第五章 三相异步电动机绕组.ppt

1、第五章 三相异步电动机绕组,5.1 三相异步电动机绕组概述 5.2 三相单层绕组 5.3 三相双层绕组 小结,5.1 三相异步电动机绕组概述,交流电机主要包括异步电动机和同步电动机两类。根据不同的转子结构形式，异步电机可以分为鼠笼式和绕线式两种，同步电机可分为凸极式和隐极式两种。异步电机较多地用作电动机，也可用作发电机。同步电机较多地用作发电机。此外，也有用作电动机和调相机。另外，交流电机可分为单相电机和三相电机，本章将重点研究三相电机。从原理上说，异步电机和同步电机的三相交流绕组是相同的。本章将讨论这两类交流旋转电机的共同问题，即交流电机的绕组及电动势。,下一页,返回,5.1 三相异步电动机

2、绕组概述,5.1.1 三相交流绕组的要求 三相交流绕组的作用是产生旋转磁场和感应电势，即当三相对称电流通过空间作对称分布的三相交流绕组，将产生三相合成旋转磁场(详见第6章)。该旋转磁场与静止的三相交流绕组发生相对切割运动，根据电磁感应定律可知，在三相交流绕组内感应产生对称的三相电势。或者，当气隙中存在外加的旋转磁场时，三相交流绕组切割该磁场感应产生对称的三相电势(详见第8章)。负载运行后，三相交流绕组内出现三相电流。如图5-1所示。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,对三相交流绕组的要求有： 电磁方面 （1）在绕组中通过三相对称电流时，气隙中有旋转磁场。 （2）气隙中有旋转

3、磁场时，绕组中感应产生对称的三相电势。 （3）交流绕组的电势和磁势应为按正弦规律变化的时间波和空间波，即其谐波分量尽可能小。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,结构方面 （1）要求三相交流绕组必须是对称分布的，各相绕组的导体数、并联支路数、导体的规格必须相同。 （2）每相绕组在空间位置上应均匀分布，三相绕组在空间位置上分别相差120电角度。 （3）每相绕组在空间上的分布规律相同。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,5.1.2三相交流绕组的基本概念 1、绕组元件 绕组元件是构成绕组的基本部件，通常称线圈，是用一匝或多匝相互绝缘的导体绕制而成的。将若干个绕组

4、元件按一定规律联接起来，就构成每相绕组，绕组元件如图5-2所示。绕组元件有两个安放在槽内的直线部分，称为有效边，槽外部分只起到联接作用，称为端部；每个绕组元件有两个引出线，一个称为首端，另一个称为尾端。通常，对应三相交流绕组分别用U1、V1、W1表示首端，用U2、V2、W2表示尾端。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,2、磁极对数(p) 电动机的主磁场在某一时刻沿气隙按N、S、N、S、交替分布。一对磁极形成一个周期，如果沿气隙有P个周期，则有P对磁极，称磁极对数为P。图5-3磁极对数P=4的电动机的磁场分布图。 3、电角度 一个圆周对应的机械角度为360，如三相交流绕组能产

5、生P对磁极，一对磁极对应一个交变周期，将一个交变周期定义为360电角度。因此，不难看出在整个圆周上，同样对应360机械角度，一对极的电角度为360，两对极的电角度为720。设三相交流绕组产生的旋转磁场为P对磁极，则对应有电机内圆周为P360电角度，即： 电角度=P360,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,4、极距( ) 极距是指沿三相交流绕组铁心内圆磁极与磁极之间的距离，或者说每个磁极所占的范围。极距的大小用其所占的内圆弧长来表示，或用其所占的槽数来表示 5、节距(y) 节距是指安放在槽中的一个绕组元件的两个有效边所跨的槽距。它一般接近或等于电动机的极距。y=的绕组称为整节

