第16講 交流電機(jī)電樞繞組

1、第第16講講 交流電機(jī)的電樞繞組交流電機(jī)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(dòng)勢(shì)五、繞組的諧波電動(dòng)勢(shì)1 1）三相繞組對(duì)稱；）三相繞組對(duì)稱；2 2）力求獲得最大的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)；）力求獲得最大的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)；3 3）繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形力求接近正弦；）繞組的電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)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(jī)械強(qiáng)度可靠，散熱條件好；）繞組的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度可靠，散熱條件好；6 6）工藝簡(jiǎn)單、便于制造、安裝和檢修。）工藝簡(jiǎn)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(jī)里，我們把一對(duì)主磁極表面所占的空間距離用空間在電機(jī)里，我們把一對(duì)主磁極表面所占的空間距離用空間電角度表示時(shí)，定為電角度表示時(shí)，定為360。如果電機(jī)只有一對(duì)主磁極，則空。如果電機(jī)只有一對(duì)主磁極，則空間電角度與機(jī)械角度相等；如果電機(jī)有間電角度與機(jī)械角度相等；如果電機(jī)有p對(duì)主磁極，則對(duì)主磁極，則P對(duì)主對(duì)主磁極所對(duì)應(yīng)的空間電角度為：磁極所對(duì)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(gè)相

3、鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離?？梢詢蓚€(gè)相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離。可以用磁極所占范圍的長(zhǎng)度、定子槽數(shù)用磁極所占范圍的長(zhǎng)度、定子槽數(shù)Z或電角度表示，若磁極對(duì)或電角度表示，若磁極對(duì)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(gè)線圈的兩個(gè)有效邊之間所跨的定子內(nèi)圓距離稱為線一個(gè)線圈的兩個(gè)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(shí)為整距繞組；若時(shí)為整距繞組；若 時(shí)為短距繞組；時(shí)為短距繞組；若若 時(shí)為長(zhǎng)距繞組，較少采用。時(shí)為長(zhǎng)距繞組，較少采用。5 5、槽距角

4、、槽距角相鄰兩個(gè)槽之間的電角度相鄰兩個(gè)槽之間的電角度：0360p=Z 每一個(gè)極面下每相所占的槽數(shù)為：每一個(gè)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(gè)極距內(nèi)同相的槽所占有的區(qū)域。一個(gè)極距每個(gè)極距內(nèi)同相的槽所占有的區(qū)域。一個(gè)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(duì)稱繞組、三相對(duì)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(cuò)開(kāi)彼此互相錯(cuò)開(kāi)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(dòng)勢(shì)通常為正弦交流電動(dòng)勢(shì)，故由于交流繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通常為正弦交流電動(dòng)勢(shì)，故可用相量來(lái)表示和運(yùn)算。當(dāng)可用相量來(lái)表示和運(yùn)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(dòng)勢(shì)分別用相量來(lái)表示時(shí)變化的電動(dòng)勢(shì)分別用相量來(lái)表示時(shí)，這些相量構(gòu)成一個(gè)輻射，這些相量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖，稱為槽電動(dòng)勢(shì)星形圖。星形圖，稱為槽電動(dòng)勢(shì)星形圖。8 8、槽電動(dòng)勢(shì)星形相量圖、槽電動(dòng)勢(shì)星形相量圖交流繞組的基本知識(shí)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(gè)磁極下所占有的電角度為繞組的相帶。因每相繞組在每個(gè)磁極下所占有的電角度為繞組的相帶。因?yàn)槊總€(gè)磁極占有的電角度為為每個(gè)磁極占有的電角度為180，所以對(duì)于三相繞組而言，所以對(duì)于三相繞組而言，每相繞組在每個(gè)磁極下所占有每相繞組在每個(gè)磁極下所占有60電角度。顯然，每對(duì)磁極電角度。顯然，每對(duì)磁極360電角度，可分為電角度，可分為6個(gè)相帶。若一個(gè)電機(jī)有個(gè)相帶。若一個(gè)電機(jī)有p對(duì)磁極，就可對(duì)磁極，就可劃分為劃分為6p個(gè)相帶。個(gè)相帶。 三相對(duì)稱繞組在一對(duì)磁極中相帶應(yīng)按三相對(duì)稱繞組在一對(duì)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(duì)磁極中各自一相的分別為

7、一對(duì)磁極中各自一相的兩個(gè)相帶，相距兩個(gè)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(gè)集中整距線圈，定子上每個(gè)槽里只放了一每相只有一個(gè)集中整距線圈，定子上每個(gè)槽里只放了一個(gè)線圈邊。個(gè)線圈邊。缺點(diǎn)：這種繞組除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形不好外，電樞表面的沒(méi)有缺點(diǎn)：這種繞組除了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形不好外，電樞表面的沒(méi)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(gè)槽里只放置一個(gè)線圈邊，整臺(tái)電機(jī)的線單層分布繞組每個(gè)槽里只放置一個(gè)線圈邊，整臺(tái)電機(jī)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?zhǔn)健⑼氖?、交叉式等多種形式。單層繞組有等元件式、鏈?zhǔn)健⑼氖?、交叉式等多種形式。例題：例題： 一臺(tái)電機(jī)的繞組為三相單層分布繞組，極對(duì)數(shù)一臺(tái)電機(jī)的繞組為三相單層分布繞組，極對(duì)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?yán)L出繞組展開(kāi)圖。，試?yán)L出繞組展開(kāi)圖。解解： （1）計(jì)算參數(shù)計(jì)算參數(shù)11112462

