电机设计最佳教程 第4讲下 电机的绕组理论初步

1、电机设计电机设计 第四讲（下）第四讲（下） 电机电枢绕组的排布电机电枢绕组的排布 2014.11.17 讲课人：邢伟讲课人：邢伟 2021年7月1日星期四 提提 要要 1 1、直流、直流电机电枢绕组的排布电机电枢绕组的排布 2、交流电机绕组的排布、交流电机绕组的排布 3、电机电枢绕组的系数、电机电枢绕组的系数电动势和磁动势电动势和磁动势 的谐波抑制的谐波抑制 4、电机绕组设计的过程、电机绕组设计的过程 1、直流电机电枢绕组的排布、直流电机电枢绕组的排布 v槽电动势向量星形图 一般情况下，直流电机空载时主极下气隙磁场的分布为曲 边梯形。应用本方法时，先假定每极下气隙磁场呈正弦分 布。p对极的电机

2、沿电枢圆周有p个正弦分布的磁场波形。 电枢以转速n旋转时，绕组的每个元件边和元件中感应出 随时间按正弦变化的交变电动势，由于槽距电角度，因此 各个元件中感应的电动势，在时间上也相应地依次有a的 相位差。与交流电枢绕组一样，根据交流电路理论，这种 交变电动势可以用一个旋转向量表示，其长度等于交变电 动势的幅值，旋转角频率，旋转方向为逆时针，任一瞬时 向量在纵轴上的投影即为电动势的瞬时值（余弦分量）。 据此，可画出绕组各元件边或各元件的电动势向量的星形 和多边形。 1、直流电机电枢绕组的排布、直流电机电枢绕组的排布 2、交流电机绕组的排布、交流电机绕组的排布 推荐一本参考书： 陈世元，黄士鹏. 交

3、流电机的绕组理论. 北京 ：中国电力出版社，2007年1月第一版。 该书在北航图书馆的编号是TM34/21 2021年7月1日星期四 2、交流电机绕组的排布、交流电机绕组的排布 v槽号相位图 把槽电动势向量星形的圆周展开成直线，取消表示向量的 矢线，只留下其槽号，便得到槽号相位图。 为了避免重叠，把同相位向量的槽号写在不同横行上，单 位于同一纵行。 为了便于应用，把负槽号负槽号也列于图中，它与同号码的正槽正槽 号号相隔一段相当于180电角度的距离。 形成了一个表格，表中填了Z个正槽号和Z个负槽号。（Z 为电机槽数） 槽号相位图就是同时画出正负槽号向量的槽向量星形图， 相位图只不过以表格形式出现

4、 表格的横行长度相当于360电角度，每个槽号代表一个向 量，同一纵行的所有槽号代表的向量都是同相位，两槽号 间的水平距离则代表相应两个向量之间的相位差。 2、交流电机绕组的排布、交流电机绕组的排布 每一对极下的槽向量构成一个星形，槽号相位图每一 横行与一个槽向量星形对应。因此，对于p对极电机， 则在槽号相位图上有p个横行，如果为v层绕组，则总 共有vp个横行。 p对极电机qp=Z/6p=N/D,(N/D是没有公约数的整数 D=1，则每横行格数Q=6qp，因此，每一横行应有6N个小格， 相邻槽号位移D=1个小格； D不是3或3的倍数时，Q=6N，每一横行应有6N个小格，相邻 槽号位移D个小格；

5、D为3的倍数时，D=D/3，则Q=2N，相邻槽号应位移D个小格 。 120相带绕组，没有负相带，在相位图上，将每一横 行画出互隔120的三条轴线，则每一段为一相 60相带绕组，将每一横行画出互隔60的6条轴线。 注意此时有正负相带，需要取正槽号和负槽号。每个 槽号只取一次。 2、交流电机绕组的排布、交流电机绕组的排布 3、 电机电枢绕组的系数电机电枢绕组的系数 v分布系数Kd 较之集中式绕组，分布绕组能充分利用空间位置，并有利于散热， 还可削弱谐波磁场，优化电动机性能。 绕组分布排列后，会导致相绕组合成基波电动势有所减小。 分布系数就是描述分布式相绕组合成电动势减小程度的系数。 v节距系数Kp

