三相异步电动机定子绕组

5．节距y 一个线圈的两个有效边所跨定子内圆上的距离称为节距。一般 z 节距y用槽数表示。当 y 2 p 时，称为整距绕组，当y＜ 时，称为 短距绕组，当y＞ 时，称为长距绕组。长距绕组端部较长，费铜料 ，故较少采用。
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6．槽距角 相邻两槽之间的电角度称为槽距角，槽距角 p 360 用下式表示 z 槽距角 的大小即表示了两相邻槽的空间电 角度，也反映了两相邻槽中导体感应电动势在时 间上的相位移。 7．每极每相槽数q 每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相 槽数，以q表示 z1 式中 m1——定子绕组的相数 q
图3.9 交流绕组线圈
2．电角度与机械角度
电机圆周在几何上分成 360°，这个角度称为机械角度。从 电磁观点来看，若磁场在空间按正弦波分布，则经过N, S一对磁 极恰好相当于正弦曲线的一个周期。如有导体去切割这种磁场， 经过N, S一对磁极，导体中所感应产生的正弦电动势的变化也为 一个周期，变化一个周期即经过 360°电角度，因而一对磁极占 有的空间是360°电角度。若电机有p对磁极，电机圆周期按电角 度计算就为 p×360°，而机械角度总是 360°，因此电角度 =p× 机械角度。
由图3.13可见，7, 8号槽的上层边与对应的12, 13号槽的 下层边也串联成属于U相的另一个线圈组为U12U22。同理，由 13, 14槽的上层边与对应的18, 19槽的下层边。19, 20槽的上层 边与对应的 24, 1 号槽的下层边可得 U 相的另两个线圈组为 U13U23和U14U24，此例两对磁极电机的每相共有4=2p个线圈组。 由此可知，双层叠绕组每相共有2p个线圈组。
3.2.1 对三相异步电动机定子绕组的基本要求和分类
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1．对定子绕组的基本要求 （1）绕组通过电流之后，必须形成规定的磁极对数，这由正 确的连线来确定。 （2）三相绕组在空间布置上必须对称，以保证三相磁动势及 电动势对称。这不仅要求每相绕组的匝数、线径及在圆周上的 分布情况相同，而且要求三相绕组的轴线在空间互差 120°电 角度，因此一对磁极范围内六个相带的顺序为 U1, W2, V1, U2, W1, V2。 （3）三相绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布应尽量为 正弦分布且旋转磁场在三相绕组中的感应电动势必须随时间按 正弦规律变化。 （4）在一定的导体数之下，建立的磁场最强而且感应电动势 最大。 （5）用铜量少，嵌线方便，绝缘性能好，机械强度高，散热 条件好。
3.2.2 三相异步电动机定子绕组的几个基本概念
从三相异步电动机的工作原理可知，定子三相绕组是建立旋 转磁场，进行能量转换的核心部件。为了便于掌握绕组的排列和 连接规律，先介绍有关交流绕组的一些基本知识与概念。 1．线圈 组成交流绕组的单元是线圈。它有两个引出线，一个叫首端， 另一个叫末端，如图3.9，在简化实际线圈的描述时，可用一匝线 圈来等效多匝线圈，其中，铁心槽内的直线部分称为有效边，槽 外部分称为端部。
1
2 m1 p
3.2.3 三相单层绕组
单层绕组在每一个槽内只安放一个线圈边， 所以三相绕组的总线圈数等于槽数的一半。现以 z1=24 ，要求绕成 2p=4 ， m1=3 的单层绕组为例， 说明三相单层绕组的排列和连接的规律。 1．计算绕组数据
z1 24 6 2p1 4
z1 24 q 2 2m1 p 2 3 2
3.2.4 三相双层绕组
双层绕组是铁心的每个线槽中分上、下两层 嵌放两条线圈边的绕组。为了使各线圈分布对称， 安排嵌线时一般某个线圈的一条边如在上层，另 一条则一定在下层。以叠绕组为例，这种绕组的 线圈用一绕线模绕制，线圈端部逐个相叠，均匀 分布，故称“叠绕组”。为使绕组产生的磁场分 布尽量接近正弦分布，一般取线圈节距等于极距 5 5 y 的 左右，即 ，这种 6 y＜ 的绕组叫短距 6 绕组。这种绕组可使电动机工作性能得到改善， 线圈绕制也方便，目前10kW以上的电动机，几 乎都采用双层短距叠绕组。现以4极限24槽三相 电动机为例，讨论三相双层叠绕组的排列和连接 的规律。
图3.13 三相双层短距叠绕组U相绕组展示图
此例的四个线圈组完全对称，可并可串。 串并联的原则仍然是：同一相的相邻极下的线 圈边电流应反相，以形成规定的磁场极数。这 四个线圈组可并可串，得到的并联支路数可以 为a=1, a=2, amax=2p=4。 同理可画出 V ， W 相绕组展开图，然后再连 接成Y或△而得到三相对称的双层叠绕组。
1．计算绕组数据
24 24 5 ，即为短距绕组。若 y 不为 6, q 2，y 5 4 3 4 6
