电机绕组主要有采用单层绕组或双层绕组两种方式。对于三相无刷直流电动机分数槽绕组,它们和Z的选择有关。对于单层绕组,每个槽只放一个线圈边,三相电机最低限度有6个线圈边,其槽数必须是6的倍数。而双层绕组,每个槽放2个线圈边,其槽数是3的倍数就可以。所以,对于我们讨论的分数槽集中绕组电机,Z应为3的倍数,这样:
1)当Z为偶数时,每相平均槽数Z/3必为偶数,可以连接成单层绕组,也可以连接成双层绕组。
2)当Z为奇数时,每相平均槽数Z/3必为奇数,不能连接成单层绕组,只能连接成双层绕组。所以,能够连接成单层绕组的Z/p组合较少。
如【例5-1】,其数据:Z=12,p=5,见图5-1a槽电动势相量星形图,由于它是Z为偶数的单元电机,可连接成单层绕组或双层绕组。
图5-5 Z为偶数连接为单层绕组和双层绕组的例子(Z/p=12/5)
参见图5-5,连接成单层绕组时,A相绕组是由1-2,8-7两个线圈组成,每个线圈元件边占一个槽。同样,B相绕组是由9-10,4-3两个线圈组成;C相绕组是由5-6,12-11两个线圈组成。这里的数字是槽号。连接成双层绕组时,A相绕组是由1-2,3-2,8-7,8-9四个线圈组成,每个线圈元件边占半个槽。
实际上,当我们研究的对象是集中绕组时,将电动势相量星形图看成是齿电动势相量星形图更加方便,它的每个相量就是一个齿上线圈的电动势相量。这样做对画出绕组展开图要容易得多。如图5-5,画在线圈框外的数字为槽号,画在线圈框内的数字为齿号,也就是线圈号。这样,单层绕组就是只取单数齿绕有线圈,在图5-5的单层绕组,A相绕组是由1和-7两个线圈组成,负号表示反绕。单层绕组排列也可以用字母表示为A,b,C,a,B,c。这里,大写表示正绕,小写表示反绕。双层绕组就是每个齿都绕有线圈,在图5-5的双层绕组图,A相绕组是由1,-2,-7,8四个线圈组成。双层绕组排列可以用字母表示为A,a,b,B,C,c,a,A,B,b,c,C。
如【例5-2】,其数据:Z=9,p=4,见图5-2a槽电动势相量星形图,由于它是Z为奇数的单元电机,只可连接成双层绕组。参见图5-6,我们也将图中的星形图看作齿电动势相量星形图,图中A相绕组是由-9,1,-2三个线圈组成。这样,双层绕组排列表示为a,A,a,b,B,b,c,C,c。
图5-6 Z为奇数连接为双层绕组的例子(Z/p=9/4)
在表5-7和表5-8分别给出三相分数槽集中绕组无刷直流电动机Z/p组合的单层绕组和双层绕组的绕组系数值。表中黑体字的组合是单元电机组合。从表中可见,极对数p=1,2,3和槽数为3、6、9的组合,以及其他的q=1/2和q=1/4的组合,它们的单元电机Z0/p0=3/1或3/2(q=0.5或0.25),无论单层绕组或双层绕组,它们的绕组系数值只有0.866,和其他组合相比,它们的绕组系数值是最低的。当极对数p≥4,如4,5,7,8…有可能得到较大的绕组系数。
对比表5-7和表5-8,对于同一个Z/2p组合,连接为双层绕组时电动势的分布效应比连接为单层绕组要大一些,绕组的分布系数较低,总的绕组系数也较低。上述的【实例5-1】,连接为单层绕组时,绕组系数是0.966,连接为双层绕组时,绕组系数是0.933,两者之比为1.035。但是,如果希望反电动势波形更接近正弦波,例如需要正弦波驱动的电机,宜采用双层绕组。(www.daowen.com)
单层和双层集中绕组的比较参见第11章表11-1。一般而言,对于同一个Z/2p组合电机,单层绕组比双层绕组有较大电感,这特别是对高速电机运行是不利的。而且,与双层集
表5-7 三相分数槽集中绕组Z/p组合的单层绕组绕组系数值
表5-8 三相分数槽集中绕组Z/p组合的双层绕组绕组系数值
中绕组相比,单层绕组的端部伸出约大一倍,总用铜量有所增加,绕组总电阻也会稍大。此外,它们的电枢反应磁场不同,与双层集中绕组相比,单层集中绕组通常有较多的电枢反应磁动势(MMF)谐波,易产生较大的振动和噪声,并引起转子铁损耗增加,参见下一节和第8章8.8节分析。
(续)
注:黑体字的组合是单元电机组合。
有文献对一台12槽10极电机单层和双层集中绕组的转矩脉动进行比较分析,由于磁动势谐波成分的影响使得单层绕组转矩脉动较大。对于表贴式(SPM)电机转矩脉动增加约37%,对于内置式(IPM)电机增加约87%。较小气隙电机谐波成分的影响较大。
综上所述,一般用途的无刷直流电机宜采用双层集中绕组。
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