交流绕组基础

1、 1.交流绕组的构成原则交流绕组的构成原则 2.交流绕组的分类交流绕组的分类 3.三相交流绕组模型三相交流绕组模型 4.三相交流绕组的线圈三相交流绕组的线圈 5.三相交流绕组构成三相交流绕组构成 6.三相交流绕组的术语三相交流绕组的术语 7.三相双层叠绕组三相双层叠绕组 基本概念基本概念 1.电动势和磁动势的波形要尽量接近电动势和磁动势的波形要尽量接近正弦波正弦波，谐波含，谐波含 量要尽量小。量要尽量小。 2.三相绕组的电动势、磁动势要三相绕组的电动势、磁动势要对称对称，电阻、电抗要，电阻、电抗要 平衡。平衡。 3.绕组绕组利用率利用率要高。在绕组用铜量一定时，要获得较要高。在绕组用铜量一定时

2、，要获得较 大的基波电动势和磁动势；在电动势、磁动势要求大的基波电动势和磁动势；在电动势、磁动势要求 一定时，用铜量要节省，铜耗要小。一定时，用铜量要节省，铜耗要小。 4.绝缘可靠，机械强度高，散热条件好，制造方便。绝缘可靠，机械强度高，散热条件好，制造方便。 l按绕法分类按绕法分类 叠绕组叠绕组、波绕组、波绕组 l按槽内层数分类按槽内层数分类 单层绕组、单层绕组、双层绕组双层绕组 l按相数分类按相数分类 单相绕组、单相绕组、三相绕组三相绕组、多相绕组、多相绕组 l按每极每相槽数分类按每极每相槽数分类 整数槽绕组整数槽绕组、分数槽绕组、分数槽绕组 首先假设：电机相数为m，电机极对数为p，定 子

3、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。 60 np f 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； pZ 2/ pD 2/ 电弧度电角度或 180 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。 如图8-3所示线圈，若它的一个边放在

4、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。 y=9 1 10 y = 9 节距节距y1=：整距线圈：整距线圈 节距节距y1：长距线圈：长距线圈 叠绕组线圈叠绕组线圈 波绕组线圈波绕组线圈 y1y1 多匝线圈多匝线圈 单匝线圈单匝线圈 散散 嵌嵌 线线 圈圈 成成 型型 线线 圈圈 1个线圈个线圈 (Nc匝匝) 1个线圈组个线圈组 (q个线圈个线圈) 1相绕组相绕组 (2p个线圈组个线圈组) 单匝线圈单匝线圈 (2根导体根导体) 1根导体根导体 A X Nc=4 q=3 2p

5、=2 1相绕组总匝数相绕组总匝数2pqNc 极相组极相组 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 Z p 360 1 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。 Z为电机槽数为电机槽数 槽距角槽距角：相邻两槽之间的：相邻两槽之间的 机械角度。机械角度。 Z 360 8. 8. 槽电动势星形图槽电动势星形图 各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势相各槽导体感应电动势大小相等，相邻槽导体电动势相 位差相同。将各槽导体电动势相量画在一起，组成一位差相同。将各槽导体电动势相量画在一起，组成一 个星形，称为槽电动势星形图。个星形

6、，称为槽电动势星形图。 A 60X A x B Y B Y C Z 9、相带相带 指每极下每相所占的区域。指每极下每相所占的区域。 为了使绕组对称，通常令每个极面下每相 绕组所占的范围相等，这个范围称为相带。 即：每极下每相所占有的区域称为相带每极下每相所占有的区域称为相带。 有600相带 和1200相带两种。一般采用600 相带。 这种分法可以保证三相感应电动势对称，这种分法可以保证三相感应电动势对称， 且合成电动势较大，是常用的方法。且合成电动势较大，是常用的方法。 120分法获得的电动势较小，不常用。分法获得的电动势较小，不常用。 l120相带l60相带 9） 相带 称为60度相带绕组。

7、 60 32 360360 2 1 Z p pm Z q A 60X A x B Y B Y C Z B C B A C A X Z X Z Y 60 A A X X Y B B Y Y C C Z Z 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。 l相数：相数：m=3 l槽数：槽数：Z=36 l极数：极数：2p=4 l极距：极距：=Z/2p=9（槽）（槽） l每极每相槽数：每极每相槽数：q=Z/2mp=/m=3（槽）（槽） l机械角度：实际几何角度机械角度：实际几何角度 l电角

