第四章交流绕组—构成修改

1、4.1 交流绕组构成交流绕组构成 交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求 三相双层绕组三相双层绕组 槽电动势星形图槽电动势星形图 三相单层绕组三相单层绕组2一、交流绕组的基本要求一、交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求交流绕组的基本要求3ce1. 正弦分布的磁场在导体中感应正弦波电动势正弦分布的磁场在导体中感应正弦波电动势cmmm()coscoscos2eBlvB lvB lvtB lvft601pnf t合理设计磁极形状，可使得气隙磁感应强度分布曲线合理设计磁极形状，可使得气隙磁感应强度分布曲线呈正弦分布呈正弦分布磁密在空间为正弦分布，一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当磁密在空间为正弦分布，

2、一对磁极便对应于一个完整正弦波，相当于于360。如果磁极极对数是如果磁极极对数是p，整个圆周有，整个圆周有p个完整正弦波，相当于个完整正弦波，相当于p 360。从几何的观点来看，整个圆周只有从几何的观点来看，整个圆周只有360。 圆周的空间几何角度称圆周的空间几何角度称为为机械角度机械角度，而圆周上对应于磁场分布的角度称为电工角度，简称，而圆周上对应于磁场分布的角度称为电工角度，简称为为电角度电角度。电角度电角度p机械角度机械角度1. 电角度电角度二二 用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称用槽电动势星形图分相以保证三相感应电动势对称5二、槽电动势星形图二、槽电动势星形图Z360pZp3

3、601Z为电机槽数为电机槽数 3. 槽距电角槽距电角1：相邻两：相邻两槽相距的电角度。槽相距的电角度。 2. 槽距角槽距角：相邻两槽之：相邻两槽之间的机械角度。间的机械角度。61036360360Z203636023601Zp例图中：例图中：Z=36各导体的感应电动势相各导体的感应电动势相等，在时间相位上各等，在时间相位上各差差20度电角度。度电角度。槽槽1导体电动势相量如导体电动势相量如果用相量果用相量1表示，槽表示，槽2导体电动势相量导体电动势相量2比相比相量量1滞后滞后20度的电角度的电角度。度。同理槽同理槽3导体电动势相导体电动势相量量3比相量比相量2滞后滞后20度度4. 槽电动势星形

4、图槽电动势星形图203636023601Zp84. 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，组成一个位差相同。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。星形，称为槽电动势星形图。5. 相带相带把圆周三等分，每等分把圆周三等分，每等分120度，称为度，称为120度相带，将度相带，将每个相带内所有的导体电动势正向串联等到相电每个相带内所有的导体电动势正向串联等到相电动势动势三相电动势三相电动势是对称的是对称的ABC三个相带中心线依次相三个相带中心线依次相距

5、距120度度A相带中心线与相带中心线与X相带中心线相带中心线差差180度。度。A相带导体电动势相量依次正相带导体电动势相量依次正向串联。向串联。X相带导体电动势相量依次正相带导体电动势相量依次正向串联。向串联。三采用三采用 60度相带可获得较大的基波电动势度相带可获得较大的基波电动势将将A相带电动势与相带电动势与X相带电动势相带电动势串联。得到相电动势串联。得到相电动势EA,EB,EC是对称的，且每相导体相量分布较为集中，可以是对称的，且每相导体相量分布较为集中，可以得到较大的电动势得到较大的电动势11120相带相带60相带相带两个相带两个相带4.2三相交流绕组4.2.1单层绕组单层绕组单层绕

6、组单层绕组 每槽只嵌放一个线圈边，线圈数等于槽数的每槽只嵌放一个线圈边，线圈数等于槽数的1/2.节距（节距（y1）一个线圈的两边在定子圆周所跨的距离，）一个线圈的两边在定子圆周所跨的距离，一般以槽数计。一般以槽数计。1y1y1y整距整距长距长距短距短距1.线圈：在电机制造过程中，构成交流绕组的基本线圈：在电机制造过程中，构成交流绕组的基本单元一般不是导体而是线圈。线圈是串联好的两根单元一般不是导体而是线圈。线圈是串联好的两根导体或多根导体，相应地称为单匝线圈或多匝线圈导体或多根导体，相应地称为单匝线圈或多匝线圈(a)单匝线圈单匝线圈 (b) 多匝线圈多匝线圈 (c) 多匝线圈简易画法多匝线圈简

