第2篇 交流电机的共同理论问题

1、产生和使用交流电能的旋转电机统称为交流电机。交流电机包括同步电机和异步电机（感应电机）两大类。,虽然同步电机和异步电机在运行原理和结构上有很多不同，但在电机的绕组构成及其感应电动势和磁动势也有很多相同之处，也被称为交流电机理论的共同问题。,第2篇 交流电机的共同理论问题,6.1 交流绕组的基本要求和分类,第6章 交流电机的电枢绕组及其电动势,绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称。它是电机的重要组成部分。它的作用是感应电势，流过电流产生电磁转矩，从而完成电机的机电能量转换。,它是电机能量转换的中枢，又称电枢绕组。,录像,6.1.1 基本要求,交流电机绕组的基本要求：,（1）在一定的导体数下，有

2、较大的绕组合成电动势和磁动势,（2）各相的电动势和磁动势波形力求接近正弦波，即要求尽量减少高次谐波分量,（3）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要求对称（大小相等且相位上互差1200）并且三相阻抗也要求相等,（4）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好，工艺简单，安装和检修要方便（运行和制造),6.1.2 绕组分类,主要分类方法,按槽内层数分,单层绕组,双层绕组,链式绕组的,交叉式绕组,同心式绕组,叠绕组,波绕组,按相数分,单相绕组 两相绕组 三相绕组 多相绕组,按每极每相槽数分,整数槽绕组 分数槽绕组,注：三相双层绕组能较好的满足交流绕组的基本要求，所以现代电力交流电机一般多采用三相双层

3、绕组,以一同步发电机为例，说明交流绕组的基本概念,三相绕组对称，三相电势也是对称的 。,感应电势的频率,注：此绕组为集中槽绕组，结构不合理，一般采用分布槽绕组。,动画1,动画2,6.2槽电动势星形图,6.2.1 极对数、电角度、极距和每极每相槽数,极对数：指电机主磁极的对数，通常用p表示,2p=2,电角度：一对磁极所对应的空间角度为3600电角度,注意区别空间电角度和一般的空间几何角度。在电机学理论中通常将几何角度称为机械角度，一个圆周的机械角度是3600,电角度极对数机械角度,一圆周为 3600机械角度 7200电角度,一圆周为 3600机械角度 3600电角度,动画2,极距：指电机一个主磁

4、极在电枢表面所占的长度,用空间长度表示：,用所占槽数表示：,用电角度表示： 1800 或 ,D电机电枢直径,2p电机极数,Z电枢铁心槽数,注：在电机理论中常用槽数表示,每极每相槽数q：是指每极每相所占有的平均槽数,它与电机槽数Z，极对数p，相数m的关系：,q1的绕组称为集中绕组，q1的绕组称为分布绕组,q为整数的绕组称为整数槽绕组，q不为整数的绕组称为分数槽绕组,槽距角：相邻的两槽之间用电角度表示的距离。,计算公式：,其中： p电机极对数,Z电枢铁心槽数,线圈（也称元件）构成绕组的基本元件，一般由Nc根线匝串联而成，包括线圈边和端部。,多匝线圈,异步极绕组模型,y1,线圈的节距y1：一线圈两边

5、的距离，一般用线圈所跨的槽数表示。,一般为了获得较大的感应电势，线圈的节距y1和极距比较接近。,线圈边 或元件边,端部,若 y1称为整距线圈 y1称为长距线圈 y1称为短距线圈,6.2.2 槽电动势星形图,槽电势星形图将电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用相量表示，构成的辐射星形图,一台三相同步发电机的定子槽内导体分布图，极数2p4，电枢槽数 Z24，转子逆时针方向旋转，绘制槽电势星形图,槽距角,假设磁极磁场的磁密沿气隙圆周按正弦规律分布，则槽内电势将随时间按正弦规律变化。,2号槽电势比1号槽电势滞后300的电角度，依次类推。,各槽在空间相差电角度，因此各导体电势在时间相位上彼此相差电

6、角度。,6.3.1 单层绕组,三相单层绕组：定子或转子每槽中只有一个线圈边的三相交流绕组,特点:每一槽中只有一个线圈边，所以线圈数只有槽数的一半，即为 Z/2,优点：线圈数量少、制造方便、槽内无层间绝缘、槽利用率高,缺点：槽漏电抗大，不利于削弱电动势和磁动势中的高次谐波,用途：多用于10kw以下的小型交流异步电动机中,6.3 三相单层绕组,绘制电机定子槽数Z24，极数2p4，并联支路数a1的三相单层绕组的展开图,步骤一：计算有关参数,槽距角：,每极每相槽数q：,步骤二：画槽电势星形图,步骤三：分相,将各槽导体分成三相原则：使每相电势最大，并且三相的电动势要对称。,通常采用600分相法：即把36

7、00的槽电势星形图6等份，每一相600称为一个相带,其中A和X两个相带构成A相；B和Y构成B相；C和Z构成C相。,A,X,B,Y,C,Z,步骤四：绘制绕组展开图,将电机定子或转子沿轴向切开并平摊。并将槽画为等距的平行线，并按一定顺序对槽及槽内的导体进行编号，并把槽内的导体构成线圈、线圈组和相绕组的原则进行谅解，得到绕组展开图。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24,三相单层整距绕

8、组A相绕组展开图,X,A,N,S,N,S,v, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1,三相单层链式绕组A相绕组展开图,X,A,N,S,N,S,v, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1,三相单层链式绕组A、B、C相绕组展开图,X,A,Y,B,C,Z,从A绕组展开图中可以看出，每个线圈从A和 X相带各选择一槽，象链条一样连接，故这种绕组称单层链式绕组,绕组每个线圈的节距y1（y15）相同，且小于极距，即采用了短

