第16講 交流電機電樞繞組

1、第第16講講 交流電機的電樞繞組交流電機的電樞繞組 一、交流繞組的基本概念一、交流繞組的基本概念 二、劃分相帶二、劃分相帶 三、三相單層繞組三、三相單層繞組 四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組 五、繞組的諧波電動勢五、繞組的諧波電動勢1 1）三相繞組對稱；）三相繞組對稱；2 2）力求獲得最大的電動勢和磁動勢；）力求獲得最大的電動勢和磁動勢；3 3）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；）繞組的電動勢和磁動勢的波形力求接近正弦；4 4）節(jié)省用銅量；）節(jié)省用銅量；5 5）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；）繞組的絕緣和機械強度可靠，散熱條件好；6 6）工藝簡單、便于制造、安裝和檢修。）工藝簡單

2、、便于制造、安裝和檢修。二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念1 1、電角度、電角度a 在電機里，我們把一對主磁極表面所占的空間距離用空間在電機里，我們把一對主磁極表面所占的空間距離用空間電角度表示時，定為電角度表示時，定為360。如果電機只有一對主磁極，則空。如果電機只有一對主磁極，則空間電角度與機械角度相等；如果電機有間電角度與機械角度相等；如果電機有p對主磁極，則對主磁極，則P對主對主磁極所對應(yīng)的空間電角度為：磁極所對應(yīng)的空間電角度為：360a = p2 2、線圈、線圈由單匝或多匝串聯(lián)而成，是組成繞組的基本單元。由單匝或多匝串聯(lián)而成，是組成繞組的基本單元。3 3、極距、極距 兩個相

3、鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離?？梢詢蓚€相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離?？梢杂么艠O所占范圍的長度、定子槽數(shù)用磁極所占范圍的長度、定子槽數(shù)Z或電角度表示，若磁極對或電角度表示，若磁極對數(shù)為數(shù)為p則極距：則極距：36018022DZp=2 ppp4 4、線圈節(jié)距、線圈節(jié)距1y 一個線圈的兩個有效邊之間所跨的定子內(nèi)圓距離稱為線一個線圈的兩個有效邊之間所跨的定子內(nèi)圓距離稱為線圈的節(jié)距圈的節(jié)距y1，節(jié)距一般用槽數(shù)表示，節(jié)距一般用槽數(shù)表示。1y 1y 1y 若若 時為整距繞組；若時為整距繞組；若 時為短距繞組；時為短距繞組；若若 時為長距繞組，較少采用。時為長距繞組，較少采用。5 5、槽距角

4、、槽距角相鄰兩個槽之間的電角度相鄰兩個槽之間的電角度：0360p=Z 每一個極面下每相所占的槽數(shù)為：每一個極面下每相所占的槽數(shù)為：設(shè)定子為設(shè)定子為m1相繞組。相繞組。6 6、每極每相槽數(shù)、每極每相槽數(shù)q12Zq =pm二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念7 7、相帶、相帶 每個極距內(nèi)同相的槽所占有的區(qū)域。一個極距每個極距內(nèi)同相的槽所占有的區(qū)域。一個極距占有占有180空間電角度，由于三相均勻分布，每等分為空間電角度，由于三相均勻分布，每等分為60電角度，電角度，稱為稱為60相帶。相帶。二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念9 9、三相對稱繞組、三相對稱繞組 各相繞組在串聯(lián)匝數(shù)以及連

5、法上都相同，只是在空間的位置，各相繞組在串聯(lián)匝數(shù)以及連法上都相同，只是在空間的位置，彼此互相錯開彼此互相錯開120空間電角度?？臻g電角度。 由于交流繞組內(nèi)的感應(yīng)電動勢通常為正弦交流電動勢，故由于交流繞組內(nèi)的感應(yīng)電動勢通常為正弦交流電動勢，故可用相量來表示和運算。當(dāng)可用相量來表示和運算。當(dāng)把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電動勢分別用相量來表示時變化的電動勢分別用相量來表示時，這些相量構(gòu)成一個輻射，這些相量構(gòu)成一個輻射星形圖，稱為槽電動勢星形圖。星形圖，稱為槽電動勢星形圖。8 8、槽電動勢星形相量圖、槽電動勢星形相量圖交流繞組的基本知識10、相帶劃分、相帶劃分二、交流

6、繞組的基本概念 每相繞組在每個磁極下所占有的電角度為繞組的相帶。因每相繞組在每個磁極下所占有的電角度為繞組的相帶。因為每個磁極占有的電角度為為每個磁極占有的電角度為180，所以對于三相繞組而言，所以對于三相繞組而言，每相繞組在每個磁極下所占有每相繞組在每個磁極下所占有60電角度。顯然，每對磁極電角度。顯然，每對磁極360電角度，可分為電角度，可分為6個相帶。若一個電機有個相帶。若一個電機有p對磁極，就可對磁極，就可劃分為劃分為6p個相帶。個相帶。 三相對稱繞組在一對磁極中相帶應(yīng)按三相對稱繞組在一對磁極中相帶應(yīng)按分布規(guī)分布規(guī)律排列。律排列。 A、Z、B、X、C、Y分別為一對磁極中各自一相的分別為

