电机学－交流绕组和电动势.ppt

1、交流电动机的绕组和电动势，8-1交流绕组的基本概念，交流绕组的定义，感应交流的绕组称为交流绕组，同步电动机的电枢绕组与异步电动机的定子绕组和转子绕组结构相同，所以统称为“交流电动机绕组”。8-1交流电机的绕组和电动势，交流绕组的基本概念，对交流绕组的要求，1)良好的导电性；2)在一定数量的导体下，获得较大的基波电动势和基波磁动势；3)在三相绕组中，对于基波，三相电动势必须对称，即三相振幅相等，相位差为120度，三相阻抗也相等；4)电动势和磁动势波形接近正弦波，因此要求电动势和磁动势中的谐波分量尽可能小；5)耗铜少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好；6)制造工艺简单，维护方便。交流电机的绕组和

2、电动势，8-1交流绕组的基本概念，实际的交流绕组是由许多嵌在定子槽中分布的线圈组成的，一个线圈有Nc匝，每匝有两个导体，线圈的直部分放在槽中，由于它切断气隙磁场产生感应电动势，所以称为有效侧，而暴露在槽外的前后端连接线称为端部，不切断气隙磁场。图8-1交流电动机的线圈、绕组和电动势，8-1交流绕组的基本概念，1)电角度因为磁场每次转动一对磁极时导体的基本电动势变化一个周期，在电路理论中，一个周期被定义为360度时间电角度或2电弧度，所以由一对磁极打开的空间角度被称为360度空间电角度或空间电弧度。如果电机有P个相反的极，整个定子内圆有p360的电角度，在几何上，一个圆的空间角度称为360的机械

3、角度，所以电角度E1和机械角度mac之间的关系应该是：交流电机的绕组和电动势，交流绕组的8-1基本概念，交流绕组的基本概念，2)三相电机每相Q每极的槽数，为了保持电对称，每相绕组所占的槽数应该相等且均匀分布。因此，为了形成具有2p个磁极的电机，定子的槽z的总数应该被分成2p个相等的部分，每个磁极下的槽的数量是z2p，并且每个磁极下的槽的数量被分成m相(通常m=3)，因此每个磁极和相位的槽的数量是：集中绕组：q=1分布式绕组：q1，整数槽绕组：q整数分数槽绕组。当槽的总数为z，极数为p时，槽之间的角度就是交流电机的绕组和电动势。8-1交流绕组的基本概念，4)相带各极下一相绕组的宽度称为相带，用电

4、角度表示。由于每极每相所占的槽数为Q，槽角为1，对于三相绕组，一个相带所占的电角度称为60度相带绕组。(a)、(b)，图8-2 60度相带的划分，交流电机的绕组和电动势，8-1交流绕组的基本概念，一对极下有六个相带。为了获得三相对称电动势，每个绕组在空间上相隔120度，因此六个相带可以依次命名为A、Z、B、X和X。图(B)显示了两极电机的情况。在图中，A和X、B和Y、C和Z的导体位于极性不同的磁极下，由180度电角度隔开，因此电动势的方向相反。，(a)、(b)，图8-2 60度相带的划分，交流电机的绕组和电动势，8-1交流绕组的基本概念，5)两个相邻磁极轴之间沿电枢表面的距离称为极距，可以用三

5、种方式表示：1)以米或厘米表示；2)用电枢槽号表示，单位为槽/极；3)用空间电表示；图8-3线圈节距，交流电机绕组和电动势，8-1交流绕组的基本概念，图8-3线圈节距，6)节距Y线圈两个有效边之间的距离称为节距，通常用槽数表示。如图8-3所示，如果线圈的一侧放置在第一槽中，另一侧放置在第十槽中，间距y9，为了最大化或接近线圈的最大电动势，线圈的间距应该等于或接近极距。全节距绕组：y短节距绕组：y，终端较长，使用较少。交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，单层绕组的特点，单层绕组在每个槽中只有一个线圈侧，所以每个线圈需要占用两个槽，整个绕组中的线圈数等于总槽效率的一半。由于每个槽只放置一个