7、易画法 2.节距：一个线圈的两个有效边在铁心圆周表面上所节距：一个线圈的两个有效边在铁心圆周表面上所跨的距离称为节距，用符号跨的距离称为节距，用符号y1表示，一般以槽数计。表示，一般以槽数计。y1 1415y1 )(2)(2米槽pDpZ) () ()(1长距短距整距y 各个线圈的感应电动势有效值相等各个线圈的感应电动势有效值相等 相邻线圈的感应电动势相位差为槽相邻线圈的感应电动势相位差为槽距电角距电角1 单层绕组的线圈节距均为整距单层绕组的线圈节距均为整距3.极距：一个磁极在铁心圆周表极距：一个磁极在铁心圆周表面上所占的范围称为极距，用面上所占的范围称为极距，用符号符号表示，通常以用槽数或长表

8、示，通常以用槽数或长度计。度计。16mpZq2m为交流绕组相数，为交流绕组相数，三相绕组，三相绕组，m3。4.每极每相槽数每极每相槽数q整个电机定子中每相在每个极下所占有的槽数，亦称整个电机定子中每相在每个极下所占有的槽数，亦称为极相组为极相组174.2.1三相单层绕组三相单层绕组 例例4.1：一台交流电机定子槽数：一台交流电机定子槽数Z=36，极数，极数2p=4，并联支路数并联支路数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。解：解：1）绘制槽

9、电动势星形图）绘制槽电动势星形图36322 3 2Zqmp 2）分相）分相203636023601Zp每个极相组占每个极相组占60度相带度相带将将A相带中导体相带中导体1与与X相带中的导体相带中的导体10构成一个线圈就构成一个线圈就实现了实现了E1和和 E10的反向串联的反向串联n1n2n12yEEEE线圈的感应电动势线圈的感应电动势如果导体如果导体1在在S极，导体极，导体10必然位于必然位于N极极导体导体1和导体和导体10构成一个线圈就实现了构成一个线圈就实现了E1和和 E10的反向串的反向串联联A相绕组的连接相绕组的连接E1和和 E10电动势反向，电动势反向，将将A相带中导体相带中导体1与

10、与X相带中的导相带中的导体体10构成一个线圈构成一个线圈2，11构成线圈，构成线圈，3,12构成线圈，将这三个线圈串联得构成线圈，将这三个线圈串联得到到A相带第相带第1个极相组个极相组19,28构成线圈，构成线圈，20,29构成线圈，构成线圈，21,30；这三个线圈串；这三个线圈串联得到联得到A相带第相带第2个极相组个极相组21根据槽电动势星形图，根据槽电动势星形图，A相第相第1、2两个极相组电两个极相组电动势相量相等动势相量相等3）.确定并联支路数确定并联支路数这两个极相组可以作为两条支路并联，也可以串联成一这两个极相组可以作为两条支路并联，也可以串联成一条支路条支路23并联支路数并联支路数

11、 每相的各个线圈每相的各个线圈组的感应电动势有组的感应电动势有效值相等，相位同效值相等，相位同相或反相。相或反相。采用串并联方式形采用串并联方式形成成a条并联支路。条并联支路。a = 1a = 2 单层绕组每相最单层绕组每相最大并联支路数大并联支路数amax = p (极对数极对数) 3）.确定并联支路数确定并联支路数单层叠绕组单层叠绕组A相展开图，并联支路数相展开图，并联支路数a=1。线圈组线圈组线圈组线圈组线圈组线圈组：每相绕组中，：每相绕组中， 相邻的线圈串联在一起，称相邻的线圈串联在一起，称为一个线圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相为一个线圈组。一个线圈组中的线圈个数为每极每相槽数

12、槽数q。4）画出三相绕组展开图）画出三相绕组展开图A:1,10;2,11;3,12; 19,28;20,29;21,30 XB:7，16；8,17；9,18；25,34；26,35；27,36 YC:13,22；14,23；15,24；31,4；32,5；33,6 26A:1,10;2,11;3,12; 19,28;20,29;21,30 XB:7，16；8,17；9,18；25,34；26,35；27,36 YC:13,22；14,23；15,24；31,4；32,5；33,6 4.2.2双层绕组v每个槽有上下两层；每个槽有上下两层；v线圈数等于槽数线圈数等于槽数v线圈的一个边放在一个槽的上

