电动机三相单层绕组

　　（1）在一定导体数下，获得较大的基波电动势和基波磁动势，以利于电机机电能量转换，使电机有较高的效率。

　　（2）对基波说，三相绕组的电动势和磁动势必须对称的，即三相电动势（磁动势）大小相等、相位上互差120°，且三相的电阻、电抗也要求相等。

　　（3）电动势和磁动势波形力求接近正弦波，为此要求电动势和磁动势中的谐波分量尽可能小。

　　从机械特性上看，要求交流绕组的连接：

　　（1）用铜量少，绝缘性能和机械强度可靠，散热条件好。

　　（2）制造工艺简单，检修方便。

　　交流电机的绕组，按绕组的相数、槽内层数、每极每相槽数的不同可分为：

　　（1）按相数分为单相、两相、三相和多相绕组；

　　（2）按槽内层数分为单层绕组和双层绕组，双层绕组又分为叠绕组和波绕组，单层绕组又分为等元件、交叉式和同心式绕组等；

　　（3）按每极每相槽数是整数还是分数可分为整数槽绕组和分数槽绕组。

　　交流电机绕组的种类虽然很多，但现代交流电机主要采用三相双层绕组，因为它能较好的满足上述要求。本章重点介绍每极每相整数槽的双层叠绕组。

　　为便于说明绕组的连接规律，先介绍几个有关绕组的术语。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）

图1 交流电机的槽距电角和极距

a） 整距绕组　　　　　　　b） 短距绕组　　　　　　　c） 长距绕组

图2 交流绕组的节距

　　槽电动势星形图

　　当电机气隙的旋转磁场为正弦分布时，电枢上各槽内导体电动势按正弦规律变化，将这些正弦变化的电动势分别用相量表示时，这些相量构成一个辐射状的星形图，称为槽电动势星形图，如图4．6所示。槽电动势星形图概念比较清楚，是分析绕组的一个有效方法。

　　解　先计算槽距电角

　　设磁极磁场的磁通密度沿气隙圆周正弦分布，且为逆时针方向旋转，由式（4．1）可知，定子各槽内导体的感应电动势将随时间按正弦规律变化。由于各槽在空间彼此互差电角度，因此各导体电动势在时间相位上也彼此互差电角度，如2号槽导体的电动势滞后1号槽导体电角度。设1号槽的导体电动势以矢量1表示（见图4．6），2号槽的导体电动势矢量2比矢量1滞后20°。同理矢量3比矢量2滞后20°。依此类推，就可绘出图3所示的槽电动势星形图。从图可见，19、20、21……等矢量与1、2、3……等矢量分别重合，这是由于它们在磁极下分别处于对应的位置，所以它们的感应电动势相位相同。一般来说，对于每极每相整数槽绕组，如果有电机有p对极，则有p个重叠的槽电动势星形。

图3 槽电动势星形图

　　单层绕组每槽只有一个线圈边，所以线圈数等于槽数的一半。单层绕组结构和嵌线较简单，适用于10kW以下的小容量电机。

　　例2　已知Z＝36，2P＝4，绕组的并联支路数a＝1，试绘制一个三相单层绕组展开图。

　　解　该例电机的槽数、极对数和例4．3相同，故绘槽电动势星形图和分相情况和例1相同，只不过表1所示的为导体序号。以A相为例，如何将属于A相绕组的导体1、2、3、19、20、21（S极下）和10、11、12、28、29、30（N极下）连接起来构成绕组。由于单层绕组每槽只有一个线圈边，因此一根导体必须和异性磁极下的另一导体连接才能组成一个线圈，例如导体1须和另一磁极下的导体10、或11、或12连接组成线圈，然后将这些线圈连接起来，在交流电机中，当确定了各相所属线圈边（也即槽号）之后，只要把各相的线圈边按电动势相加的原则进行连接，就可得到对称的三相绕组，而各线圈边连接的先后次序并不影响电动势的大小。连接时，应该使端部尽可能短以节省用铜量，同时也应考虑工艺方便。具体的连接可以有多种形式，大体上可有以下几种。

　　（一）等元件单层绕组

　　这种绕组每个线圈的节距都是相等的，以A相为例，根据图2a中A相所属的槽号，把在第一对极距范围内的1、2、3和10、11、12两部分槽内的线圈边连接起来，构成一个线圈组，即

　　同样，在第二对极距范围内，把属于A相的19、20、21槽和28、29、30槽的线圈边连接起来构成另一个线圈组：

　　显然，这两个线圈组的电动势是同相位的。它们之间可以串联或并联，视所需并联支路数a而定。串联时为了使电动势相加，两线圈组应采用“尾接头”的方法，如图4．10所示。

　　同理，可利用星形图把属于B相和C相的线圈边连接起来，即得到三相单层绕组。

　　采用图4的连接法时，每个线圈的形状和大小都是一样的，故称为等元件绕组。图中每个线圈的节距槽，是一个整距绕组。在每极每相整数槽的单层叠绕组中，每相在每对极下只有一个线圈组，因此每相最大的并联支路数。

图 4 三相单层等元件式绕组（A相）

　　（二）单层绕组交叉式连接

　　上面等元件式连接是将同一对极下的导体连接构成一个线圈组，若将某一导体和另一对极下的导体交错连接，就构成交叉式连接。还是以A相为例，第一个线圈组：

　　第二个线圈组：

　　交叉式连接的绕组展开图见图4。

图 5 三相单层交叉式绕组（A相）

　　（三）单层绕组同心式连接

　　在等元件式连接基础上，改变同一对极下的导体连接顺序，使线圈组中每个线圈的轴线重合，即为单层同心式绕组。还是以A相为例，第一对极距下导体的连接：

　　第二对极距下导体的连接：

　　单层同心式A相绕组展开图见图6。

图6 三相单层同心式绕组（A相）

　　从图5和图6可见，与等元件绕组比较，交叉式和同心式绕组只改变了同一相中各线圈边电动势相加的先后次序，这不会影响相电动势的大小。同时，每相都有相等数目的不同节距的线圈，所以各相绕组的阻抗也是相等的，因此，交叉式和同心式绕组也是三相对称绕组。在前述等元件绕组中，y₁＝9槽，是一个整距绕组。在图5和图6中，各线圈的y₁不相等，但从电动势星形图4．6来看，每相电动势大小与整距线圈是一样的。所以当q等于整数时，从电动势计算来看，单层交叉式和同心式绕组仍属于整距绕组。

　　交叉式绕组的端部排列比较均匀，便于制造和散热，常用于10kW以下的感应电机中。同心式绕组主要用在10kW以下的两端感应电机和单相感应电机中，因为在这种情况下，与其它形式绕组比较，同心式绕组的平均端接长度缩短了，而且重叠数较少，便于布置。

　　单层绕组的优点是槽内只有一个线圈边，没有层间绝缘，槽利用率较高。我国10kW以下的感应电机大多采用单层绕组。其缺点是不象双层绕组那样能灵活地选择线圈节距来削弱谐波电动势和磁动势，并且漏电抗也较大。