6、距绕组，如y=9，即表示y=110槽，如图5-4所示。y时，称为长节距。一般采用短节距可以减小高次谐波对电动机的影响，改善电动机的性能，还可以节省端部的铜线。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,6、每极每相槽数(q) 它是指每相绕组在磁极下所占有的槽数，以三相异步电动机为例，每极每相槽数q可表示为： 每极每相交流绕组在圆周上连续占据的电角度称为相带。三相交流绕组通常为60相带。分布如下图5-5 7、极相组 极相组是指一个磁极下属于同一相的q个绕组元件按一定方式联接而成的组合体，或称为线圈组。同一个极相组中所有的绕组元件电流方向相同。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电

7、动机绕组概述,8、单层绕组和双层绕组 一个铁心槽中只安放一个有效边的绕组称为单层绕组，一个铁心槽中沿槽深方向安放两个有效边的绕组称为双层绕组。单层绕组的总绕组元件数等于定子槽数的一半，双层绕组的总绕组元件数等于定子的槽数。 9、 三相交流绕组展开图 电动机三相交流绕组分布在铁心内圆周上，为了便于直观表示，设想将铁心沿轴向切开，展开成平面，将这种铁心及三相交流绕组画成平面的图形，称为绕组展开图。如图5-6所示的三相24槽2极整节距链式绕组展开图。,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,5.1.3 三相交流绕组的感应电动势 以三相异步电动机为例，研究三相交流绕组的感应电动势产生情况

8、。如果在电动机中有一个旋转的气隙磁场，极数2p=2，转速为n1，则此旋转磁场必然会在定子绕组中产生感应电动势。对于定子绕组一个线匝一个有效边而言，当磁场在空间作正弦分布，并以恒定的转速n1旋转时，导体感应的电动势亦为一正弦波，其最大值为 Eclm=Bmllv,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,5.1.3.1整距线圈的电动势 设线圈的匝数为NC，每匝线圈都有两个有效边。对于整距线圈，如果一个有效边在N极中心底下，则另一个有效边就刚好处在S极的中心底下，如图5-7a所示。可见两有效边内的电动势瞬时值大小相等而方向相反。但就一个线匝来说，两个电动势正好相加。若把每个有效边的电动势

9、的正方向都规定为从上向下(见图5-7b)，则用相量表示时，两有效边的电动势 和 的方向正好相反，即它们的相位差为180,于是每个线匝的电动势为,上一页,下一页,返回,5.1 三相异步电动机绕组概述,5.1.3.2短距线圈的电动势 短距线圈的电动势 ：EY1(Y)= 4.44fNc1kY1 5.1.3.3线圈组电动势,上一页,返回,5.2 三相单层绕组,异步电动机三相交流绕组固定在定子中，绕组的种类很多。按相数分，有单相、两相和三相绕组；按槽内层数分，有单层、双层和单双层混和绕组；按绕组端接部分的形状分，单层绕组有同心式、交叉式和链式之分；双层绕组有叠绕组和波绕组之分；按每极每相所占的槽数是整数

10、还是分数，有整数槽和分数槽之分等。但构成原则是一致的。下面讨论三相单层绕组。,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,5.2.1单层绕组特点 每个槽内仅嵌入一根线圈边的绕组称为单层绕组，这种绕组的特点是： 1、槽内无需层间绝缘，且不存在相间短路的可能性。 2、整个绕组的绕组数只有槽数的一半。 3、每个槽中只嵌放线圈的一个有效边，线圈数量少。 4、线圈节距不能任意选择，电气性能较差，只适用于小型的三相异步电动机中。 单层绕组按线圈的形状和端接部分排列方法的不同，可分为同心、链形及交叉式链形等几种形式的绕组。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,5.2.2单层同心绕组 单层同心绕组是由几个宽度