8、度：电角度：电角度电角度=p机械角度机械角度 l槽距机械角度：槽距机械角度：0=360/Z=10 l槽距电角度：槽距电角度：=p360/Z=20 A Z B X C Y 60相带绕组相带绕组 60相带绕组相带绕组120相带绕组相带绕组 三相单层绕组 （1）三相单层集中整距绕组 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)，电枢槽 数Z=6， 取节距y=Z/2p=3(整距), 360 60 p a Z 电动势规 定正方向 步骤：步骤： 画槽电动势星形图；画槽电动势星形图； 分相；分相； 构成线圈；构成线圈； 构成线圈组；构成线圈组； 画绕组展开图。画绕组

9、展开图。 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。 60 1 1 1 电动势规 定正方向 1）做槽电动势星形图 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槽导体电动势的相量差

10、。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。 120 120 120 A BC 1 -4 3 -6 5 -2 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、B Z、CX连接然后由A、B、C

11、引出。 4 E XA E 1 E 若连成单层绕组，其绕组排列如图所示。 123456 AX BYCZ 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。 三相单层绕组 （2）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。 步骤：步骤： 画槽电动势星形图；画槽电动势星形图； 分相；分相； 构成线圈；构成线圈； 构成线圈组；构成线圈组； 画绕组展开图。画绕组展开图。 1） 作槽

12、电势星形图 三相单层绕组 30 24 3602360 0 1 Z p 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， 电动势星形重复p圈。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A Z B X C Y 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。 1 2 3 4

13、 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A Z B X C Y 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

14、A Z B X C Y 2 34 24 2 pm Z q 三相单层分布绕组 1） 画出槽展开图。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) 例：一台交流电机定子槽数例：一台交流电机定子槽数Z=36，极数，极数2p=4，并

15、联，并联 支路数支路数a=1，试绘制三相单层绕组展开图。，试绘制三相单层绕组展开图。 步骤：步骤： 画槽电动势星形图；画槽电动势星形图； 分相；分相； 构成线圈；构成线圈； 构成线圈组；构成线圈组； 画绕组展开图。画绕组展开图。 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，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

16、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 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。 （4） 三相单层绕组的不同端接形式 链式绕组：图 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

17、，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 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。 3 三相双层绕组 1）可以选择有利的节距，并可同时采

18、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，其定子绕组均采用双层绕组。 上层边 下层边 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。 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。 1 24 2 24 3 3602 360 30 24 24 6 24 Z q pm p Z Z p （节距为16）， 绘制线圈电动势相量图并分相 3

19、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。注意这些相带只表示该 相线圈上层边所在的槽。 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 1 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

20、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)，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)。 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

21、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。 3 三相双层绕组 双层叠绕组 图 三相双层绕组展开图（a=1） 3 三相双层绕组 双层叠绕组 图8-12 三相双层绕组展开图（a=2） A X A X AX A X AX 1 1 2 2 3 3 4 4 1、27、813、14 19、20 例：例：一台三相四极36槽电机，试绘出槽电势星形

22、图及划 分相带。 24363 363602 360 320 24 336 PZm ZP q PmZ 步骤：步骤： 画槽电动势星形图；画槽电动势星形图； 分相；分相； 构成线圈；构成线圈； 构成线圈组；构成线圈组； 画绕组展开图。画绕组展开图。 1 1、绘槽电势、绘槽电势 星形图星形图 2 2、划分相带、划分相带 以A相为例， A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A 相共有12个槽，为使合成电势最大，在第一个N极下取1 1、2 2、 3 3三个槽作为A相带，在第一个S极下取1010、1111、1212三个槽作 为X相带，1、2、3三个槽相量间夹角最小，合成电势最大， 而10、11、12三个槽分别

23、于1、2、3三个槽相差一个极距， 即相差1800电角度，这两个线圈组（极相组）反接以后合成 电势代数相加，其合成电势最大。 同理将1919、2020、2121和2828、2929、3030也划为A相，然后 把这些槽里的线圈按一定规律连接起来，即得A相绕组。 在第一个N极下取 1、2、3三个槽作 为A相带，在第一 个S极下取10、11、 12三个槽作为X相 带,第二对极下19、 20、21作为A相带， 28、29、30作为X 相带。 也 可 采 用 1200相带绕组。 因1200相带合 成电势较60 0 相带合成电势 小，所以一般 采用60 0相带 绕组。 绘制绕组展开图的步骤是： a、绘槽电势星形图 b、划分相带 c、把各相绕组按一定规律连接成对称三相绕组。 四、绘四、绘制绕组展开图制绕组展开图 根据线圈的形状和连 接规律，双层绕组可分 为叠绕组和波绕组两种 叠绕组线圈波绕组线圈 1 1、叠绕组、叠绕组 两个相邻的线圈后一个叠在前一个上面称为叠绕组。 绘制四极三相