7、一對磁極中各自一相的兩個相帶，相距兩個相帶，相距180電角度，且電角度，且A、B、C三相互差三相互差120電角電角度。度。二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念二、交流繞組的基本概念三、三相單層繞組三、三相單層繞組1、三相單層集中整距繞組、三相單層集中整距繞組 每相只有一個集中整距線圈，定子上每個槽里只放了一每相只有一個集中整距線圈，定子上每個槽里只放了一個線圈邊。個線圈邊。缺點：這種繞組除了感應(yīng)電動勢波形不好外，電樞表面的沒有缺點：這種繞組除了感應(yīng)電動勢波形不好外，電樞表面的沒有被充分利用，不如分布繞組好。被充分利用，不如分布繞組好。三、三相單層繞組三、三相單層繞

8、組2、三相單層分布繞組、三相單層分布繞組 單層分布繞組每個槽里只放置一個線圈邊，整臺電機的線單層分布繞組每個槽里只放置一個線圈邊，整臺電機的線圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。根據(jù)線圈形狀和端部連接方式，圈總數(shù)等于定子槽數(shù)的一半。根據(jù)線圈形狀和端部連接方式，單層繞組有等元件式、鏈式、同心式、交叉式等多種形式。單層繞組有等元件式、鏈式、同心式、交叉式等多種形式。例題：例題： 一臺電機的繞組為三相單層分布繞組，極對數(shù)一臺電機的繞組為三相單層分布繞組，極對數(shù)p=2，槽數(shù)，槽數(shù)Z1=24，每相并聯(lián)支路數(shù)，每相并聯(lián)支路數(shù)a=1，試繪出繞組展開圖。，試繪出繞組展開圖。解解： （1）計算參數(shù)計算參數(shù)11112462

9、22242222336023603024ZpZqpmpZ P=2，Z=24的電機的電機導(dǎo)體導(dǎo)體24與導(dǎo)體與導(dǎo)體1的基波電動勢相量的基波電動勢相量三、三相單層繞組三、三相單層繞組（2）畫基波電動勢星形圖）畫基波電動勢星形圖P=2，Z=24的電機的電機P=2，Z=24電機的基波電動電機的基波電動勢星形向量圖勢星形向量圖（3）劃分相帶）劃分相帶三、三相單層繞組三、三相單層繞組第一對極第一對極第二對極第二對極相帶相帶槽號槽號相帶相帶槽號槽號AZBXCY1、23、45、67、89、1011、12AZBXCY13、1415、1617、1819、2021、2223、24槽號與相帶對照表槽號與相帶對照表（4）

10、畫繞組連接圖）畫繞組連接圖三、三相單層繞組三、三相單層繞組（5）單層繞組端部連接規(guī)律（以）單層繞組端部連接規(guī)律（以A相為例）相為例） 并聯(lián)支路并聯(lián)支路a=1時，所有屬于時，所有屬于A相的線圈組按電勢相加原則相的線圈組按電勢相加原則串聯(lián)，即頭尾相連。串聯(lián)，即頭尾相連。 并聯(lián)支路并聯(lián)支路a=2時，時，A1相帶和相帶和X1相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，即頭尾相連；即頭尾相連；A2相帶和相帶和X2相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，即頭相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，即頭尾相連；再把兩支路并聯(lián)，即頭接頭、尾接尾。尾相連；再把兩支路并聯(lián)，即頭接頭、尾接尾。 單層繞組的優(yōu)點是槽內(nèi)只有一個元件邊，無層

11、間絕緣，槽單層繞組的優(yōu)點是槽內(nèi)只有一個元件邊，無層間絕緣，槽的利用率較高。其缺點是不能利用短距來削弱電動勢中和磁的利用率較高。其缺點是不能利用短距來削弱電動勢中和磁動勢中的高次諧波，漏抗較大姑電機鐵耗和噪音較大，起動動勢中的高次諧波，漏抗較大姑電機鐵耗和噪音較大，起動性能不良。一般用于性能不良。一般用于10kW以下的異步電機。以下的異步電機。三、三相單層繞組三、三相單層繞組（6）計算相電動勢計算相電動勢 由繞組展開圖可以看出每對極下屬于同一相的線圈組，基由繞組展開圖可以看出每對極下屬于同一相的線圈組，基波電動勢都一樣，以波電動勢都一樣，以A相為例為：相為例為： 124 4412A XA Xyd

