交流电机的绕组是由很多个嵌放在定子铁心槽内的线圈按一定规律连接起来的。在发电机中,交流绕组的作用是产生感应电动势,输出电能;而在电动机中,交流绕组的作用是通电后建立旋转磁场,通过与电流的相互作用,产生电磁转矩,推动电动机旋转,从而输出机械能,所以在交流电机中,交流绕组是电机实现能量转换的重要部件,是交流电机的核心部分。

(一)三相交流绕组的特点

1.三相交流绕组构成的特点

从设计制造和运行性能两个方面来看,交流绕组构成的特点有以下几个:

(1)三相绕组应对称,即不仅每相绕组的匝数相等、结构相同,而且三相绕组在空间应互差120°电角度,其相应的阻抗也应彼此相等。

(2)在导体数一定的情况下,力求获得尽可能大的基波电动势和磁动势。

(3)绕组产生的电动势和磁动势的波形尽量接近正弦波,即谐波分量尽可能减小。

(4)端部连线应尽可能短,以节省用铜,并减小绕组的铜损和漏抗。

(5)绕组的绝缘和机械强度可靠,散热条件要好。

(6)制造工艺简单,检修、维护要方便。

2.分类

交流绕组的分类方法很多,按其结构特点不同,可分为以下几种:

(1)按相数分,可分为单相、两相、三相和多相绕组。

(2)按铁心槽内线圈有效边数分,可分为:单层绕组和双层绕组;根据绕组形状的不同,单层绕组又分为链式、同心式和交叉式3种基本类型,双层绕组又分为叠绕组和波绕组。

(3)按绕组节距的不同,可分为长距、整距和短距绕组。

(4)按每极面下每相所占槽数分,可分为整数槽和分数槽绕组。

在大型异步电动机中,常采用双层绕组,而在中、小型异步电动机中一般都采用单层绕组。

(二)交流绕组的几个基本术语

图3-10　单匝与多匝线圈

(a)单匝;(b)多匝;(c)多匝线圈的简化图

1.线圈

每个交流绕组都是由若干个线圈按一定规律连接而成,所以线圈是组成绕组的基本元件,线圈又称为绕组元件。线圈有单匝的,也有多匝的。但在画绕组平面展开图时,为了使图形简明起见,通常采用单匝线圈,如图3-10所示。

每一个线圈都有两个有效边,它们被嵌放在铁心槽中。在槽外还有连接两个有效边的端部连接线。无论多么复杂的绕组,其线圈结构都一样:要么采用叠绕组线圈,要么采用波绕组线圈,如图3-11所示。

2.极距τ

每一个磁极在定子铁心内表面所对应的圆周距离,称为极矩。一般用τ表示。在电机中,极距一般用每一个磁极下所占有的槽数来表示,即

式中 p——电机的磁极对数;(www.daowen.com)

z——定子总槽数。

3.线圈节距y

一个线圈两个有效边沿定子铁心表面的距离,称为绕组节距,用字母y来表示。节距一般用线圈跨过的槽数来表示。根据节距与极距的关系,可分为长距、短距和整距绕组,即:

当y＞τ时,称为长距绕组。

当y=τ时,称为整距绕组。

当y＜τ时,称为短距绕组。

为节省端部用铜量,改善绕组电动势和磁动势的波形,三相双层绕组都采用短距绕组;而单层绕组因为其结构特点,一般采用整距绕组。

4.机械角度和电角度

交流电机铁心圆周的几何角度恒为360°,称其机械角度为360°。而在分析交流电机的电磁关系时,需要引入电角度的概念。在交流电机中,由于每转过一对磁极时,导条中感应的基波电动势就变化了一个周期,所以把一对磁极所占有的空间,记为360°电角度(相应地,一个磁极所占有的电角度应为180°)。若电机有p对磁极,则有

图3-11　叠绕组线圈和波绕组线圈

(a)叠绕组线圈;(b)波绕组线圈

一个圆周的电角度=p×360°

(3-3)

5.槽距角(槽间电角度)α

定子铁心内圆相邻两槽相距的空间电角度称为槽距角,用α表示。若电机的磁极对数为p,定子铁心总槽数为z,则有:

6.每极每相槽数q

指每一个磁极下每一相所占有的槽数,用字母q来表示。若电机的磁极对数为p,相数为m,总槽数为z,则有

注:每一个磁极下的每一相绕组应连续占有q个槽。

7.相带

每相绕组在每一个磁极下连续占有的q个槽所对应的空间宽度,称为相带。相带若用电角度表示时,则有

相带=q×α

(3-6)

当q×α=60°时,称之为60°相带绕组。在电机的交流绕组中,一般都采用60°相带,当然也有采用30°或120°相带的。

8.极相组

将每一个磁极下每一相的q个槽中的线圈按电流方向一致串联起来所形成的线圈组,称为极相组。单层绕组每一相极相组的个数等于极数的一半,而双层绕组每一相极相组的个数等于极数。