1、第10章 交流旋轉電機的繞組 第三篇第三篇 交流旋轉電機共同問題交流旋轉電機共同問題 l 交流旋轉電機交流旋轉電機(ac rotary machines)(ac rotary machines)主要包主要包 括括異步電機異步電機和和同步電機同步電機兩大類；兩大類； l共同之處共同之處( (對于典型的交流電機對于典型的交流電機) )在于定子鐵在于定子鐵 心和繞組，不同之處在于轉子結構和繞組。心和繞組，不同之處在于轉子結構和繞組。 l交流旋轉電機的共同問題包括：交流旋轉電機的共同問題包括： 三相交流繞組的結構；三相交流繞組產生的三相交流繞組的結構；三相交流繞組產生的 電勢；三相交流繞組產生的磁勢電

2、勢；三相交流繞組產生的磁勢 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 兩種類型的交流電機在涉及的基本電磁理論、兩種類型的交流電機在涉及的基本電磁理論、 基本結構原理方面具有下面三個共同部分：基本結構原理方面具有下面三個共同部分： 交流繞組的基本結構交流繞組的基本結構 交流繞組中感應的電動勢交流繞組中感應的電動勢 交流繞組產生的磁動勢交流繞組產生的磁動勢 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 a i b i

3、c i t 120 240 0 0 0 t t 第10章 交流旋轉電機的繞組 n 第10章 交流旋轉電機的繞組 三相同步電機（磁極對數三相同步電機（磁極對數p=1)p=1) 定子上嵌放有定子上嵌放有對稱對稱的三相繞組的三相繞組 a-xa-x、b-yb-y、c-zc-z 對稱是指各相繞組的匝數相等，對稱是指各相繞組的匝數相等， 空間位置彼此相距空間位置彼此相距120120 第10章 交流旋轉電機的繞組 設磁場在氣隙中按正弦分布設磁場在氣隙中按正弦分布 設轉子以恒定速度旋轉設轉子以恒定速度旋轉 定子繞組中所匝鏈的磁通按定子繞組中所匝鏈的磁通按 正弦規律變化，其感應電勢正弦規律變化，其感應電勢 按正

4、弦規律變化。按正弦規律變化。 由于各相匝數相等，從而各由于各相匝數相等，從而各 相電勢的大小相等，由于各相電勢的大小相等，由于各 相繞組空間分布彼此相距相繞組空間分布彼此相距 120120，從而三相電勢時間，從而三相電勢時間 相位差相位差120120滿足了三滿足了三 相電勢對稱要求。相電勢對稱要求。 第10章 交流旋轉電機的繞組 10.2交流電機的繞組 一、交流繞組的基本知識 基本要求和分類 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；

5、4 4）節省用銅量；）節省用銅量； 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、便于制造、安裝和檢修。 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 1 1、元件、元件( (線圈線圈) ) 第10章 交流旋轉電機的繞組 交流繞組的基本概念交流繞組的基本概念 1 1、極距、極距 兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內表面的距離。若定子的 槽數為槽數為z z，磁極對數為，磁極對數為p p，則極距：，則極距： z = 2 p 2 2、線圈節距、線

6、圈節距 y 一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節距。一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節距。 .y的的繞繞組組為為整整距距繞繞組組 3 3、電角度、電角度 p電電角角度度機機械械角角度度 .y的的繞繞組組為為短短距距繞繞組組 第10章 交流旋轉電機的繞組 節距節距 y (y (跨距跨距) ) 表示元件的寬度。元件放在槽內，其寬度可用元表示元件的寬度。元件放在槽內，其寬度可用元 件兩邊所跨越的槽數表示。件兩邊所跨越的槽數表示。 第10章 交流旋轉電機的繞組 4 4、槽距角、槽距角a 相鄰兩個槽之間的電角度相鄰兩個槽之間的電角度： 0 360p = z 6 6、相帶、相帶 每個

7、極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極每個極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極 面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。 每一個極面下每相所占的槽數為每一個極面下每相所占的槽數為 5 5、每極每相槽數、每極每相槽數q 2 z q = pm 第10章 交流旋轉電機的繞組 單層繞組一個槽中只放單層繞組一個槽中只放 一個元件邊一個元件邊 雙層繞組一個槽中放兩雙層繞組一個槽中放兩 個元件邊。個元件邊。 第10章 交流旋轉電機的繞組 1 y 1 第10章 交流旋轉電機的繞組 二二. .交流繞組的構成原則交流繞組的構成原則 均勻原則均勻原則：每個極域內

