三相异步电动机绕组

2.3.2　三相异步电动机绕组

1．相关理论基础

在实习本课题之前必须学完《电机学》这门理论课，必须对电机的理论知识有一定的了解和掌握，以便更好地开展本课题的实习。

2．实训目的

（1）熟悉三相异步电动机绕组的组成及连接规律。

（2）掌握三相异步电动机绕组展开图的绘制方法。

3．实训内容

（1）绕组的有关术语

① 绕组元件

每相绕组由若干个线圈按一定规律连接而成，其中一个线圈称为一个绕组元件。每个绕组元件可以是单匝的，也可以是多匝的。绕组元件的符号如图2-28所示。图中（a）为单匝元件符号，（b）是多匝元件符号，（c）是多匝元件的简化图。电、磁能量的转换，靠嵌在铁芯槽中的直线部分，叫做有效边，露在铁芯外面的部分，起连接作用，叫做端部。应该把端部尽量缩短以节省导线。

图2-28　绕组元件符号

② 极距

定子铁芯内圆上，每个磁极所占的范围叫做极距。极距的大小可以用圆周长或槽数表示，实际上用槽数表示更为方便。如果以Z表示总的槽数，P表示磁极对数，τ表示极距，则它们的关系为：

【例2-6】有一台电动机定子铁芯共有36槽，磁极2对（4极），其极距是多少？

解：根据式（2-12）得：

③ 节距（又叫做跨距）

一个绕组元件两个有效边的距离称为节距。用y表示。节距有整节距（或全节距）、短节距、长节距之分：

（a）整节距　节距与极距相等时称为整节距，即y=τ。整节距绕组可以产生最大的电动势，因为元件的有效边分别在相邻磁极（异性磁极）的对应位置上。

（b）短节距　节距小于极距时称为短节距。短节距可以缩短端部连线，节省导线，提高电机效率，减小电机噪音。实践证明，节距与极距之比等于5/6左右时，对于减小电机噪音和改善启动性能最有利。

（c）长节距　节距大于极距时称为长节距。长节距的端部连线较长，用导线较多，除特殊电机外很少采用。

④ 电角度

电角度是指电动势、电流等变化的角度，它与机械角度不一定相等。定子圆周的机械角为360°，这是不变的。磁场每经过一对磁极变化了360°。同样，每经过一对磁极，电动势也变化了360°。定子圆周有2对磁极，电动势变化2×360°=720°，如果有P对磁极，则电动势变化为P×360°。可见电角度为机械角度的P倍。

