绕组展开图的有关概念与构成原则

绕组展开图的有关概念与构成原则
整理：舒伟方
目录
绕组的相关概念
绕组的构成原则
画绕组展开图
示例
一、绕组的相关概念
• 1．绕组
• 绕圈（绕组元件）是构成绕组的基本单元。绕组是绕圈按一定规律排列和连接而成的。 绕圈可以分为单匝线圈和多匝线圈。与线圈相关的概念包括有效边、端部、线圈节距 等，如图4-2所示。
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三、画绕组展开图
• 4、相带的划分
• 对于三相电机最常用的是60°相带，即将Z0个相量均分为6份。对于常用的双层绕组， 将Z0个线圈均分，每个相带有相等个数的线圈。我们可以用点划线均分。6个相带依次 为A，-C，B，-A，C，-B。每个相带有两个线圈，每相两个相带共有4个线圈。本例， A相的齿是1，-2，-7，8。带负号的齿在-A相带，表示这些线圈应当反绕。相带不是唯 一的，也可以取1,6号齿为A相带，等等。 如果Z0为奇数，平均每相有奇数个线圈，同一相的两个相带包含的线圈数不等，分别 叫大相带和小相带
三、画绕组展开图
• 1、槽电动势相量星形图
• • • 槽电动势相量星形图中每个相量表示处于该槽线圈边感应的电动势大小及相位。这些 槽电动势相量都是从原点出发，呈现星形形状，所以称为星形图。 需要注意的如下： 1）电动势相量星形图的前提假定这些电动势是正弦量，但无刷直流电动机的绕组电动 势不完全是正弦的，除了基波外还有许多谐波。所以，这里的电动势相量可以理解为 表示的是基波电动势。 2）对于多极电机，电动势相量星形图的角度是电角度，不是机械角度。每个相量的角 度对应的是改电动势的相位。例如，相邻两个槽相量之间的角度表示这两个槽电动势 之间的相位差，我们称之为槽距角α，用电角度表示。冲片图中相邻两个槽之间的角度 是机械角度，它等于360°/Z，这里Z是槽数。一般，此机械角度乘以极对数p等于用电 角度表示的槽距角。这样，槽距角α=360°×p/Z。换句话说相量是一个与时间有关的 量，机械角度是空间量，有区别。 3）由于绕组磁动势相量星形图与电动势相量星形图有对应关系，所以也可以用来表示 磁动势相量星形图。
四、示例 • 1、示例一 12槽14级电机
• 9）采用ansoft软件绘制绕组展开图（ansoft的编号对应的是槽，假设正号代表电流往上流）
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一、绕组的相关概念
• 6．电角度
• • • 一个圆周所对应的机械角度为360°，如图4-5所示。但对磁场来说，一对磁极就对应 一个交变周期。把一个交变周期定义为360°电角度，因此电角度与机械角度的关系为： 电角度=P×机械角度 按上式求得的是铁芯整个圆周的电角度。在后面的分析中，还要用到槽距电角的概念。 槽距电角α1是指铁芯上相邻两槽中心间隙的电角度，等于每一个槽所占的电角度，即：
• • • ① 三相绕组在空间位置上各相差一个相同的角度，使三相电势的相位分别相差120°。 ② 每相绕组的导体数和并联支路数相等，导线规格相同。 ③ 每相线圈在空间的分布规律相同。因此，只需了解其中一相绕组的情况就可知道其 他两相的情况。
• 2．绕组构成原则
• • • • ① 三相绕组在每个磁极下应均匀分布。先将定子绕组按极数分，再将每极下的槽数分 成均匀的3个相带。 ② 同相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方向相同，在异性磁极下的电流方向相 反。 ③ 同相线圈有效边之间的连接原则是使有效边的电流在连接支路中的方向相同。 ④ 在三相绕组的6个接线头中，首端U1、V1、W1的位置互差120°电度角，末端U2、 V2、W2的位置也互差120°电度角
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① 转子铁芯的横截面是一个圆，其几何角度（机械角度）为360°。 ② 从电磁角度看，一对N、S极构成一个磁场周期，即一对磁极为360°电角度。 ③ 电动机的磁极对数为P时，气隙圆周的角度数为P×360°电角度。
一、绕组的相关概念
• 7．Байду номын сангаас极每相槽数q
• 在电动机中，每个磁极所占槽数要均等地分给三相绕组。每相绕组在每个磁极下所分 到的槽数，称为每极每相槽数。 q=Z/2Pm，式中，m为定子绕组相数。
一、绕组的相关概念
• 4．电角度、槽距角、相数、每极每相槽数
• • • • • 槽距角、相数、每极每相槽数如图4-3所示。 1、电角度=P×机械角度=P×360° 2、 一个槽所占的电角度数称为槽距角，用α表示，即α=P×360°/Z。 3、 相数用m表示，如m=3。 4、 每个磁极内每相所占的槽数称为每极每相槽数，用q表示，q=Z/2Pm。
• 8．绕组并联支路数
• 可将一台电动机中每相所有的线圈串联成一条支路，也可并联组成多条支路。每相绕 组中并联的路数称为并联支路数。
• 9．相带
• • • 定子绕组每极每相所占的电角度称为相带。 电动机相带=P×360°/（2×P×m）=180°/m。 三相电动机相带=180°/3=60°。
二、绕组构成原则 • 1．对称三相绕组的条件