8、的槽數（線圈數）要相等，：每個極域內的槽數（線圈數）要相等， 各相繞組在每個極域內所占的槽數應相等各相繞組在每個極域內所占的槽數應相等 每極槽數用極距每極槽數用極距表示表示 每極每相槽數每極每相槽數 對稱原則對稱原則：三相繞組的結構完全一樣，但在電機的：三相繞組的結構完全一樣，但在電機的 圓周空間互相錯開圓周空間互相錯開120120電角度。電角度。 如槽距角為如槽距角為，則，則 相鄰兩相錯開的槽數為相鄰兩相錯開的槽數為120/120/。 電勢相加原則電勢相加原則：線圈兩個圈邊的感應電勢應該相加：線圈兩個圈邊的感應電勢應該相加 ；線圈與線圈之間的連接也應符合這一原則。；線圈與線圈之間的連接也應符

9、合這一原則。 如線圈的一個邊在如線圈的一個邊在n n極下，另一個應在極下，另一個應在s s極下。極下。 第10章 交流旋轉電機的繞組 把電樞上各把電樞上各 槽內導體按槽內導體按 正弦規律變正弦規律變 化的電勢分化的電勢分 別用矢量表別用矢量表 示，構成一示，構成一 輻射星形圖輻射星形圖 相距相距360360度電度電 角度，導體角度，導體 電勢時間上電勢時間上 同相位同相位 三、槽導體電勢星形圖三、槽導體電勢星形圖 第10章 交流旋轉電機的繞組 10.3三相單層繞組 單層單層每槽中只放置一層元件邊，每槽中只放置一層元件邊，元件數等于元件數等于 槽數的一半槽數的一半，無需層間絕緣，結構和嵌線較簡單

10、，無需層間絕緣，結構和嵌線較簡單 單層繞組只適用于單層繞組只適用于10kw10kw以下的小型異步電動機，以下的小型異步電動機， 其極對數通常是其極對數通常是p pl,2,3,4l,2,3,4 單層繞組通常有鏈式、交叉式和同心式等三種不單層繞組通常有鏈式、交叉式和同心式等三種不 同排列方式同排列方式 第10章 交流旋轉電機的繞組 單層繞組：構造方法和步驟單層繞組：構造方法和步驟 分極分相分極分相: :將總槽數按給定的極數均勻分開（將總槽數按給定的極數均勻分開（n,sn,s極相鄰分布）極相鄰分布） 并標記假設的感應電勢方向。并標記假設的感應電勢方向。 將每個極的槽數按三相均勻分開。三相在空間錯開將

11、每個極的槽數按三相均勻分開。三相在空間錯開120120電角度。電角度。 連線圈和線圈組：連線圈和線圈組： 將一對極域內屬于同一相的某兩個圈邊連將一對極域內屬于同一相的某兩個圈邊連 成一個線圈（共有成一個線圈（共有q q個線圈，為什么？）個線圈，為什么？） 將一對極域內屬于同一相的將一對極域內屬于同一相的q q個線圈連成一個線圈組個線圈連成一個線圈組 （共有多少個線圈組？）（共有多少個線圈組？） 以上連接應符合電勢相加原則以上連接應符合電勢相加原則 第10章 交流旋轉電機的繞組 連相繞組：連相繞組：將屬于同一相的p個線圈組連成一相繞 組，并標記首尾端。 串聯與并聯，電勢相加原則。 連三相繞組：連

12、三相繞組： 將三個構造好的單相繞組連成完整 的三相繞組 接法或者y接法。 第10章 交流旋轉電機的繞組 10.310.3 三相單層繞組三相單層繞組 單層繞組的每個槽內只放一個線圈邊，電機的線圈總數等于單層繞組的每個槽內只放一個線圈邊，電機的線圈總數等于 定子槽數的一半。單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。定子槽數的一半。單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。 一、單層鏈式繞組 單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節距相同的線圈連接而單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節距相同的線圈連接而 成，整個外形如長鏈。成，整個外形如長鏈。 鏈式繞組的每個線鏈式繞組的每個線 圈節距相等并且制造方圈節距相等并且制造方