9、距绕组。其端部连线距离较短，能节省材料，同时其端部布线均匀，便于制造。,链式绕组比较适用于q2，p1的小型交流电机的定子绕组中,绘制电机定子槽数Z36，极数2p4，并联支路数a1的三相单层绕组的展开图,步骤一：计算有关参数,槽距角：,每极每相槽数q：,步骤二：画槽电势星形图,1,20,21,12,11,10,3,2,19,30,28,29,4,5,6,22,23,24,13,14,15,33,32,31,7,8,9,25,26,27,16,17,18,36,35,34,A,X,B,Y,C,Z,步骤三：分相,按600相带分相,步骤四：绘制绕组展开图,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

10、 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36,三相单层交叉式绕组A相绕组展开图,130，1219连接为两个小线圈，节距y17；其他四个大线圈y18，都小于极距9，故也是短距绕组。节省了端部铜线。,交叉式绕组比较适用于q3的小型交流电机的定子绕组中,从A绕组展开图中可以看出，每个线圈也从A和 X相带各选择一槽，采用了“两大一小、两大一小”的交叉布置，故称交叉式绕组,绘制电机定子槽数Z24，极数2p2，并联支路数a1的三相单层绕组的展开图,步骤一：计算有关参数,槽距角：,每极每相槽数q：,步骤

11、二：画槽电势星形图,极距：,步骤三：分相,按600相带分相,A X,步骤四：绘制绕组展开图, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2,三相单层同心式绕组A相绕组展开图,116，313连接为两个小线圈，节距y19；215，314两个大线圈的y111，都小于极距12，故也是短距绕组。节省了端部铜线。,同心式绕组适用于p1的小型交流电机的定子绕组中,从A绕组展开图中可以看出，每个线圈也从A和 X相带各选择一槽，采用了“大线圈套小线圈”的同心式布置，故称同心式绕组,总 结,三相单层链式、交叉式、同心式绕组，

12、同整距绕组相比较，缩短了端部连接，节省了铜线。但从电气角度看，每相绕组都是将互差1800电角度的两个相带内的导体串联而成，只是组合的方式有所不同，实际上都相当与整距分布绕组。,因为在电气上相当于整距绕组，不能有效削弱高次电势和磁势的谐波，故一般只被用在小型电机中。大中型电机均不采用。,每相的最大并联支路数等于极对数，即amaxp。,6.4 三相双层绕组,三相双层绕组是指电机每一槽分为上下两层，线圈（元件）的一个边嵌在某一槽的上层，另一边放在相隔一定槽数的另一槽的下层的一种绕组。,三相双层绕组分类： 波绕组 叠绕组,优点：双层绕组的元件节距y1可以调节，便于削弱电势和磁势中的高次谐波。,6.4.

13、1 叠绕组,叠绕组 在绕组绕制中，任何相邻的线圈都是后一个“紧叠”在前一个上面,双层叠绕组的主要优点,可以灵活的地选择线圈的节距y1来改善电势和磁势的波形 各线圈节距、形状相同，便于制造 可以得到较多的并联支路数 可以采用短距线圈以节约端部用铜,双层叠绕组的主要缺点,嵌线困难，特别是最后几个线圈 线圈组间连线较多，极多时耗铜量大,绘制电机定子槽数Z24，极数2p4，并联支路数a2的三相双层叠绕组的展开图,步骤一：计算有关参数,槽距角：,每极每相槽数q：,为改善电势和磁势波形及节省端接线材料，双层绕组采用线圈节距y1接近极距的短距绕组，可取y15,极距：,步骤二：画槽电势星形图,步骤三：分相,注

14、：此时划分到每一相带的是线圈的编号，而不是槽内导体的编号了,步骤四：绘制绕组展开图,根据分相将A相线圈选出： 1、2、7、8、13、14、19、20,线圈编号对应上层元件所在的槽号，例如1号元件的上层边在1号槽的上层,根据节距y1来确定每一元件下层边的位置 例如1号元件下层边在 1y1156号槽的下层 其他依次类推, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1,A1,三相双层叠绕组A相绕组展开图,X1,A2,A3,A4,X4,X3,N1,N2,S1,S2,X2, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

15、11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1,A1,三相双层叠绕组A相绕组展开图,X1,A2,A3,A4,X2,X4,X3,当a1时的,A,X,N1,N2,S1,S2, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1,A1,三相双层叠绕组A相绕组展开图,X1,A2,A3,A4,X2,X4,X3,当a2时的,A,X,N1,N2,S1,S2,小 结,将线圈1和2首端相接，构成一个线圈组。把其它属于A相的7、8；13、14；19、20线圈分别串连构成另外三个线圈组，共计四个线

16、圈组。,每个线圈组处于不同磁极下的相同位置，故感应电势大小相等，相位相同或相反，故每个线圈都可以成为一个独立支路。,对于每极每相整数槽的双层绕组，每相线圈组数等于磁极数2p，故最大并联支路数amax： amax2p,X4,A1, ,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1,三相双层叠绕组A相绕组展开图,X1,A2,A3,A4,X2,X3,当a4时的,A,X,6.4.2 波绕组,波绕组在绕组绕制中，将同一极性下属于同一相的线圈按一定顺序串联起来，成波浪形前进,双层波绕组的主要优点:,可减少组间连线用铜，制造工艺简单,双层波绕组的主要缺点：,采用短距时，只能改善电动势和磁动势，而不能节约端部用铜 2.对焊接质量要求较高,双层波绕组的主要用途,极数较多的水轮同步发电机的定子绕组 绕线式异步电机的转子