠-2α

-⒇EU-⒆⒁⒀-⑻-⑺⑵⑸⑹-⑾-⑿⒄⒅-(23)-(24)⑴⑼EV⑽-⑶-⑷

(21)(22)-⒂

EW

-⒃相电势叠加例:一台三相异步电动机（双层迭绕组），Q1=48，p=2，N=200，y1=11，a=1，f=50Hz，额定运行时每相电势为238V，求每极磁通量。3.3三相交流绕组的磁势

3.3.1交流电机定子单相整距绕组的脉振磁势

U1U2

f

fNyi/2-τ/2τ/23τ/2规定：定子指向转子的磁场为正向；相反为负。气隙均匀，忽略铁心磁压降矩形波t1t2t3t4t50ti脉振磁势：矩形波的幅值和方向随时间按正弦电流变化，但其轴线在空间保持固定。t=t1αt=t2αt=t3αt=t4αt=t5α矩形波(t=t1)幅值x矩形波磁势的谐波分析AXAXFymFy1Fy3Fy518003600/33.3.1.2整距分布线圈组产生的磁势

123

y1=τ

α2τfFq1

Fy1

-π0π基波组磁势图

f

4Nyi/2πNyi/2x-τ/2τ/23τ/2

Fy1∠0º

α

αFy1∠-αqα

Fq1