6、线圈侧，不需要层间绝缘，提高了槽的利用率，同时也不存在层间绝缘击穿的问题，提高了电机运行的可靠性。另外，单层绕组也便于嵌入，但由于节距有一定的限制，不能用来改善电动势和磁动势的波形，所以单层绕组一般用于lOkW以下的异步电动机。8-2三相单层绕组和三相单层集中距绕组由三个单相绕组组成。为了使三相绕组感应的电动势幅值相等且相位差为120度，要求三相绕组的匝数必须相等，并且各相绕组的轴线应相差120度。例如，对于p=1的电机，电枢槽的数量是Z=6，那么每个磁极彼此相等。交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，三相单层集中节距绕组，(b)，图8-4三相单层集中节距绕组，为了显示每个线圈的位置和连

7、接，通常使用所谓的绕组展开图，沿轴向切割定子，然后展开。每个槽用一条直线表示，槽按节距编号并连接成线圈，如图8，交流电机绕组和电动势，8-2三相单层绕组，三相单层集中节距绕组，(b)，图8-4三相单层集中节距绕组，根据需要，三相绕组可以连接成星形或三角形，图8-4(b)为星形连接；如果是三角形连接，按照AZ、BX、CY或AY、BZ、CX连接，然后从a、b和C引出.8-2三相单层绕组，三相单层集中节距绕组，(a)，图8-5三相单层集中节距绕组，槽电位星形图：连接的绕组能得到三相对称电动势吗？这可以用三相绕组电动势相量法来解释。由于槽之间的电角度，如果规定导体电动势穿透纸面为正，则第一槽导体的电动

8、势在图8- 4(a)所示的时刻为正最大值，第二槽导体的电动势在转子转动角度后为最大值。 因此第二个槽导体的电动势比第一个槽导体的电动势滞后60度，所以依次求出所有不同电角度的槽导体的基本电动势相量，得到的相量图称为槽电动势星形图。 8-2三相单层绕组，三相单层集中全距绕组，槽位星形图：由1槽导体和4槽导体串联组成的全距线圈构成A相绕组。由于1槽导体和4槽导体的极性不同，A相电动势应该是1槽导体电动势和4槽导体电动势的相量差。同样，乙相电动势，交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，三相单层集中节距绕组，(b)，图8-5三相单层集中节距绕组和集中节距绕组的优缺点：简单，但感应电动势波形不好，

9、由于集中绕组，运行时集中发热，散热差，电枢表面空间利用率低，一般采用分布式绕组。8-2三相单层绕组，三相单层分布式绕组，用一个例子说明绕组槽电动势星形图和绕组展开图的方法：例81，交流电机定子槽数Z=24，磁极数2p=4，画出三相单层分布式绕组的电动势星形图和绕组展开图。8-2三相单层绕组，1。制作一个槽电位星形图，并规定电动势穿透纸面为正，然后在图中所示的位置，槽导体的电动势为正最大值，然后依次制作其他槽导体的电动势相量，如图所示，由于是两极，电动势以星形重复两次。一般来说，对于P极电机，电动势以星形重复P匝。交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，2。相分离，即所谓的相分离，是根据每极

10、的槽数和相q，给每相分配每个槽电动势相量的槽数。相分离的原理是最大化每相的电动势，使三相电动势对称。交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，2。相分离，以a相为例，由于q=2，a相每极下有2个槽，整个电机a相有8个槽。如果槽1和2作为第一个s极下的a相带，为了使合成电动势最大化，第一个n极下的槽7和8也应归类为a相。因为槽7和8与槽1和2相隔一个极距，所以它们可以分别形成全节距线圈。第二对极下的槽13和14是相带，槽19和20是相带。交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，三相单层分布式绕组，1)画出槽展开图。也就是说，24个槽由24条等距线表示，槽号标记在它们旁边。2)根据槽的电动势

11、星形图，每对极下的槽分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，每相有q(2)个槽。3)将槽中的导体连接成线圈。单层绕组只能将同相不同极性的槽形导体做成线圈。例如，A相只能将A相和X相的槽导体连接成线圈。连接时，导体之间的连接顺序对合成电动势没有影响，因此有几种连接方法。3。绘制绕组展开图，8-2三相单层绕组和单层绕组：在图87中，A相带中的L槽和2槽导体与X相带中的7槽和8槽导体分别形成两个全距线圈，它们串联形成一个线圈组(也称为极组)。一般来说，在这种情况下，一个线圈组由Q线圈组成，一对极的每一相有一个线圈组，一个P极电机的一相有一个P线圈组。因为一个线圈组的Q线圈末端是重叠的，所以它被称为单个层

