交流机的绕组

1.单相绕组

我们已经学过直流机的绕组，现在再来学习交流机的绕组，许多概念是共同的，这里不再重复。为简明计，绘制绕组图时用图6.1.1那样的示意方法。在图6.1.1中给出了两个元件，每个元件的匝数为Ny，元件有两个出线端子d和K。在图6.1.1中两个元件是串联的，亦即第一个元件的尾端K1和第二个元件的首端d2相连。图6.1.2表示一种定子单相绕组，假定这是一台交流发电机的定子绕组，电机的转子上有4个磁极。图示瞬间，定子槽1至6处于第一个N极区，定子槽7至12处于第一个S极区，定子槽13至18处于第二个N极区，定子槽19至24处于第二个S极区。位于N极区的导体产生的电势方向是向上的，位于S极区的另一些导体产生的电势方向是向下的。构成单相绕组的原则是让所有导体的电势都能串联相加，没有互相抵消的现象。

图6.1.1　绕组的示意图

图6.1.2　单相同心链绕组Z＝24；2p＝4

如果照图6.1.2那样接线，所有导体的电势都是串联相加的，得到的单相绕组是合理的。这种绕组把4个元件一个套一个安放，叫作同心链式绕组。定子槽数Z等于24，极数2p等于4，每极槽数Q为：

每极每相槽数q为：

单相绕组为什么不取q＝Q，而用q＝（）Q，这要等到讲分布系数时才能理解。在图6.1.2中有8个槽子没有使用，它们是槽1、6、7、12、13、18、19和24。图中用槽2和槽11中的两个元件边构成一个元件，节距最大。由槽5和槽8中的两个元件边构成的另一个元件节距最小。根据各个元件边的电势方向，也可以构成图6.1.3所示的分组同心链式绕组。这种绕组不是q个元件同心，而是q／2个元件同心。为了保证所有元件的电势都能串联相加，不发生互相抵消的现象，在图6.1.3中相邻的两组同心链不允许首尾串联，必须像图中所示那样采用尾尾相连或首首相连。

图6.1.3　单相分组同心链绕组Z＝24；2p＝4

图6.1.4　单相等节距绕组Z＝24；2p＝4

也可以如图6.1.4那样用等节距元件去构成单相绕组，它也使所有导体的电势都串联相加，相电势的大小和前两种绕组完全一样，不同的只是端接线的接法。这是一种单层等节距绕组，元件节距y为：

由于元件节距y等于电机的极距τ，所以称为整距绕组。同心链式绕组的元件节距虽然有大有小，但它产生的相电势大小和整距绕组完全一样，因此也是属于整距绕组的范畴。如果元件节距y小于τ，称为短距绕组。如果元件节距y大于τ，称为长距绕组。

2.两相对称绕组

首先介绍电角度。一台电机转子铁心的端面是个圆，从几何的角度来说可以分为360°，这样划分的角度为机械角度，即电机铁心圆周为360°机械角度或2π弧度。然而从磁场角度看，一对磁极便是一个交变周期，我们把电机的一对极（一个N极，一个S极）所对应的机械角度定为360°电角度。在图6.1.5中，我们用x轴表示将电机沿气隙展开方向，y轴表示磁密。一个圆周长用360°机械角度表示。不论电机的极数是多少（图中是4极），一个极对应180°电角度，一对极对应360°电角度，电机一个圆周对应p×360°电角度。

设电机的极对数为p，电角度与机械角度的关系为：电角度＝p×机械角度。

图6.1.5　机械角度与电角度

为了构成对称的两相绕组，得出的两个相电势除了大小完全相等外，还必须在时间上严格错开90°的电角度。电机的一个极距按电角度计算相当于180°，要求两个元件边产生的电势在时间上错开90°电角度，这两个元件边在电机定子圆周上必须彼此相距半个极距。对于整数槽绕组，规定每极每相槽数等于整数。令m代表绕组的相数，则每极每相槽数q的普遍表达式为：

仍取前面使用的24槽定子，将其制成极数等于4的两相对称绕组，m＝2则每极每相槽数：

我们仍采用整距绕组，取节距y＝6，亦即1至7槽下线，这是一个元件的两个边。已知每极每相槽数等于3，因此取相邻的3个元件串联，构成一个元件组。在图6.1.6中共有4个这样的元件组。为了对称，每相分得两个元件组。用α代表槽与槽之间按电角度计算的相角，也叫槽距（或槽距角）。由于电机定子圆周上的一个极距按电角度计算相当于180°，所以槽距：

式（6－6）说明相邻两槽中的导体电势在时间上相差30°电角度。不难理解，槽4中的导体电势必然比槽1中的导体电势滞后或引前90°电角度。为了保证两相电势互差90°，A相绕组从导体1进线，B相绕组从导体4进线。

3.三相对称绕组

三相绕组和两相绕组的区别只是绕组相数m由2增大为3，式（6－4）还是适用的。如果仍用24槽的定子去构成一个4极的三相对称绕组，则每极每相槽数：

我们采用同心链式绕组，由两个元件串联成一个元件组，每个元件组的元件数仍等于每极每相槽数。如图6.1.7所示，一共有6个元件组，3个大的，3个小的。为了对称，每相分得一大一小两个元件组。在图6.1.7中A相绕组用粗实线表示，B相绕组用细实线表示，C相绕组用虚线表示。A相绕组从槽1进线，B相绕组从槽9进线，C相绕组从槽17进线。三相绕组比较复杂，这里只简单介绍一下同心链式绕组。要说明这种绕组的合理性，那就需要分析三相绕组的电势，这是下一节的内容。

图6.1.6　两相等节距绕组Z＝24；2p＝4

图6.1.7　三相整距绕组Z＝24；2p＝4