12、ydEEqE k.fqN k 14 444 444 44ydyddE.fqN k papqN.fka.fNk 當(dāng)并聯(lián)支路數(shù)用當(dāng)并聯(lián)支路數(shù)用a表示時，每相基波電動勢為：表示時，每相基波電動勢為：三、三相單層繞組三、三相單層繞組四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組 雙層繞組的每個槽有兩個線圈邊，分上下兩層嵌雙層繞組的每個槽有兩個線圈邊，分上下兩層嵌放，中間用層間絕緣隔開，線圈的一個邊嵌在某槽的放，中間用層間絕緣隔開，線圈的一個邊嵌在某槽的上層，其另一個邊則嵌在相距一個節(jié)距上層，其另一個邊則嵌在相距一個節(jié)距y1的另一槽的的另一槽的下層，故線圈數(shù)與槽數(shù)相等。雙層繞組的構(gòu)成原則與下層，故線圈數(shù)與槽數(shù)相等。雙

13、層繞組的構(gòu)成原則與步驟與單層繞組基本相同，根據(jù)雙層繞組線圈的形狀步驟與單層繞組基本相同，根據(jù)雙層繞組線圈的形狀和端部連接線的連接方式不同，分為雙層疊繞組和雙和端部連接線的連接方式不同，分為雙層疊繞組和雙層波繞組。層波繞組。1 1、雙層繞組的概念、雙層繞組的概念3、雙層分布繞組展開簡圖、雙層分布繞組展開簡圖2、雙層分布繞組結(jié)構(gòu)簡圖、雙層分布繞組結(jié)構(gòu)簡圖四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組例題：例題： 一臺電機的繞組為三相雙層疊繞組，極對數(shù)一臺電機的繞組為三相雙層疊繞組，極對數(shù)p=2，槽數(shù)，槽數(shù)Z=36，節(jié)，節(jié)距距y1=7個槽，每相并聯(lián)支路數(shù)個槽，每相并聯(lián)支路數(shù)a=1，連接成三相雙層短距分布繞組。，連

14、接成三相雙層短距分布繞組。解解：（1）計算參數(shù)：計算參數(shù)：111136369322 222 2 33602 3602036ZZqppmpZ 四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組 為了改善電動勢和磁動勢波形以及節(jié)省端部連接材料，上層繞組通常都取為了改善電動勢和磁動勢波形以及節(jié)省端部連接材料，上層繞組通常都取y1的短距線圈，一般均取的短距線圈，一般均取y1等于或接近于等于或接近于5/6，取，取y1=7槽。槽。 （2）畫基波電動勢星形圖）畫基波電動勢星形圖四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組 （3）劃分相帶）劃分相帶第一對極第一對極第二對極第二對極相帶相帶槽號槽號相帶相帶槽號槽號AZBXCY1、2、34、5

15、、67、8、910、11、1213、14、15 16、17、18AZBXCY19、20、21 22、23、2425、26、27 28、29、3031、32、33 34、35、36槽號與相帶對照表槽號與相帶對照表 （4）畫繞組展開圖）畫繞組展開圖四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組（5）雙層繞組端部連接規(guī)律（以）雙層繞組端部連接規(guī)律（以A相為例）相為例） 并聯(lián)支路并聯(lián)支路a=1時，所有屬于時，所有屬于A相的線圈組按電勢相加原則相的線圈組按電勢相加原則串聯(lián)，即頭接頭、尾接尾。串聯(lián)，即頭接頭、尾接尾。 并聯(lián)支路并聯(lián)支路a=2時，時，A1相帶和相帶和X1相帶線圈組按電勢原則串相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，即頭

16、尾相連；聯(lián)，即頭尾相連；A2相帶和相帶和X2相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，相帶線圈組按電勢原則串聯(lián)，即頭尾相連；在把兩支路并聯(lián)，即頭接頭、尾接尾。即頭尾相連；在把兩支路并聯(lián)，即頭接頭、尾接尾。 雙層繞組的優(yōu)點是可以靈活地選擇線圈節(jié)距來改善電動雙層繞組的優(yōu)點是可以靈活地選擇線圈節(jié)距來改善電動勢和磁動勢波形，一般用于勢和磁動勢波形，一般用于10kW以上的交流異步電機多采以上的交流異步電機多采用雙層繞組用雙層繞組。 雙層繞組的缺點是線圈組間連接線較長，極數(shù)多時耗銅雙層繞組的缺點是線圈組間連接線較長，極數(shù)多時耗銅多。多。四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組（6）計算相電動勢（以）計算相電動勢（以A相為例）相為例）短距線圈基波電動勢為：短距線圈基波電動勢為：極相組基波電動勢為：極相組基波電動勢為：相繞組基波電動勢為：相繞組基波電動勢為：四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組4 44yypE.fN k 4 44dpE.fNk 4 44qydpE.fqN k k 其中，其中，kdp= kd * kp 為基波繞組系數(shù)；為基波繞組系數(shù)； N=2pqNy/a 為每相串聯(lián)匝數(shù)。為每相串聯(lián)匝數(shù)。 例例6-4 在電機氣隙中，除了基波以外還有三次、五次以及七次在電機氣隙中，除了基波以外還有三次、五次以及七次奇數(shù)次諧波。檔繞組采用了短距、分布以及三相相連時，可奇數(shù)次諧波。檔繞組采用了短距、