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三、画绕组展开图 • 5、画绕组展开图
• 知道了A相对应的齿是1，-2，-7，8，绕组展开图就是将这四个线圈连接起来。先设定一种方向为 正绕向，例如，假设逆时针为正绕向，那么1号和8号为逆时针绕线，2号和7号为顺时针绕线。至于 先接哪个线圈原则上是没有关系的，可以考虑实际操作的方便灵活性，如本例，C相绕组是从-C相 带的-3号线圈开始的，目的是使三相的出线端比较集中一些。 为了方便起见，在绕组展开图上每个齿上标注A，a，B，b……，实际就表示这个齿属于哪个相带。 这里小写的属于负相带，另外大写的逆时针绕，小写的顺时针绕，最后将三相绕组的尾部连接为中 点，完成星形解法的绕组展开图。
Z=24，2P=4，电角度=2×360°=720°，α=30°，m=3，q=24/（2×2×3）=2
一、绕组的相关概念
• 5．节距Y
• 一个线圈的两条有效边之间相隔的槽数称为节距或跨距，如图4-4所示。 在图4-4所示 绕组中，左边第1个线圈的一条边在第1个槽内，另一条边在第6个槽内，两边相隔5个 槽，这个线圈的节距为5，即y=5或y=1～6。 若y=τ，称为整距绕组；y＞τ时，称为长 矩绕组；y＜τ时，称为短距绕组。电动机的双层绕组一般采用短节距绕法，这样既减小 了 高次谐波（特别是3、5次谐波）对电动机的影响，改善了电动机性能，又节省了绕 组端部的用铜量。(为了降低电机反电动势的谐波影响以及节约铜线考虑，一般采用双 层绕组短距绕法，假设Z=30，2P=8， τ=3.75，采用短距绕法节距取3；假设Z=12， 2P=14，τ=0.857，此时节距只能取1)
• 5）画出12条点划线代表槽，并标记齿号
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6）根据相量星形图在对应齿上标上相带
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7）画上绕组
四、示例 • 1、示例一 12槽14级电机
• 8）A逆时针绕线，-A顺时针绕线，依次连线
四、示例 • 1、示例一 12槽14级电机
• 9）采用ansoft软件绘制绕组展开图（ansoft的编号对应的是槽）
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三、画绕组展开图
• 2、分数槽集中绕组电动势相量星形图
• 三相电机绕组展开图中表示了每一相绕组由哪几个线圈串联起来，每个线圈所在槽号 位置和绕向。每个线圈，我们称为原件，他有两个线圈边。两个线圈边分别放在不同 的两个槽内，这两个槽之间的距离称为节距，用y表示。分数槽集中式绕法是指节距为 1的一种绕线方式。他的每个线圈绕在单个齿上。 在分析分数槽集中绕组的绕组展开图宜采用齿电动势相量星形图，而不用槽电动势相 量星形图，这样方便一些。齿电动势相量星形图中每个相量表示处于该齿上一个线圈 感应电动势大小及相位。（节距＞1的一般采用槽电动势相量星形图）
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四、示例 • 1、示例一 12槽14级电机
• 1）本身为单元电机，在CAD里竖直画一条直线 2）圆周阵列12根
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3）标记齿号（最上为1，隔p（7）个齿为下一个齿）
4）划分相带（全极式60°相带，半极式120°相带）
先画一根点划线，然后圆周整列6根点划线
四、示例 • 1、示例一 12槽14级电机
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三、画绕组展开图
• 3、三相分数槽集中绕组电机绕组展开图画法步骤
• • • • • • 1）计算单元电机 设原电机槽数为Z，极对数为p，如果它们的最大公约数为t，他的单元电机槽数为Z0， 极对数为p0，有下面关系：Z0=Z/t，p0=p/t。 原电机是由t个单元电机组成，下面我们只需研究一个单元电机的电动势相量星形图和 绕组展开图便可以了。原电机就是t个单元电机的重复。 2）单元电机的电动势相量星形图 在图中画出Z0个均布相量星形，相邻两个相量之间夹角α‘等于360°/Z0。 取其中任意一个相量为1号齿，如图所示，常取最上面的相量为1号齿。并习惯取顺时 针方向为正相序方向。 由槽距角α=360×p0/Z0，决定了2号 相量的位置，顺时针方向数p0个相量 就是2号相量的位置，依次类推。 示例：12槽14极电机，Z0=12， p0=7，12和7无公约数，t=1，本身 就是单元电机。
一、绕组的相关概念
• 2．极数2P
• • • 极数是指定子绕组通电后所产生的磁极数。电动机的极数总是成对出现的，对于永磁 电机也可根据电动机转速计算磁极数。 P=60f /n n为电动机转速，f为电机换向频率，P为极对数，所得结果只能取整数。
• 3．极距τ
• 每极所占槽数或每极下的气隙长度称为极距。 定子总槽数为Z、电机极数为2P的电动 机，极距为τ=z/2P；若用长度表示极距，则τ=πD/2P ，D为定子铁芯气隙直径（外转子 电机为定子外径，内转子电机为定子内径），单位是mm。