6、 长距和短距绕组较之整距绕组都将显著削弱谐波磁场，优化电动机 性能，短距绕组还可节约端部铜线。 较之整距绕组，长距和短距都将使基波合成电动势减小。 节距系数描述非整距相绕组合成电动势减小程度的系数。 v绕组系数Kw：分布系数节距系数 v*斜槽系数Ksk 较之直槽，斜槽将降低相绕组电动势，可消除特定次谐波电动势 3、电机电枢绕组的系数、电机电枢绕组的系数 v分布系数Kd 一相所属全部槽电动势的矢量和一相所属全部槽电动势的矢量和 一相所属全部槽电动势的算术和一相所属全部槽电动势的算术和 = 整数槽绕组基波分布系数整数槽绕组基波分布系数Kd= sin 2 sin 2 q q q: 每极每相槽数每极每

7、相槽数 ：槽电角度：槽电角度 整数槽绕组整数槽绕组v次谐波分布系数次谐波分布系数Kdv= sin 2 sin 2 q v qv 3、 电机电枢绕组的系数电机电枢绕组的系数 v节距系数Kp 短距线圈合成电动势短距线圈合成电动势 整距线圈合成电动势整距线圈合成电动势 = 整数槽绕组基波节距系数整数槽绕组基波节距系数Kp= 1 sin90 y o y1: 第一节距第一节距 ：极距：极距 整数槽绕组整数槽绕组v次谐波节距系数次谐波节距系数Kpv= 1 sin90 y v o 3、电机电枢绕组的系数、电机电枢绕组的系数 v斜槽系数Ksk（一个特殊的分布系数） 绕组基波斜槽系数绕组基波斜槽系数Ksk= 0

8、 sinsin 22 lim sin 22 n n n : 无限小段导体间的相角无限小段导体间的相角 n：小段导体数：小段导体数 =n 绕组绕组v次谐波斜槽系数次谐波斜槽系数Kskv= 一根斜槽导体无限多小段电动势的矢量和一根斜槽导体无限多小段电动势的矢量和 该导体无限多小段电动势的算术和该导体无限多小段电动势的算术和 = sin 2 2 v v 假设斜槽距离用假设斜槽距离用C表示的话表示的话 可表示为可表示为C/ 3、电机电枢绕组的系数、电机电枢绕组的系数 v电动势和磁动势谐波抑制的方法 改善主极磁场（不均匀气隙、转子磁极偏心、Halbach阵列） 短距/长距绕组： 分布绕组：每极每相槽数q

9、越多，抑制谐波电动势的效果 越好。工程上2q6 斜槽： 采用分数槽绕组 1 2 (1,2,) k yk v 工程上常取工程上常取 1 1 (1)y v 2 (1,2,) k Ck v 工程上常取斜槽数为一个齿距工程上常取斜槽数为一个齿距 2 2 C mq 4、电机电枢绕组设计的过程、电机电枢绕组设计的过程 v1、选择绕组形式、相间联接方式 单层绕组多用于7.5kW以下的小电机 双层叠绕组可在小、中、大型电机中使用 大型多极电机（比如水轮发电机）可采用双层波绕组以减少极间连线。 v2、确定槽数，从而确定分布系数 v3、根据电动势谐波要求选择绕组第一节距和斜槽 距离，从而确定节距系数和斜槽系数 v4、根据供电电压、电负荷和绝缘等级确定每相串 联匝数、每槽导体数、并联支路数和线规、并绕 根数 v5、出绕组接线图、电原理图 作业（作业（6选选2） v1、编制一个程序实现三相整数槽绕组自动排布。 v2、编制一个程序实现三相绕组最优谐波削弱。（ 绕组系数计算程序+最优化算法） v3、给出一台8极9槽永磁同步电机的绕组排布图， 并计算基波和220次谐波绕组系数、分布系数、节 距系数。（必选） v4、给出一台6极18槽无刷直流电机的绕组排布图， 并计算基波和220次谐波绕组系数、分布系数、节