整数，则应当取整数，但y小于。
2．划分相带 画24对虚实线代表24对有效边（实线代表上层边， 虚线代表下层边）并按顺序编号；根据每个相带有q=2 个槽来划分，两对极共得到12个相带，如表4.4所示。
需要指出的是，对于双层绕组，每槽的上下层 线圈边可能属于同一相的两个不同线圈，也可能属于 不同相的，相带划分并非表示每个槽的相属，而是每 个槽的上层边相属关系，即划分的相带是对上层边而 言。例如，13号槽是属于U1相带的，仅表示13号槽上 层边，对应的下层边放在哪一个槽的下层，则由节距 y 来决定，相带划分无关。属于 U 相绕组的上层边槽 号是1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20。 3．画绕组展开图 先画U相绕组。如图3.13所示，从1、2号槽的上 层边（用实线表示）开始，根据y=5槽，可知组成对 应线圈的另一边分别6, 7号槽的下层（用虚线表示）， 将此属于同一个U相的相邻的q=2个线圈串联起来组 成一个线圈组U11U12。
3．绕组及绕组展开图
绕组是由多个线圈按一定方式连接起来构成的。表示绕组的 连接规律一般用绕组展开图，即设想把定子（或转子）沿轴向展 开、拉平，将绕组的连接关系画在平面上。
4．极距
每个磁极沿定子铁心内圆所占的范围称为极距。极距 可用 磁极所占范围的长度或定子槽数z1表示 D z1 或 2p 2p 式中D——定子铁心内径 z1——定子铁心槽数
2．定子绕组的分类 异步电动机定子绕组的种类很多，按相数分， 有单相、两相和三相绕组；按槽中绕组数量的不 同，有单层、双层和单双层混和绕组；按绕组端 接部分的形状分，单层绕组有同心式、交叉式和 链式之分；双层绕组有叠绕组和波绕组之分；按 每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整数槽 和分数槽之分等。但构成原则是一致的。
图3.11 三相 单层交叉式 绕组U相绕组 展开图
（3）同心式绕组
设q=4（如z1=24，2p=2，m1=3），在p=1时，同心式绕 组嵌线较方便，因此，p=1的单层绕组常采用同心式绕组， 如图3.12所示。
图3.12 三相单层同心式绕组U相绕组展开图
单层绕组的优点是每槽只有一个线圈边， 嵌线方便，槽利用率高，而且链式或交叉式 绕组的线圈端部也较短，可以省铜。但是从 电磁观点来看，其等效节距仍然是整距的， 不可能用绕组的短距来改善感应电动势及磁 场的波形。因而其电磁性能较差，一般只能 适用于中心高160mm以下的小型异步电动机。
3.2 三相异步电动机的定子绕组
三相异步电动机的旋转磁场是依靠定子绕 组中通以交流电流来建立的。因此，定子绕组 必须保证当它通以三相交流电流以后，其所建 立的旋转磁场接近正弦波形以及由该旋转磁场 在绕组本身中所感应的电动势是对称的。因此 需要了解定子绕组的基本要求和分类，也需要 了解三相异步电动机定子绕组的基本概念。
3．画绕组展开图 （1）链式绕组 先画 U 相绕组。如图 3.10 所示，从同属于 U 相槽的 2 号槽开始，根据 y=-1=5 ，把2 号槽的线圈边和 7 号槽的线圈边组成一个线圈，8号和13 号， 14 号和19 号，20 号和1 号，共组成4 个线圈，把这些同一极相的 2p=4 个线圈 串联成一个U1U2线圈组，构成U相绕组。各线圈之间的连线按同一相的相邻 的线圈边电流应反相的原则，连成一路串联，其规律是线圈的“尾连尾，头 连头”。我们称一相绕组为链式绕组。链式绕组为等距元件，而且每个线圈 跨距小，端部短，可以省铜，还有q=2的两个线圈各朝两边翻，散热好。 对于三相绕组，仿上可以画出分别与U相相差120°的V相（从6号槽 开始）相差240°的W相（从10号槽开始）的绕组展开图，从而得到三相对称 绕组U1U2, V1V2, W1W2。然后根据铭牌要求，将线引至接线盒上连接成Y或 D。 图3.10 三相单层 链式（2p=4 q=2） U相绕组展开图
（2）交叉式绕组 设q=3（如z1=36，2p=4，m1=3），其连接规律 是把q=3的三个线圈分成y=-1的两个大线圈和y=2的一个小线圈各朝两面翻，因此一相绕组就按“两 大一小”顺序交错排列，故称之为交叉式绕组。端 部连线较短，散热好，因此，p≥2，q=3的单层绕组 常用交叉式绕组，如图3.11所示。
p 360 2 360 30 z1 24
2．划分相带 在图3.10的平面上画24根垂直线表示定子z1=24个槽和槽中 的线圈边，并且按1, 2, …顺序编号。据q=2，即相邻2个槽组成 一个相带（每个极距内属于同相的槽所占有的区域），两对磁 极共有12个相带。每对磁极按U1, W2, V1（N极）U2, W1, V2（S 极）顺序给相带命名，划分相带实际上是给定子上每个槽划分 相属，如属于U相绕组的槽号有1, 2, 7, 8, 13, 14, 19, 20这8个槽。