13、 便；線圈端部連線較短便；線圈端部連線較短 并且省銅。主要用于并且省銅。主要用于 q=2q=2的的4 4、6 6、8 8極小型三極小型三 相異步電動機。相異步電動機。 第10章 交流旋轉電機的繞組 65y 鏈式繞組適用于鏈式繞組適用于q=2q=2，p p1 1的小型異步電機。例如的小型異步電機。例如m m 3 3，p p2 2，z=24z=24，q q2 2，a=30a=30 第10章 交流旋轉電機的繞組 二、單層交叉式繞組二、單層交叉式繞組 單層交叉式繞組由線圈數和節距不相同的兩種線圈組構成，單層交叉式繞組由線圈數和節距不相同的兩種線圈組構成， 同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節距均相同，各線圈

14、組的端部互同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節距均相同，各線圈組的端部互 相交叉。相交叉。 交叉式繞組由交叉式繞組由 兩大一小線圈交叉兩大一小線圈交叉 布置。線圈端部連布置。線圈端部連 線較短，有利于節線較短，有利于節 省材料，并且省銅。省材料，并且省銅。 廣泛用于廣泛用于q1q1的且為的且為 奇數的小型三相異奇數的小型三相異 步電動機步電動機。 第10章 交流旋轉電機的繞組 屬于a相的元件有1、2、3、10、ll、12、19、 20、21、28、29、30共12個元件邊 y=8y=7 第10章 交流旋轉電機的繞組 三、單層同心式繞組 同心式繞組由幾個幾何尺寸和節距不等的線圈連成同心同心式繞組由幾個

15、幾何尺寸和節距不等的線圈連成同心 形狀的線圈組構成。形狀的線圈組構成。 同心式繞組端同心式繞組端 部連線較長，適用部連線較長，適用 于于q=4q=4、6 6、8 8等偶等偶 數的數的2 2極小型三相極小型三相 異步電動機。異步電動機。 第10章 交流旋轉電機的繞組 單層單層a a相同心式繞組展開圖相同心式繞組展開圖 第10章 交流旋轉電機的繞組 單層三相同心式繞組展開圖單層三相同心式繞組展開圖 第10章 交流旋轉電機的繞組 等元件式整距繞組等元件式整距繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 單層集中整距繞組實例（兩極）單層集中整距繞組實例（兩極） 第10章 交流旋轉電機的繞組 單層集中整距繞組實例

16、單層集中整距繞組實例( ( 四極四極) ) 第10章 交流旋轉電機的繞組 優點優點 不適宜于大 中型電機 元件少，結構簡元件少，結構簡 單，嵌線方便，單，嵌線方便， 槽內無層間絕緣槽內無層間絕緣 廣泛應用于廣泛應用于10kw10kw以下的以下的 異步電動機定子繞組異步電動機定子繞組 單層繞組為單層繞組為 整距繞組整距繞組 缺點 電動勢和磁動電動勢和磁動 勢波形較差勢波形較差 鐵損和噪鐵損和噪 聲較大聲較大 起動性 能較差 三相 單層 繞組 的優 缺點 第10章 交流旋轉電機的繞組 在外形上有多種繞組型式：元件節距可以整距、短矩或長在外形上有多種繞組型式：元件節距可以整距、短矩或長 短，合理選用

17、繞組型式，可以節省銅線，簡化工藝。短，合理選用繞組型式，可以節省銅線，簡化工藝。 分析相電勢分析相電勢：采用槽電勢星形圖。繞組型式不同只不過是：采用槽電勢星形圖。繞組型式不同只不過是 元件構成方式不同、導體連接先后次序不同，而構成繞組元件構成方式不同、導體連接先后次序不同，而構成繞組 的導體所占的槽號是相同的，都在屬兩個相差的導體所占的槽號是相同的，都在屬兩個相差180180電角電角 度的相帶內，三相單層繞組的節距因數均為度的相帶內，三相單層繞組的節距因數均為1 1，具有整距，具有整距 繞組性質繞組性質 優點：優點：繞組因數中只有分布因數，基波繞組因數較高，繞組因數中只有分布因數，基波繞組因數

