交流繞組基礎(chǔ)剖析課件

1、交流繞組基礎(chǔ)交流繞組基礎(chǔ)交流繞組的構(gòu)成原則交流繞組的分類三相交流繞組模型三相交流繞組的線圈三相交流繞組構(gòu)成三相交流繞組的術(shù)語三相雙層疊繞組基本概念交流繞組的構(gòu)成原則電動勢和磁動勢的波形要盡量接近正弦波，諧波含量要盡量小。三相繞組的電動勢、磁動勢要對稱，電阻、電抗要平衡。繞組利用率要高。在繞組用銅量一定時，要獲得較大的基波電動勢和磁動勢；在電動勢、磁動勢要求一定時，用銅量要節(jié)省，銅耗要小。絕緣可靠，機械強度高，散熱條件好，制造方便。交流繞組的分類按繞法分類疊繞組、波繞組按槽內(nèi)層數(shù)分類單層繞組、雙層繞組按相數(shù)分類單相繞組、三相繞組、多相繞組按每極每相槽數(shù)分類整數(shù)槽繞組、分數(shù)槽繞組首先假設(shè)：電機相數(shù)

2、為m，電機極對數(shù)為p，定子內(nèi)圓總槽數(shù)為Z，定子內(nèi)圓直徑為D注意：空間電角度（弧度）和時間電角度（弧度）相等，沒有區(qū)別。電機圓周的幾何角度恒為360，這稱為機械角度。從電磁觀點來看，若電動機的極對數(shù)為p，則每經(jīng)過一對磁極， 磁場就變化一周，相當(dāng)于360電角度。5）極距 沿電樞表面相鄰兩個磁極軸線之間的距離稱為極距，極距有三種表示法： 1）用電樞圓周長表示，單位為米或厘米； 2）用電樞槽數(shù)表示，單位為槽/極； 3）用空間電角度表示； 線圈的節(jié)距6）節(jié)距y 一個線圈兩有效邊之間的距離稱為節(jié)距，一般用槽數(shù)表示。 如圖8-3所示線圈，若它的一個邊放在第1槽，另一個邊放在第10個槽，則節(jié)距y9，為了使線圈

3、電動勢最大或接近最大，線圈的節(jié)距應(yīng)等于或近于極距。 整距繞組：y 短距繞組： y ，端接較長，較少采用。三相交流繞組的線圈節(jié)距y1=：整距線圈節(jié)距y1：長距線圈疊繞組線圈波繞組線圈y1y1疊繞組線圈多匝線圈單匝線圈散嵌線圈成型線圈三相交流繞組構(gòu)成1個線圈(Nc匝)1個線圈組(q個線圈)1相繞組(2p個線圈組)單匝線圈(2根導(dǎo)體)1根導(dǎo)體AXNc=4q=32p=21相繞組總匝數(shù)2pqNc極相組7）槽間角 相鄰兩槽相隔的空間電角度稱為槽間角，用表示。當(dāng)總槽數(shù)為Z，極對數(shù)為p時，槽間角為 導(dǎo)體在空間上有相位差，造成了它在時間上有相同的相位差。Z為電機槽數(shù)槽距角：相鄰兩槽之間的機械角度。8. 槽電動勢

4、星形圖各槽導(dǎo)體感應(yīng)電動勢大小相等，相鄰槽導(dǎo)體電動勢相位差相同。將各槽導(dǎo)體電動勢相量畫在一起，組成一個星形，稱為槽電動勢星形圖。9、相帶指每極下每相所占的區(qū)域。為了使繞組對稱，通常令每個極面下每相繞組所占的范圍相等，這個范圍稱為相帶。即：每極下每相所占有的區(qū)域稱為相帶。 有600相帶 和1200相帶兩種。一般采用600相帶。 這種分法可以保證三相感應(yīng)電動勢對稱，且合成電動勢較大，是常用的方法。120分法獲得的電動勢較小，不常用。120相帶60相帶9） 相帶稱為60度相帶繞組。每一極的電樞表面分為三等分，每相占一等份，每一等份為一個相帶。因為每個磁極占有的電角度是180，所以對三相繞組而言，每相占

