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第四章交流绕组及其电动势和磁动势

本章研究交流绕组的连接规律,正弦磁场下交流绕组的感应电动势,通有正弦电流时单相绕组的磁动势,以及通有对称三相电流时的磁动势。
交流绕组的构成原则和分类
1、构成原则
合成电动势及合成磁动势的波形要接近于正弦波、幅值要大;
对三相绕组,各相的电动势和磁动势要对称,电阻、电抗要平衡;
绕组的铜耗要小,用铜量要省;
绝缘要可靠,机械强度、散热条件要好,制造要方便。
2、分类
按相数:单相和三相绕组;
按槽内层数:单层和双层;
按每极下每相槽数:整数槽和分数槽;
按绕法:叠绕组和波绕组。
三相双层绕组
的三相交流电机,其定子绕组大多采用双层绕组。
特点:绕组的线圈数等于槽数(双层)。
图4-1 双层绕组
a)双层绕组在槽内的布置 b)有效部分和端部

主要优点:
(1) 可以选择最有利的节距(整距或短距),并同时采用分布绕组,以改善电动势和磁动势的波形;
(2) 所有线圈具有相同的尺寸,便于制造;
(3) 端部形状排列整齐,有利于散热和增强机械强度。
一、槽电动势星形图和相带划分
现以一台相数,极数,槽数的定子来说明槽内导体的感应电动势和属于各相的导体(槽号)是如何分配的。
1、概念
定子每极每相槽数q:
式中,Q-定子槽数; p-极对数; m-相数。
相邻两槽间电角度α:
此角亦是相邻槽中导体感应电动势的相位差。
2、槽电动势的星形图
如图4-2表示36槽内导体感应电动势的相量图,
亦称为槽电动势星形图。
相带:每极下每相所占的区域(通常用槽数或电角度表示)。
4-2 三相双层绕组的槽电动势
以A相为例,由于,故相共有12个槽
A相带: 1、2、3(线圈组)与19、20、21 ()
X相带:10、11、12()与28、29、30()
将四个线圈组按照一定的规律连接,即可得到A相绕组。
同理,B相距离A相电角度处,C相距离A相电角度处,可按图4-2所划分的相带连成B、C两相绕组。由此可得到一个三相对称绕组。
相带绕组:每个相带各占电角度。
表4-1各个相带的槽号分配(相带)
各相带的槽号确定后,根据绕组的节距及布置方式就可以嵌线和连接。
二、叠绕组
叠绕组:绕组嵌线时,相邻的两个串联线圈中,后一个线圈紧“叠”在前一个线圈上。
以一台相数,极数,槽数的定子为例,取节距为y1=8时(此种绕组为短距绕组y1<τ=36/4=9),双层叠绕组(A相)展开图如图4-4所示
图4-4 三相双层叠绕组中的A相绕组的展开图()
由于极相组A的电动势、电流方向与极相组X的电动势、电流方向相反,为避免电动势或电流所形成的磁场互相抵消,串联时应将极相组A和极相组X反向串联,如图4-5所示。该种绕组可产生较高的感应电动势,适用于高电压小容量的交流电机。
图4-5 A 相绕组线圈的连接图(一条支路)
另外亦可以把A1X1组成一条支路,把A2X2组成另一条支路将这两条支路并联,得到如图4-6所示的并联接线方式。该种绕组可产生较低的感应电动势,适用于低电压大容量的交流电机。
图4-6 A 相绕组线圈的连接图(两条并联支路a=2)
叠绕组的优点:采用短距时可节约用铜量。
缺点:最后几个线圈嵌线困难,极间连线较长。
适用于:中、小型同步电机及感应电机的定子绕组中。
3、波绕组
正弦磁场下交流绕组的感应电动势
一、导体的感应电动势
1、电动势的波形
单根导体中的感应电动势为
其波形图如书中图4-10
2、正弦电动势的频率
感应电动势的频率:
同步转速:
导体电动势的有效值
将代入上式得导体电动势为
二、整距线圈的电动势
单匝线圈电动势:
单匝线圈电动势的有效值:
线圈有匝,则线圈电动势有效值为:
图4-11 匝电动势
a)线圈在槽内 b)展开图 c)整距和短距线圈的电动势相量图
三、短距线圈的电动势,节距因数
为了充分利用定子铁心、节约用铜量及改善电动势和磁动势波形,实际的绕组均采用分布又短距绕组。现只考虑短距的情况。
短距线圈的节距,用电角度表示时,节距为
如图4-11所示。
单匝线圈的电动势为:
据相量图中的几何关系,得单匝线圈电动势的有效值为
※—线圈的基波节距因数,表示线圈短距时感应电动势比整距时应打的折扣,

若线圈的匝数为Nc则线圈电动势的有效值为
四、分布绕组的电动势,分布因数和绕组因数
只考虑绕组分布时的情况。q个线圈的合成电动势应为
q个线圈中感应电势的相量之和。其极相组的合成相量图如图4-12所示。
图4-12 极相组的合成电动势
q个线圈的合成电动势有效值为
式中, -正多边形外接圆的半径。把代入上式,得