18、較高，無無 層間絕緣，槽利用率高層間絕緣，槽利用率高 缺點：缺點：對削弱高次諧波不利對削弱高次諧波不利，無法改善電勢波形和磁勢波，無法改善電勢波形和磁勢波 形，漏電抗較大形，漏電抗較大 使用：一般用于使用：一般用于10kw10kw以下小功率電機。（功率較大或對波以下小功率電機。（功率較大或對波 形要求較高的電機，通常采用雙層繞組。）形要求較高的電機，通常采用雙層繞組。） 小結：小結： 第10章 交流旋轉電機的繞組 三相單層繞組三相單層繞組 一、特點：一、特點： 每個槽內只有一個線圈邊每個槽內只有一個線圈邊 線圈個數等于線圈個數等于q1/2q1/2 線圈組個數線圈組個數= q1/2q= q1/2

19、q 每相線圈組的個數每相線圈組的個數= p = p （6060相帶時）相帶時） 每個線圈匝數每個線圈匝數ncnc= =每槽導體數每槽導體數 每個線圈組的匝數每個線圈組的匝數qncqnc 每相串聯匝數每相串聯匝數n=n=每相總的串聯匝數每相總的串聯匝數/a = pqnc/a = pqnc / / a = a = 定子總導體數定子總導體數/2ma/2ma（即每條支路的匝數）（即每條支路的匝數） 第10章 交流旋轉電機的繞組 二、優點：二、優點： 嵌線方便嵌線方便 槽的利用率高槽的利用率高 不能做成短距（電氣性能）波形差不能做成短距（電氣性能）波形差 三、分類三、分類 同心式繞組同心式繞組由不同節距

20、的同心線圈組成由不同節距的同心線圈組成 鏈式繞組鏈式繞組由相同節距的同心線圈組成由相同節距的同心線圈組成 采用不等距的線圈組成，節省銅線采用不等距的線圈組成，節省銅線 第10章 交流旋轉電機的繞組 10.310.3 三相雙層繞組三相雙層繞組 雙層繞組每個槽內放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每雙層繞組每個槽內放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每 一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為 y y 的另一槽的下層。的另一槽的下層。 雙層繞組分雙層疊繞組（如圖雙層繞組分雙層疊繞組（如圖2a=12a=1）和雙層波繞組（略）和雙層波繞組（略

21、）。 第10章 交流旋轉電機的繞組 整矩繞組整矩繞組：跨距y6，每個元件的上層邊與下層 邊相距6個槽。例如第l槽的上層邊應與第7槽的下 層邊接成一個元件。同理2-8，3-9，4-10，.相 連，共計有24個元件。 a相8個元件分成4個元件組，各元件組的連接 規律為l-7-2-8，7-13-8-14，13-19-14-20， 19-1-20-2，分別用i、表示。 第10章 交流旋轉電機的繞組 短距繞組短距繞組 取取y y5 5，每個元件跨，每個元件跨5 5個槽，個槽，a a相的相的4 4個元件組，分別個元件組，分別 是是l-6-2-7l-6-2-7，7-12-8-137-12-8-13，13-1

22、8-14-1913-18-14-19，19-19- 24-20-l24-20-l 三相雙層繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 短距時，在某些槽中，其上層元件邊與下層元件短距時，在某些槽中，其上層元件邊與下層元件 邊可能不屬一相，在這些槽中，上層與下層之間邊可能不屬一相，在這些槽中，上層與下層之間 有較大電位差，應加強層間絕緣。有較大電位差，應加強層間絕緣。 短距時，同一相的上、下層導體錯開了一個距離，短距時，同一相的上、下層導體錯開了一個距離， 用短距角用短距角表示，表示一個元件的上層導體電勢表示，表示一個元件的上層導體電勢 和下層導體電勢的相位差是和下層導體電勢的相位差是180180-電角度

23、，合電角度，合 成電勢時應計及節距因數成電勢時應計及節距因數kpkp。 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 第10章 交流旋轉電機的繞組 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 第10章 交流旋轉電機的繞組 123 456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123 456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2

24、6 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 12345678

25、9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 3435 36 s1 n1 s2 n2 第10章 交流旋轉電機的繞組 123 456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26