13、层，另外一个线圈的一个边放在一个槽的上层，另外一个边则放在相隔节距为边则放在相隔节距为y1槽的下层槽的下层v有叠绕和波绕两种有叠绕和波绕两种v这里讨论叠绕这里讨论叠绕28三相双层绕组三相双层绕组 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，并联支，并联支路数路数a =2， y1=7，试绘制三相双层叠绕组展开图。，试绘制三相双层叠绕组展开图。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）绘制槽电动势星形图）绘制槽电动势星形图三相双层绕组 （2）分相）分相36322 3 2

14、Zqmp 三相双层绕组 上层线圈的电动势星形图与下层的相似，只是下层相对上层线圈的电动势星形图与下层的相似，只是下层相对上层位移上层位移y1a电角度电角度 假定所有线圈用上层边来编号假定所有线圈用上层边来编号 ，并与槽号一致，槽电，并与槽号一致，槽电动势星形图与线圈电动势星形图一致动势星形图与线圈电动势星形图一致s1s1N1N1A AZ ZB BX XC CY Y123123456 789789 10 11,12 13 14 1516 17 1816 17 18S2AZBXCY19,20,2122,23,2425,26,2725,26,2728 29 30 31 32 33 34 35 363

15、4 35 3632（3）双层叠绕组展开图）双层叠绕组展开图(y1=7, a=2)AXs1s1N1N1A AZ ZB BX XC CY Y123123456456 789789 10 11,1210 11,12 13 14 1513 14 1516 17 1816 17 18S2S2A AZ ZB BX XC CY Y19,20,2119,20,21 22,23,2422,23,24 25,26,2725,26,2728 29 3028 29 30 31 32 33 31 32 33 34 35 3634 35 3633双层叠绕组双层叠绕组A相展开图相展开图(y1=7, a=2)。双层叠绕组每相

16、有2p（极数）个线圈组，每相最大并联支路数 amax = 2p4.3 交流绕组的电动势4.3.1 正弦分布磁场下的绕组电动势正弦分布磁场下的绕组电动势cm()coseBlvB lv1.导体电动势导体电动势mc1cos2BElv1260p nv当转子只有一对磁极，旋转一周，任一导体中感应电动势正好交变当转子只有一对磁极，旋转一周，任一导体中感应电动势正好交变一次；当转子有一次；当转子有p对极，旋转一周交变对极，旋转一周交变p次，若转子以次，若转子以n1速度旋速度旋转，则感应电动势交变转，则感应电动势交变c1112.222Eff 2.匝电动势、短距系数v将两个导体连成一个线圈，节距为将两个导体连成

17、一个线圈，节距为y1,两个电动势相差两个电动势相差y1a1或或 电角度。电角度。1y111211yjtccccEEEEE e1.1y112tcEE2.线圈的短距系数线圈的短距系数1111sin22tycEykE112sin2tcyEE1111122yctccycyEN ENE kN kf3.当线圈有当线圈有Nc时，该线圈的基波电动势时，该线圈的基波电动势c1112.222Eff 3.线圈组的电动势、分布系数每个极相组都是由每个极相组都是由q个线圈串联而成，故线圈组的电动势等于个线圈串联而成，故线圈组的电动势等于q个线圈电动势的个线圈电动势的相量和。相量和。2sin21qREq，2sin21cE

18、R 111112sin2sin2sin2sindcccqkqEqqEqEE111sin2sin2qqkq称为绕组的分布系数称为绕组的分布系数3.线圈组的电动势、分布系数线圈组的电动势、分布系数1111122yctccycyEN ENE kN kf11111111124.44qyqcyqcyqEqE kqN kfkqN k k f1111qNyqEkk k称为绕组系数称为绕组系数1114.44qcNEqN kf4.相电动势图图4.10中，电机每相绕组有中，电机每相绕组有a条支路，每条支路有条支路，每条支路有c个极个极相组，由于每个极相组的感应电动势相等。相组，由于每个极相组的感应电动势相等。11