11、不同的线圈套在一起，同心地串联而成的，如图5-9a所示，在绕组内，每一个线圈组成一对磁极。一般情况下，三相绕组有3p个线圈组(或极相组)，每个线圈组由q只线圈同心地串联在一起。 当磁极对数p为偶数时，整个电动机绕组有偶数个线圈组，此时绕组的安排为单层双平面同心式。如图5-10所示，单层双平面同心绕组的每一相两个线圈组的端接部分不在一个平面上，两个线圈组在位置上是不对称的，而相与相之间则是平衡的。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,1.制定分极分相方案 2极24槽电动机为三相电动机，定子槽数为24槽，磁极数为2，极距为12槽，每极每相槽数为4槽。每极下共有12槽，整个定子分为6个相带，

12、采用60相带时，每个相带内为4个槽，其分极和分相参照图5-11a。其中竖实线表示槽，并做好标记。 2.标出线圈边中的电流方向 同一相中线圈两有效边的电流方向应相同，一个极矩内所有导体电流方向必须一致，相邻两极矩内所有导体电流方向必须相反。以下雷同。标志如图5-11b所示。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,3、确定线圈节距，连接组成线圈 根据同心式极相组的结构原理，对U相绕组来说，可先将线圈边3与14组成一个大线圈，4与13组成一个小线圈，形成轴线重合的同心式极相组。再将线圈边1 5与2组成大线圈，16与1组成小线圈，形成另一个同心式极相组。同理，可组成V相和W相线圈。 4、各相绕组

13、电源引出线的确定 按照360电角度，24槽的电动机的槽距角为15，各相绕组引出线首端相隔8槽。若U相首端U1定在第3槽，则V相首端V1应在11槽，W相首端1在19槽。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,5、线圈的连接方法 根据同相绕组中各线圈的电流方向，采用“头头相连、尾尾相连”的反串联接法。同理，将V相和W相的线圈按以上方法串联，即可得到三相单层同心式绕组的展开图（图5-11c）。 5.2.3单层链式绕组 链式绕组是由相同节距的线圈组成的，如图5-12所示，这种绕组适用于4极或6极电动机。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,三相4极24槽单层链式绕组展开图如图5-13所示

14、，线圈节距为17、28。这种绕组的线圈组端接部分是互相重叠的，线圈内所包含的两只线圈的端接部分是交叉的。如果把节距17、28的两个线圈组变为节距为27的四只线圈，就会变成如图5-14所示的链式绕组。 用单个线圈构成的链式绕组，只在节距为奇数的情况下才有可能，即线圈的两条边必须从单数槽跨至双数槽。 下面以4极24槽电动机为例，介绍其绕组接线及绕制方法。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,制定分极和分相方案 4极24槽三相异步电动机，定子槽数为24，磁极数为4，极距为6槽，每极每相槽数为2。将定子全部槽数按磁极均分，则每极下有6槽，磁极按N、S、N、S排列。将每个磁极下的槽数按相数均分为

15、三个相带，则每个相带占两槽，同一个磁极下有三个相带，则每对极共有6个相带，这6个相带的排列顺序为：U1、W2、V1、U2、W1、V2。以U相为例，其端面图如5-15所示。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,2、标出同一相中线圈两有效边的电流方向 单层链式绕组相邻两个磁极下线圈边中的电流方向相反。同一相中线圈两有效边的电流方向如图5-16中箭头方向所示。 3、确定线圈节距，连接组成线圈 U相绕组线圈边1、2与7、8处于N极下面，13、14与19、20处于S极下面。当U相下8槽中的线圈边组成27、813、1419、201四个线圈时，线圈的端部较短，此时线圈节距为5。同理，可组成V相和W相

16、的线圈。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,4、各相绕组电源引出线的确定 各相绕组的电源引出脚应彼此相隔120电角度。由于相邻两个槽之间的槽距角为30，则120电角度应相隔4槽。如果将U相电源引出线的首端U1定在第2槽，则V相的首端V1定在第6槽，W相的首端Wl定在第10槽。 5、线圈的连接方法 根据线圈中电流的流动方向，采用反串连接法，即：“头头相连、尾尾相连”。,上一页,下一页,返回,5.2 三相单层绕组,5.2.4交叉式链形绕组 交叉式链形绕组是由上“半组”构成，如图5-18所示，这种绕组主要用于奇数的4极或2极，容量在10千瓦以下的小型三相异步电动机中。 图5-19为三相4极