5、有60的電角度，稱為60相帶。三相交流繞組的術(shù)語相數(shù)：m=3槽數(shù)：Z=36極數(shù)：2p=4極距：=Z/2p=9（槽）每極每相槽數(shù)：q=Z/2mp=/m=3（槽）機械角度：實際幾何角度電角度：電角度=p機械角度槽距機械角度：0=360/Z=10槽距電角度：=p360/Z=20槽電動勢星形圖與繞組相帶60相帶繞組槽電動勢星形圖與繞組相帶60相帶繞組120相帶繞組三相單層繞組（1）三相單層集中整距繞組例如一臺p=1，m=3,q=1的電機，則每極每相槽數(shù) q=Z/2pm=1(集中繞組)，電樞槽數(shù)Z=6，取節(jié)距y=Z/2p=3(整距),電動勢規(guī)定正方向步驟：畫槽電動勢星形圖；分相；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈組；畫

6、繞組展開圖。槽電勢星形圖：連成的繞組能否得到三相對稱電動勢呢？可以作三相繞組電動勢相量的方法來說明。因槽間角 電角度，若規(guī)定導(dǎo)體電動勢穿出紙面為正，所示瞬間1槽導(dǎo)體電動勢為正的最大，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 角后，2槽導(dǎo)體電動勢才最大，因此2槽導(dǎo)體電動勢落后于l槽導(dǎo)體電動勢 60度電角度，這樣依次作出相差 電角度的所有槽導(dǎo)體基波電動勢相量，所得的相量圖稱為槽電動勢星形圖。電動勢規(guī)定正方向1）做槽電動勢星形圖槽電勢星形圖：1槽導(dǎo)體與4槽導(dǎo)體串聯(lián)組成的整距線圈構(gòu)成A相繞組，由于1槽導(dǎo)體與4槽導(dǎo)體處于不同的極性下，因此A相電動勢應(yīng)為1槽導(dǎo)體電動勢與4槽導(dǎo)體電動勢的相量差。同理，B相電動勢應(yīng)為3槽導(dǎo)體電動勢與6槽導(dǎo)

7、體電動勢的相量差，C相電動勢應(yīng)為5槽導(dǎo)體電動勢與2槽導(dǎo)體電動勢的相量差，如圖所示，由圖可知三相繞組的基波電動勢為三相對稱電動勢。 為了表示各線圈的位置和連接，通常采用所謂繞組展開圖，它是把定子沿軸向剖開，然后把它展開，每一槽用一直線表示，槽上編以號碼，按照節(jié)距連成線圈，這就是 最簡單的三相單層集中整距繞組展開圖。 2）三相單層集中整距繞組繞組展開圖按照需要，三相繞組可以連成星形或三角形，星形聯(lián)結(jié)；若接成三角形，則按AZ、BX、CY或AY、BZ、CX連接然后由A、B、C引出。 若連成單層繞組，其繞組排列如圖所示。123456AXBYCZ集中整距繞組的優(yōu)缺點：簡單，但感應(yīng)的電動勢波形不好，而且由于

8、繞組集中，運行時發(fā)熱集中，散熱不良，再加上電樞表面空間利用率低，所以一般采用分布繞組。 三相單層繞組（2）三相單層整距分布繞組以例說明繞組槽電動勢星形圖及展開圖的作法：一交流電機定子槽數(shù)Z=24，極數(shù)2p=4,m=3,繪制三相單層分布繞組的電動勢星形圖及繞組展開圖。步驟：畫槽電動勢星形圖；分相；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈組；畫繞組展開圖。1） 作槽電勢星形圖三相單層繞組規(guī)定電動勢穿出紙面為正，則在圖所示位置，1槽導(dǎo)體電動勢為正的最大，依次作出其它槽導(dǎo)體的電動勢相量，如圖所示,由于是兩對極，電動勢星形重復(fù)兩圈,一般地說,p對極電機，電動勢星形重復(fù)p圈。 2 三相單層繞組2） 分相所謂分相，就是按每極每相

9、槽數(shù)q，把各槽電動勢相量所屬的槽號具體分配到各個相，分相的原則是應(yīng)使每相電動勢最大，且三相電動勢對稱。2 三相單層繞組2） 分相以A相為例，由于q=2，故每個極下A相有2槽，整個電機A相共有8槽，若在第一個N極下取1、2槽作為A相帶，為使合成電動勢最大，應(yīng)將第一個S極下的7、8槽也劃歸A相，作為X相帶。因為7、8槽與l、2槽相隔一個極距，它們可分別構(gòu)成整距線圈，第二對極下13、14槽為A相帶，19、20槽則為X相帶。 三相單層分布繞組1） 畫出槽展開圖。即以24根等距直線表示24槽，并在旁邊標(biāo)以槽號。 2）根據(jù)槽電動勢星形圖，把每對極下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六個相帶，每個相帶有q(2)

