交流绕组基础知识

1.交流电机绕组的基本要求和知识

（1）要求。虽然交流电机绕组的种类很多，但对各种交流绕组的基本要求却是相同的。从设计制造和运行性能两个方面考虑，对交流绕组提出如下几点基本要求：

1）三相绕组对称，以保证三相电动势和磁动势对称。

2）在导体数一定的情况下，力求获得最大的电动势和磁动势。

3）绕组的电动势和磁动势波形力求接近于正弦波。

4）端部连线应尽可能短，以节省用铜量。

5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好。

6）工艺简单，便与制造、安装和检修。

（2）基本知识。绕组通常由一根或多根绝缘电磁线（圆线或扁线），按一定的匝数、形状在绕线模子（简称线模）上绕制并绑扎而成，有些小型电动机的绕组不用线模，直接嵌绕到槽里，如手电钻。绕组的直线部分称为有效边，是嵌入铁芯槽内作为电磁能量转换的部分。两端部伸出铁芯槽外有棱角部分不能直接转换能量，仅仅起一个连接两个有效边的桥梁作用。为了区别直流电动机与交流电动机的绕组，在直流电动机中把绕组称为元件，而在交流电动机中则称为绕组。常用的绕组（元件）样式及其简化图符号如图2-11所示。

图2-11（a）、（b）是绕组的实际形式，可能有很多圈（匝），但描述电动机绕组在各个槽中的排列形式以及端部的连接形式，也就是电动机绕组展开图，不可能按实际的绕组匝数进行描述，否则将会使电动机绕组展开图的描述形式显得非常繁杂，表现不清；所以在绕组展开图中往往采用的是图2-11（c）、（d）的简化形式，也就是说，不管实际绕组中有多少圈（匝），按照电动机的工作原理，都可以等效为一匝。实际中的绕组多是一个一个事先绕好且端部都是连接在一起的。

图2-11　常用绕组及简化

（a）波绕组实物线圈；（b）叠绕组实物线圈；（c）波绕组实物线圈简化；（d）叠绕组实物线圈简化
1—绕组有效边；2—绕组端部

三相交流电机绕组根据绕法可分为叠绕组和波绕组，如图2-11所示。按槽内导体层数可分为单层绕组和双层绕组。按绕组节距可分为整距绕组和短距绕组。图2-11（a）、（c）中的波绕组一般多用于转子绕组，由于转子绕组的电流一般都较大，所以绕组的直径也较大。波绕组有两种形式，一般的如图2-11（a）左图所示。对于有些容量很大的电动机，波绕组是机器压模制成的，只有一匝且也只是一半，两个半拉绕组对接成一个绕组，压到槽里后要把上端部焊接（虚线框住的部分）；同时，还要注意用绝缘套管把焊接的部位套好，以保障绝缘良好，如图2-11（a）右图所示。水轮发电机定子绕组和绕线转子异步电动机转子绕组常采用双层短距波绕组。

图2-11（b）、（d）中的叠绕组有两种形式，一种是菱形，多用于线径较小的情况，以增加绕组的骨架性，如图2-11（b）左图所示；另一种是椭圆形，多用于线径较粗的情况，以免局部皲裂破损，如图2-11（b）右图所示。在实际中两种形式的应用并没有绝对的区分。所示汽轮发电机和大、中型异步电动机的定子绕组，一般采用双层短距叠绕组，而小型异步电动机则采用单层绕组。

2.交流绕组的基本概念

（1）电角度。在分析交流绕组和磁场在空间上的分布问题时，电机的空间角度常用电角度表示。从电磁观点来看，若转子上有一对磁极，它旋转一周，定子导体就掠过一对磁极，导体中的的基波感应电动势就变化一个周期（360°电角度），因此一对磁极所占空间的电角度为360°，若电机极对数为p，则转子转一周，定子导体中的基波感应电动势就变化p个周期，即变化p×360°，因此，电机整个圆周对应的机械角度为360°，而对应的空间电角度则为p×360°，即

为了以示区别，电机圆周的几何角度为360°，这个角度称为机械角度。

图2-12　交流绕组的极距

（2）极距τ。极距是指相邻的一对磁极轴线间沿气隙圆周即沿电枢表面的距离。一般用每个极面下所占的槽数表示，如图2-12所示。(www.xing528.com)

如定子槽数为Z，极对数为p（极数为2p），则极距用槽数表示为

极距也可用电角度表示，即τ=180°电角度；极距还可以用空间长度表示，即，这里D为电机定子内圆直径。

（3）节距。节距可分为第一节距、第二节距和合成节距，节距的长短通常用一个线圈的两条有效边所跨过的槽数表示。

1）第一节距y1。同一线圈的两个有效边间的距离称为第一节距，用y1表示。为使每个线圈获得最大的电动势或磁动势，节距应等于或接近于极距。

y1=τ的绕组称为整距绕组；y1＜τ的绕组称为短距绕组；y1＞τ的绕组称为长距绕组。短距绕组和长距绕组都可以削弱高次谐波，从而改善电动势或磁动势的波形，但是由于长距绕组用铜量多，故实际中一般不采用长距绕组。

2）第二节距y2。第一个线圈的下层边与相连接的第二个线圈的上层边间的距离称为第二节距，用y2表示。

3）合成节距y。第一个线圈与相连接的第二个线圈的对应边间的距离称为合成节距，用y表示，如图2-13所示。

（4）槽距角α。槽距角α是指相邻两槽导体间所隔的电角度，如图2-14所示。电机定子的内圆周是p×360°电角度，则槽距角为

图2-13　绕组的节距

图2-14　交流电机的槽距角

槽距角α表明相邻两槽内导体的基波感应电动势在时间相位上相差α电角度。

（5）每极每相槽数q。每一磁极下面每一相绕组所占有的槽数，称为每极每相槽数q，即

式中：Z为总槽数；p为极对数；m为电机定子的相数。

为获得对称绕组，每极每相槽数应相同。q=1的绕组称为集中绕组；q＞1的绕组称为分布绕组。q为整数时的绕组，称为整数槽绕组；q为分数时的绕组，称为分数槽绕组。

（6）相带。在每个磁极下面每一相绕组所连续占有的电角度称为相带。由于每个磁极占180°电角度，所以对三相绕组而言，每相绕组在每个磁极下占60°电角度，故称60°相带，当然，也有占120°电角度的，称120°相带，但交流旋转电机一般采用60°相带绕组。

由于三相绕组在空间彼此相距120°电角度，且相邻磁极下导体感应电动势方向相反，根据节距的概念，沿一对磁极对应的定子内圆周相带的划分依次为U1、W2、V1、U2、W1、V2，如图2-15所示。

（7）线圈组。将每个磁极下属于同一相的q个线圈串联起来就构成一个线圈组，也称为极相组。将属于同一相的所有极相组按照一定规律连接起来，则构成一相绕组。