19、112qcNEcEcqN kfcNcqN1111124.44cNNEcqN kfNkf 3Na整个电机绕组总匝数代表一相绕组中一条支路串联的匝数，称为代表一相绕组中一条支路串联的匝数，称为相绕组的串联匝数相绕组的串联匝数cZN对于双层绕组，整个电机绕组的总匝数/ 2cZN单层绕组，整个电机绕组的总匝数4.4 交流绕组的磁动势4.4.1 单相绕组的脉振磁动势（1）槽内导体集中于槽中心处（2）线圈中电流为正弦波（3）铁心不饱和一 p=1,q=1短距绕组磁动势图4.14一 p=1,q=1短距绕组磁动势取取A,A中心线为磁动势的轴线中心线为磁动势的轴线(1)ccfHdlN in(2)ccfHdlN i

20、2cosciIwt对于对于1点点对于对于2点点对于对于3点点(3)0cfHdl得到的波形是一个正负矩形波得到的波形是一个正负矩形波正负矩形波的高度随时间按正弦变化，电流正负矩形波的高度随时间按正弦变化，电流i=0,高度高度为为0；电流；电流i最大，高度最大。最大，高度最大。电流为负，矩形波也为负。电流为负，矩形波也为负。把这种位置固定不变，大小和正负随时间变化的磁把这种位置固定不变，大小和正负随时间变化的磁动势称为脉振磁动势动势称为脉振磁动势二、p=1分布短距绕组的磁动势当当p=1,每极每相有每极每相有q个线圈，其相绕组磁动势应该是个线圈，其相绕组磁动势应该是q个个正负矩形波的叠加。这些矩形波

21、依次位移正负矩形波的叠加。这些矩形波依次位移a1电角度电角度。1112(1)11(1.)jaj aj qaAcFFeee每个矩形波对应一个几波，每个矩形波对应一个几波，q个矩形波叠加在一起就等于分布个矩形波叠加在一起就等于分布线圈组磁动势的基波。线圈组磁动势的基波。111111sin4 22sin2AccyqcqFFqN k k Iq111sin2sin2qqkq称为绕组磁动势的分布系数称为绕组磁动势的分布系数波形图波形图 图图4.15三、一般情况下的相绕组磁动势三、一般情况下的相绕组磁动势当当p为任意正整数时，磁动势波形是图为任意正整数时，磁动势波形是图4.15波形的波形的p次次重复。对于重

22、复。对于p=1，基波为，基波为1对极；对于对极；对于p1，基波为，基波为p对极。对极。111114 22 2(2)AcyqcccyqFqN k k IpqN I k kp1112 20.9ANNFNk INk Ipp(2)()ccIpqNIaNNIa4.4.2 三相绕组的基波合成磁动势在三相交流电机中，定子绕组是对称设置的，在三相交流电机中，定子绕组是对称设置的，ABC在空间相差在空间相差120度电角度，三相绕组各自产生的基波磁动势在空间互差度电角度，三相绕组各自产生的基波磁动势在空间互差120度电度电角度。角度。在对称运行时，三相电流亦是对称的，即幅值相等，在时在对称运行时，三相电流亦是对称

23、的，即幅值相等，在时间上互差间上互差120度电角度。度电角度。取取A 相绕组的轴线作为空间电角度的坐标原点，并选择相绕组的轴线作为空间电角度的坐标原点，并选择A相电流达到最大值的瞬间作为时间的零点相电流达到最大值的瞬间作为时间的零点2 cos22 cos()342 cos()3ABCiIwtiIwtiIwt4.4.2 三相绕组的基波合成磁动势2 cos22 cos()342 cos()3ABCiIwtiIwtiIwt111111coscos22cos()cos()3344cos()cos()33ABCfFwtfFwtfFwt11111111111( , )cos()cos()22114( , )cos()cos()223112( , )cos()cos()223ABCftFwtFwtftFwtFwtftFwtFwt11111( , )( , )( , )( , )cos()ABCf tftftftFwt111133 21.352NNFFNkINkIpp112NmFNkIp三相合成磁动势基波的性质性质性质1 幅值幅值 三相合成磁动势的基