12、叠绕组。这种连接的终端很长，需要铜线。交流电机绕组及电动势，8-2三相单层绕组，图8-8三相单层链式绕组(A相)展开图，链式绕组：图88中线圈间距y5，即间距L-6，端子短，可节省铜线。它通常用于4极、6极和一些8极的小型电机。因为每个线圈就像一条长链，所以被称为链式缠绕。交流电机绕组及电动势，8-2三相单层绕组，图8-9三相单层同心绕组展开图(A相)，链式绕组：在图89中，两个线圈的节距不相等，其特点是同相线圈端部不重叠，便于布置和嵌入，常用于小型两极异步电机。因为一个线圈上套有交叉绕组的相邻大线圈和小线圈应反向串联，以确保线圈组串联后电动势相加。相带，槽数，交流电机的绕组和电动势，8-2三

13、相单层绕组，交叉绕组：图8-10三相单层交叉绕组展开图(A相)，交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，讨论：链，同心和交叉绕组，虽然线圈节距不等于整个节距，但由于每个绕组的交流电机的绕组和电动势，8-2三相单层绕组，连接原理是串联线圈组的电动势应该一相的每个线圈组可以串联或并联，或者一半线圈组串联后再并联。图87、图8 8和图89都串联连接，支路数a=1。为了增加线圈组的电动势，图87和图89在正向串联连接，即根据“尾部接头”，而图88在反向串联连接，即根据“尾部接头”或“头部接头”。如果同一个绕组串联，每相的感应电动势会较大，允许通过的相电流会较小；如果使用并联连接，每相的感应电动势将

14、降低，允许通过的相电流将增加。图88和图89仅示出了相绕组，并且b相和c相绕组可以以与相相同的方式绘制。根据电压和电流的要求，将一相的每个线圈组连接成一相绕组，交流电机的绕组和电动势，8-3个三相双层绕组，双层绕组，双层绕组。每个槽都有上下线圈边，一边放在某个槽的上层，另一边放在被Y槽隔开的下层，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。图8-11双层绕组，交流电机绕组及电动势，8-3三相双层绕组，1)可选择有利的节距，并可采用分布法同时改善电动势和磁动势波形。2)所有线圈尺寸相同，便于制造。3)可以形成更多的平行分支。4)端部形状排列整齐，有利于散热和提高机械强度。因此，1

15、0kW以上的现代三相交流电机定子绕组采用双层绕组。图8-11双层绕组，双层绕组的优点，双层绕组的分类，三相双层绕组有两种：层叠绕组和波形绕组。交流电动机的绕组和电动势，8-3三相双层绕组，双层绕组，先计算：例8-2 Z24，p=4，m=3的一台交流电动机的定子绕组，用短距离和y=5，(节距为16)，试作线圈电动势的星形图和绕组展开图。交流电机的绕组和电动势，8-3三相双层绕组，1。绘制线圈电动势相量图对于双层绕组，线圈的数量等于槽的数量，因为每个线圈的两边都放置在两个槽中，槽距为Y，所以线圈电动势是槽电动势星形图中两个相距为Y的槽的合成，得到的线圈和电动势相量图仍然是一个不同电角度的星形图。只有相量长度不同，并且相量图由于不同的选择间距而以不同的角度移动。由于本例具有与例81相同的槽数和极数，图86(b)中的槽电动势星形图也可视为线圈电动势星形图，除了每个相量的数量是线圈上边缘所在槽的数量。例如，相量1是线圈的电动势相量，其上缘嵌入槽1中。(b)，图8-6槽导体分布和槽电位星形图，交流电机绕组和电动势，8-3三相双层绕组，2。根据q=2，电动势星形图分为六个相带：a，z，b，x，c和Y.从图中可以看出，罐1、2、7、8、13、14、19和20的上边缘属于阶段A.交流电机的，绕组和电动势，8-3三相d，交流电机的绕组和电动势，8-3三相双层绕组，3。绘制绕组展