三相单层绕组设计原则

单层绕组的每个槽里只放一个线圈边，一个线圈的两个有效边就要占两个槽，所以线圈数等于槽数的一半。根据线圈形状和端部连接方式，单层绕组可分为单层链式绕组、单层同心式绕组和单层交叉式绕组等几种。

图2-15　60°的三相绕组

（a）2极；（b）4极

1.单层链式绕组

单层链式绕组是由形状、几何尺寸和节距都相同的线圈连接而成的，就整体外形看，像一条长链子，故称链式绕组。

下面以Z=24，极数2p=4的异步电动机定子绕组为例来说明单层链式绕组的构成。

【例2-4】 一台极数2p=4的异步电动机，定子槽数Z=24，采用三相单层链式绕组，说明单层链式绕组的构成原理并绘出展开图。

解：（1）计算极距τ、每极每相槽数q和槽距角α。

（2）分相。将槽依次编号，绕组采用60°相带，则每个相带包含两个槽，相带和槽号的对应关系如表2-4所示。

表2-4　相带和槽号的对应关系（三相单层链式绕组）

（3）构成一相绕组，绘出展开图。将属于U相导体的2和7、8和13、14和19、20和1相连，构成四个节距相等的线圈。当电动机中有旋转磁场时，槽内的导体切割磁力线而感应电动势，U相绕组的总电动势将是导体1、2、7、8、13、14、19、20的电动势之和（相量和）。四个线圈按“尾-尾”、“头-头”相连的原则构成U相绕组，其展开图如图2-16所示。采用这种连接方式的绕组称为单层链式绕组。

图2-16　单层链式U相绕组展开图

用同样的方法可以得到另外两相绕组的连接规律。V、W两相绕组的首端依次与U相绕组首端相差120°和240°的电角度，图2-17为三相单层链式绕组的展开图。

图2-17　三相单层链式绕组的展开图

链式绕组主要用于q=2的4、6、8极的小型异步电动机中，具有工艺简单、制造方便、线圈端部连线少、节约材料等优点。

2.单层同心式绕组

单层同心式绕组是由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成的。

【例2-5】 一台极数2p=2的交流电机，定子槽数Z=24，说明三相单层同心式绕组的构成原理并绘出展开图。

解：（1）计算极距τ、每极每相槽数q和槽距角α。(www.xing528.com)

（2）分相。将槽依次编号，绕组采用60°相带，则每个相带包含四个槽，相带和槽号的对应关系见表2-5。

表2-5　相带和槽号的对应关系（三相单层同心式绕组）

图2-18　同心式线圈U相的展开图

（3）构成一相绕组，绘出展开图。把U相的每一相带内的槽分成两部分，3和14槽内的导体构成一个节距为11的大线圈，4和13槽内的导体构成一个节距为9的小线圈，把两个线圈串联成一个同心式的绕组，再把15和2槽、16和1槽内的导体构成另一个同心式线圈组。两个线圈组按“头接头”、“尾接尾”的反串联规律连接，得到U相同心式绕组的展开图，如图2-18所示。

同心式绕组的优点是下线方便、散热好；缺点是线圈线圈尺寸不等，绕线工艺复杂，端接部分长，适用于q=4、6、8等偶数两极小型三相异步电动机中。

3.单层交叉式绕组

单层交叉式绕组是由线圈个数和节距都不等的两种线圈组构成的，同一线圈组中的各个线圈的形状、几何尺寸和节距都相等，各线圈组的端接部分都相互交叉。

【例2-6】 一台极数2p=4的异步电动机，定子槽数Z=36，采用三相单层交叉式绕组，试说明单层交叉式绕组的构成原理并绘出展开图。

解：（1）计算极距τ、每极每相槽数q和槽距角α。

（2）分相。将槽依次编号，绕组采用60°相带，则每个相带包含三个槽，相带和槽号的对应关系见表2-6。

表2-6　相带和槽号的对应关系（三相单层交叉式绕组）

（3）构成一相绕组，绘出展开图。根据U相绕组所占槽数，把U相所属的每个相带内的槽数分成两部分，2和10槽、3和11槽内的导体构成两个节距都为y1=8的大线圈；1和30槽内导体构成一个y1=7的小线圈。同理，20和28槽、21和29槽内导体构成两个大线圈，19和12槽内导体构成一个小线圈，即在两对极下依次布置两大一小线圈。根据电动势相加的原则，线圈之间的连接规律是，两个相邻的大线圈之间应“头-尾”相连，大小线圈之间应按照“尾-尾”、“头-头”规律相连。单层交叉式U相绕组展开图如图2-19所示。采用这种连接方式的绕组称为交叉式绕组。

图2-19　单层交叉式U相绕组展开图

使用同样的方法可以得到另外两相绕组的连接规律。图2-20所示为三相单层交叉式绕组的展开图。

交叉式绕组不是等元件绕组，线圈节距小于极距，因此端接部分连线较短，有利于节约原材料。当q=3时一般均采用交叉式绕组。

从以上三种形式的单层绕组分析可以看出，单层绕组的最大并联支路数等于极对数2a=p；单层绕组的线圈节距在不同形式的绕组中是不同的，但从电动势计算的角度看，每相绕组中的线圈感应电动势均是属于两个相差180°空间电角度的相带内线圈边电动势的相量和，因此它仍可以看成是整距线圈，无短距绕组的效果。

单层绕组的优点是槽内无层间绝缘，嵌线方便，槽利用率较高；缺点是不能利用短距绕组来削弱高次谐波电动势和高次谐波磁动势，其感应的电动势和磁动势波形不够理想，而且它的漏电抗较大，使得电机损耗和噪音较大，起动性能不是很好。单层绕组一般用于功率在10kW以下的异步电机中。