10、個槽 。3）把槽中導(dǎo)體連成線圈。單層繞組只能將不同極性下同一相的槽導(dǎo)體組成線圈，如A相只能把A相帶與X相帶的槽內(nèi)導(dǎo)體連成線圈，在連接時，導(dǎo)體間連接的先后次序?qū)铣呻妱觿莶o影響，因此連接方法有好幾種。 3） 繪制繞組展開圖3. 繪制繞組展開圖(三相單層分布疊繞組)例：一臺交流電機定子槽數(shù)Z=36，極數(shù)2p=4，并聯(lián)支路數(shù)a=1，試繪制三相單層繞組展開圖。步驟：畫槽電動勢星形圖；分相；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈組；畫繞組展開圖。2 三相單層繞組連接的原則是應(yīng)使串聯(lián)的線圈組電動勢相加，而且各條支路的電動勢應(yīng)相等。一相的各線圈組可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)，或一半線圈組串聯(lián)后再并聯(lián)。若為串聯(lián)，支路數(shù)a=1，為使線圈

11、組的電動勢相加，為順向串聯(lián)，即按“尾接頭”連線，而反向串聯(lián)，即按“尾接尾”或“頭接頭”接線。同一繞組，如用串聯(lián)，則每相感應(yīng)電動勢可較大，允許通過的相電流小；如用并聯(lián)，每相感應(yīng)電動勢減小，允許通過的相電流則增大。根據(jù)電壓和電流的要求把一相的各個線圈組連成一相繞組 2 三相單層繞組單層疊繞組：圖中，A相帶中的l槽和2槽導(dǎo)體分別與X相帶的7槽和8槽導(dǎo)體組成兩個整距線圈， 它們串聯(lián)后形成一個線圈組(也稱極相組)。一般說，這種連接，一個線圈組由 q個線圈組成，一對極每相有一個線圈組，p對極電機一相有p個線圈組，由于一個線圈組的q個線圈端部相疊，故稱單層疊繞組。這種連接的端接長，費銅線。（4） 三相單層繞

12、組的不同端接形式鏈?zhǔn)嚼@組：圖 中線圈的節(jié)距y5，即節(jié)距為l一6，端接較短，可節(jié)省銅線，常用于4極、6極及部分8極的小型電機，由于各線圈的捧列形如長鏈，故稱鏈?zhǔn)嚼@組。同心繞組：兩個線圈的節(jié)距不相等，它的特點是同一相線圈端部不交疊，布置和嵌線方便，常用于小型兩極異步電機，由于是一個線圈套著一個線圈，同一組的幾個線圈是“同心”的，故稱同心式繞組。鏈?zhǔn)嚼@組繞組的不同 端接方式三相單層鏈?zhǔn)嚼@組展開圖（A相）同心繞組繞組的不同 端接方式不同的端接形式會改變繞組的節(jié)距，但不會改變其感應(yīng)電動勢2 三相單層繞組討論：鏈?zhǔn)?、同心式繞組，雖然線圈節(jié)距不等于整距，但由于各種連接形式只改變了同一相中各線圈邊電動勢相加的

13、先后次序，所以它不影響相電動勢的大小，仍算整距繞組。3 三相雙層繞組1）可以選擇有利的節(jié)距，并可同時采用分布的辦法來改善電動勢和磁動勢波形。2）可以組成較多的并聯(lián)支路。3）端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強機械強度。所以現(xiàn)代10kW以上的三相交流電機，其定子繞組均采用雙層繞組。雙層繞組雙層繞組的優(yōu)點雙層繞組的分類三相雙層繞組有疊繞組和波繞組兩種。3 三相雙層繞組雙層疊繞組首先進行計算：某交流電機定子繞組的Z24，p=2，m=3，采用短距，且y=5，（節(jié)距為16），試作出線圈電動勢的星形圖及繞組展開圖。 （節(jié)距為16）， 繪制線圈電動勢相量圖并分相3 三相雙層繞組3.畫繞組展開圖1）把電樞展開，

14、每槽以一實線表示線圈的上層邊，一虛線表示線圈的下層邊，并在實線旁標(biāo)以槽號，然后把槽按極數(shù)等分成4份，如圖所示。2）按電動勢星形圖把每對極下的槽分成A、Z、B、X、C、Y六個相帶。注意這些相帶只表示該相線圈上層邊所在的槽。3 三相雙層繞組3） 繪制線圈電動勢相量圖 對于雙層繞組，其線圈數(shù)等于槽數(shù)，由于每個線圈兩個邊放在相距節(jié)距y的兩個槽內(nèi)，所以線圈電動勢就是槽電動勢星形圖中相距y槽的兩個相量的合成，所得線圈電動勢相量圖仍為相差 電角度的星形圖，僅僅是相量長短不同以及因選擇的節(jié)距不同相量圖移動了一個不同的角度，由于本例有相同的槽數(shù)和極數(shù)，所以的槽電動勢星形圖也可看作線圈電動勢星形圖，只是每一相量的