9、22242222336023603024ZpZqpmpZ P=2，Z=24的電機(jī)的電機(jī)導(dǎo)體導(dǎo)體24與導(dǎo)體與導(dǎo)體1的基波電動(dòng)勢(shì)相量的基波電動(dòng)勢(shì)相量三、三相單層繞組三、三相單層繞組（2）畫(huà)基波電動(dòng)勢(shì)星形圖）畫(huà)基波電動(dòng)勢(shì)星形圖P=2，Z=24的電機(jī)的電機(jī)P=2，Z=24電機(jī)的基波電動(dòng)電機(jī)的基波電動(dòng)勢(shì)星形向量圖勢(shì)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(duì)極第一對(duì)極第二對(duì)極第二對(duì)極相帶相帶槽號(hào)槽號(hào)相帶相帶槽號(hào)槽號(hào)AZBXCY1、23、45、67、89、1011、12AZBXCY13、1415、1617、1819、2021、2223、24槽號(hào)與相帶對(duì)照表槽號(hào)與相帶對(duì)照表（4）

10、畫(huà)繞組連接圖）畫(huà)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(shí)，所有屬于時(shí)，所有屬于A相的線圈組按電勢(shì)相加原則相的線圈組按電勢(shì)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(shí)，時(shí)，A1相帶和相帶和X1相帶線圈組按電勢(shì)原則串聯(lián)，相帶線圈組按電勢(shì)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(shì)原則串聯(lián)，即頭相帶線圈組按電勢(shì)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(diǎn)是槽內(nèi)只有一個(gè)元件邊，無(wú)層

11、間絕緣，槽單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是槽內(nèi)只有一個(gè)元件邊，無(wú)層間絕緣，槽的利用率較高。其缺點(diǎn)是不能利用短距來(lái)削弱電動(dòng)勢(shì)中和磁的利用率較高。其缺點(diǎn)是不能利用短距來(lái)削弱電動(dòng)勢(shì)中和磁動(dòng)勢(shì)中的高次諧波，漏抗較大姑電機(jī)鐵耗和噪音較大，起動(dòng)動(dòng)勢(shì)中的高次諧波，漏抗較大姑電機(jī)鐵耗和噪音較大，起動(dòng)性能不良。一般用于性能不良。一般用于10kW以下的異步電機(jī)。以下的異步電機(jī)。三、三相單層繞組三、三相單層繞組（6）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)計(jì)算相電動(dòng)勢(shì) 由繞組展開(kāi)圖可以看出每對(duì)極下屬于同一相的線圈組，基由繞組展開(kāi)圖可以看出每對(duì)極下屬于同一相的線圈組，基波電動(dòng)勢(shì)都一樣，以波電動(dòng)勢(shì)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(shí)，每相基波電動(dòng)勢(shì)為：表示時(shí)，每相基波電動(dòng)勢(shì)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(gè)槽有兩個(gè)線圈邊，分上下兩層嵌雙層繞組的每個(gè)槽有兩個(gè)線圈邊，分上下兩層嵌放，中間用層間絕緣隔開(kāi)，線圈的一個(gè)邊嵌在某槽的放，中間用層間絕緣隔開(kāi)，線圈的一個(gè)邊嵌在某槽的上層，其另一個(gè)邊則嵌在相距一個(gè)節(jié)距上層，其另一個(gè)邊則嵌在相距一個(gè)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(kāi)簡(jiǎn)圖、雙層分布繞組展開(kāi)簡(jiǎn)圖2、雙層分布繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、雙層分布繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組例題：例題： 一臺(tái)電機(jī)的繞組為三相雙層疊繞組，極對(duì)數(shù)一臺(tái)電機(jī)的繞組為三相雙層疊繞組，極對(duì)數(shù)p=2，槽數(shù)，槽數(shù)Z=36，節(jié)，節(jié)距距y1=7個(gè)槽，每相并聯(lián)支路數(shù)個(gè)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(jì)算參數(shù)：計(jì)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(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)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(huà)基波電動(dòng)勢(shì)星形圖）畫(huà)基波電動(dòng)勢(shì)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(duì)極第一對(duì)極第二對(duì)極第二對(duì)極相帶相帶槽號(hào)槽號(hào)相帶相帶槽號(hào)槽號(hào)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(hào)與相帶對(duì)照表槽號(hào)與相帶對(duì)照表 （4）畫(huà)繞組展開(kāi)圖）畫(huà)繞組展開(kāi)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(shí)，所有屬于時(shí)，所有屬于A相的線圈組按電勢(shì)相加原則相的線圈組按電勢(shì)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(shí)，時(shí)，A1相帶和相帶和X1相帶線圈組按電勢(shì)原則串相帶線圈組按電勢(shì)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(shì)原則串聯(lián)，相帶線圈組按電勢(shì)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(diǎn)是可以靈活地選擇線圈節(jié)距來(lái)改善電動(dòng)雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是可以靈活地選擇線圈節(jié)距來(lái)改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形，一般用于勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形，一般用于10kW以上的交流異步電機(jī)多采以上的交流異步電機(jī)多采用雙層繞組用雙層繞組。 雙層繞組的缺點(diǎn)是線圈組間連接線較長(zhǎng)，極數(shù)多時(shí)耗銅雙層繞組的缺點(diǎn)是線圈組間連接線較長(zhǎng)，極數(shù)多時(shí)耗銅多。多。四、三相雙層繞組四、三相雙層繞組（6）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)（以）計(jì)算相電動(dòng)勢(shì)（以A相為例）相為例）短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)為：短距線圈基波電動(dòng)勢(shì)為：極相組基波電動(dòng)勢(shì)為：極相組基波電動(dòng)勢(shì)為：相繞組基波電動(dòng)勢(shì)為：相繞組基波電動(dòng)勢(shì)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(jī)氣隙中，除了基波以外還有三次、五次以及七次在電機(jī)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(shí)，可奇數(shù)次諧波。檔繞組采用了短距、