17、36槽单层交叉式链形绕组展开图。从图中可以看出，两只串联线圈的节距为8，一只线圈的节距为7，即18槽，这样一只绕组缩短4个槽的距离，所以交叉式链形绕组具有节省铜线的优越性。,上一页,返回,5.3 三相双层绕组,双层绕组的线槽内，每槽嵌放有上层和下层两个线圈边，整个绕组的线圈数等于定子槽数。这种绕组可任意选用合适的短距绕组，以改善电磁波形，且可以用分数槽绕组来削弱高次谐波。 一般来说，三相双层绕组有叠绕组和波绕组两种。叠绕组的节距等于极距，可以把它看成由两个单层绕组构成。波绕组有三种节距，即全距、短距和长距，实际应用中常采用短距。,下一页,返回,5.3 三相双层绕组,5.3.1三相双层叠绕组 双

18、层叠绕组在每极每相槽数为整数时，最大的并联支路数等于线圈组数；在每极每相槽数为分数时，最大的并联支路数为2pd(2p为线圈组数、d为真分数中的分母)。 下面以4极36槽电动机为例，介绍其绕组接线及绕制方法，其绕组展开图如图5-21所示，4极36槽电动机为三相异步电动机，定子槽数为36，磁极数为4，线圈节距为7槽，极距为9槽，每极每相槽数为3。将整个定子分成12个相带，每个相带占3槽，各相带与槽号的对应如表5-3所示。,上一页,下一页,返回,5.3 三相双层绕组,1、标出同一相线圈边的电流方向，双层绕组要以一个极矩内的上层导体电流方向为准，或以下层为准。一个极矩内所有导体电流方向必须一致，相邻两

19、极矩内所有导体电流方向必须相反。以下雷同。U相绕组线圈边的电流方向如图5-22a所示。 2、确定线圈节距，连接组成线圈并组成极相组为了改善电动机的电磁性能，双层绕组一般采用短距绕组，该电动机线圈节距选择为7槽。以U相绕组的连接为例，线圈节距为7槽，则第1槽的上层边与第8槽的下层边连接构成线圈1，第2槽的上层边与第9槽的下层边连接构成线圈2，依此类推，构成U相绕组的12个线圈。每个线圈都由一根实线和一根虚线组成，实线表示上层边，虚线表示下层边，各线圈的编号由上层边所在的槽号表示。,上一页,下一页,返回,5.3 三相双层绕组,3、确定各相绕组的出线端 计算出相邻两个槽之间的槽距角为20电角度，而U

20、、V、W三相绕组出线端的首端U1、V1、W1应相隔120，即相隔6槽。如图5-22a所示，如果将U相首端U1定在第1槽，则V相首端V1定在第7槽，W相首端W1定在第13槽。 4、线圈的连接方法 . 沿电流方向进行连接，各绕组的连接可采用以下三种方法。 （1）将每相绕组在不同磁极下的极相组串成一条支路,上一页,下一页,返回,5.3 三相双层绕组,（2）采用串并联的方法，将其连接成两条支路 。 （3）采取并联的方法，连接成四条支路 。 以上是U相绕组的连接方法，同理，可构成V相和W相绕组，从而组成三相双层叠绕组，其展开图如图5-22b所示。,上一页,下一页,返回,5.3 三相双层绕组,5.3.2 三相双层波绕组 三相双层波绕组，每相由两个回路构成，其中一个回路由N极下的极相组串联而成，另一路由S极下的极相组串联而成。两个回路通过过渡铜条按反串法相连接，从同一端看，两个回路波形的绕向相反。由于极数不同，三相绕组首末端的位置也不同。当极数不是3的倍数时，三相首端(或尾端)可在圆周上相隔120机械角对称分布；当极数为3或3的倍数(即6极或12极)时，三相首端或末端无法对称分布。,上一页,返回,小结,本章首先研究三相