15、編號是該線圈上層邊所在槽的號碼。例如相量1是其上層邊嵌于槽1的線圈的電動勢相量 。做繞組展開圖并分相（雙層疊繞一相）根據(jù)線圈的節(jié)距y5(節(jié)距為16)，把上、下層連成線圈。例如A相帶第1槽的上層邊和第6槽的下層邊構(gòu)成一個線圈，第2槽上層邊與第7槽下 層邊構(gòu)成一個線圈，這兩個線圈串聯(lián)形成一個線圈組。同樣可作出以相其它相帶的線圈組，一相共有2p個線圈組，本例 中一相有4個線圈組。 同理可作出B、C相的線圈組(圖中未畫出)。 3 三相雙層繞組4）根據(jù)電壓和電流的要求，把一相的線圈組串聯(lián)或并聯(lián)組成一相繞組。為了使線圈組的電動勢相加，一相兩相鄰線圈組之間應(yīng)反向串聯(lián)，即采用“尾接尾，頭接頭的連接規(guī)律。圖 (

16、a)為串聯(lián)連接支路數(shù)a=l。 圖(b)為一半線圈組串聯(lián)后再并聯(lián)的連接示意圖，其支路a=2。 對于雙層疊繞組，最大并聯(lián)支路數(shù)等于線圈組數(shù)，而一相的線圈組數(shù)等于極數(shù)，所以最大可能的并聯(lián)支路數(shù)等于極數(shù)。 3 三相雙層繞組雙層疊繞組圖 三相雙層繞組展開圖（a=1）3 三相雙層繞組雙層疊繞組圖8-12 三相雙層繞組展開圖（a=2）例：一臺三相四極36槽電機，試繪出槽電勢星形圖及劃 分相帶。步驟：畫槽電動勢星形圖；分相；構(gòu)成線圈；構(gòu)成線圈組；畫繞組展開圖。1、繪槽電勢 星形圖2、劃分相帶 以A相為例， A相在每極下應(yīng)占有3個槽，整個定子中A相共有12個槽，為使合成電勢最大，在第一個N極下取1、2、3三個槽

17、作為A相帶，在第一個S極下取10、11、12三個槽作為X相帶，1、2、3三個槽相量間夾角最小，合成電勢最大，而10、11、12三個槽分別于1、2、3三個槽相差一個極距，即相差1800電角度，這兩個線圈組（極相組）反接以后合成電勢代數(shù)相加，其合成電勢最大。 同理將19、20、21和28、29、30也劃為A相，然后把這些槽里的線圈按一定規(guī)律連接起來，即得A相繞組。在第一個N極下取1、2、3三個槽作為A相帶，在第一個S極下取10、11、12三個槽作為X相帶,第二對極下19、20、21作為A相帶，28、29、30作為X相帶。 也可采用1200相帶繞組。因1200相帶合成電勢較600相帶合成電勢小，所以

18、一般采用600相帶繞組。繪制繞組展開圖的步驟是： a、繪槽電勢星形圖 b、劃分相帶 c、把各相繞組按一定規(guī)律連接成對稱三相繞組。四、繪制繞組展開圖 根據(jù)線圈的形狀和連接規(guī)律，雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩種疊繞組線圈波繞組線圈1、疊繞組 兩個相鄰的線圈后一個疊在前一個上面稱為疊繞組。繪制四極三相36槽的雙層疊繞組展開圖。繪制槽電勢星形圖和相帶劃分同上，按y1=7繪制相帶A Z B X C Y第一對極1，2，34，5，67，8，910，11，1213，14，1516，17，18第二對極19，20，2122，23，2425，26，2728，29，3031，32，3334，35，36各個相帶槽號分布 按相鄰極下電流必須相反的原則，將各極相組連接起來，構(gòu)成相繞組，圖中實線為上層邊，虛線為下層邊。 由于N極下的極相組A與S極下的極相組X的電動勢方向相反，電流方向也相反，應(yīng)將極相組A和極相組X反相串聯(lián)。 由于每相的極相組數(shù)等于極數(shù)，所以雙層疊繞組的最多并聯(lián)支路數(shù)等于2P如上例中有4極4個極相組，所以最多并聯(lián)支路數(shù) a=4實際支路數(shù)通常小于2P，且2P必須是a的整數(shù)倍。三