⑤ 每极每相槽数（也叫做相带）

每相在每个磁极下所占有的槽数，叫做每极每相槽数。三相交流电机的每极每相槽数为：

式中，q为每极每相所占槽数，q个槽所占的区域叫做一个相带，每个磁极下有三个相带。一个极对应的电角度为180^o，故每个相带占有的电角度为60^o。

【例2-7】设一台三相异步电动机定子有36槽、2对磁极，问每极每相槽数是多少？

解：每磁极占有槽数为：

每极每相占有槽数为（即一个相带为3槽）：

⑥ 极相组

一个磁极下一个相带中的几个线圈（绕组元件）串联成一组叫做极相组。

⑦ 单层与双层绕组

一个铁芯槽中只安放一个有效边的绕组叫做单层绕组，一个铁芯槽中安装两个有效边（一个边在槽的上部，另一个边在槽的下部）的绕组叫做双层绕组。

（2）三相单层绕组

单层绕组的优点是嵌线比较方便，槽的利用率高，缺点是节距的选择受到限制，电动机的电磁性能不够理想，多应用于中、小型电动机中。

① 绕组的形式

单层绕组根据端部连线的不同可分为三种形式：

（a）同心式绕组

如图2-29（a）所示的绕组为同心式，同一个极相组的元件的节距大小不等，绕制时需用几个大小不同的模具，但几个元件同心地安放，端部连线不互相交叉，易于排列整齐。

（b）链式绕组

如图2-29（b）所示为链式绕组，绕组元件的节距相等，绕制比较方便。链式排列，端部连线交叉较多，端部整形较困难。

（c）交叉式绕组

如图2-30（c）所示为交叉式绕组。元件节距有两种，一大一小交叉安放。元件的绕制虽不如链式方便，但可以采用短节距绕组，对改善电动机性能有利。

交叉式绕组中，又可分为交叉链式和交叉同心式，如图2-30所示。

图2-29　绕组的形式

图2-30　交叉式绕组

② 对绕组的布置和连接的要求

（a）为了使三相绕组能够产生对称的旋转磁场，因此要求三相绕组要均匀又对称地分布于定子槽内，而且各相对应边之间应保持120°电角。

（b）每个元件的两个有效边分别处于相邻异性磁极的相对位置（对全节距而言）。

（c）同一个极相组中所有元件的电流方向应相同，而且极相组与极相组串联时，电流方向也应相同。

③ 单层绕组展开图

绘制单层绕组展开图的步骤和方法见例2-8。

【例2-8】一台三相异步电动机。定子铁芯有24槽，磁极1对。试绘制单层全节距链式绕组展开图。

解：节距：

每极每相槽数（相带）：

（3）绘图步骤

① 以直线段代表定子铁芯槽，画于平面上如图2-31（a）所示。两端向外伸出半个槽宽各作一条竖直线，两竖直线之间的距离即为定子内圆周长。按第1项要求，把圆周长分为2等分，每等分为一个极距；再在每极之下分为三等分，每一等分即为一个相带。自左至右依次在每一等分内标以字母U1、W2、V1、U2、W1、V2，共六个相带。

② 按第2项要求把相邻异极性下同一个相的相带中各槽连成元件如图2-31（b）所示。N极下U1相带与S极下U2相带中各4个槽依次连成元件为1-13、2-14、3-15、4-16。同理，把N极下V1相带与S极下V2相带中的各槽依次连成元件为9-21、10-22、11-23、12-24。

③ 按第3项要求，假设N极下所有槽中电流方向朝上，S极下所有槽中电流方向朝下。以N极下第1槽为首端U1，沿电流方向把U1相带的4个元件串联成一个极相组，第16槽为末端U2。再以N极下第9槽为首端V1，沿电流方向把V1相带的4个元件串联成一个极相组，第24槽为末端V2。

图2-31　三相24槽2极全节距链式绕组展开图

图2-32　三相24槽2极单层交叉链式绕组

④ 以S极下第17槽为首端W1，沿着逆电流方向把W1相带的4个元件串联成一个极相组，第8槽为末端W2，如图2-31（c）所示。至此，绕组展开图即完成，为什么W1相绕组要逆电流方向串联呢？因为三相电流不可能同时为正（或负），当U、V两相为正时，W相则为负。

上例为全节距，y=12槽（槽号为1-13），如果元件采用另一种方法组成，可以得到短节距绕组如图2-32所示，叫做交叉链式绕组。

【例2-9】三相异步电动机定于有24槽，4极，试绘制短节距（1-11槽）单层交叉链式绕组展开图。

解：分极、分相带方法与上例第1点相同。

组成元件时，把U1相带与U2相带中的槽分为两组，即3-13、4-14组成两个元件，1-15、2-16组成另两个元件，如图2-33（a）所示。这种连接法，元件的节距只有10槽，比全节距少2槽。

以第3槽为首端U1，沿电流方向把4只元件串联为一个极相组。

同理把V1与V2相带中的槽分为两组，即11-21、12-22、23-9、24-10组成4个元件，以第11槽为首端V1，沿电流方向把它们串联即得V相绕组，第23槽为末端V2，如图2-33（b）所示。

再把W1与W2相带的槽分为两组，即19-5、20-6和7-17、8-18组成4个元件，以第19槽为首端W1，逆电流方向把上述4个元件串联，第7槽为末端W2，即得图2-33（c）。

图2-33　三相24槽4极节距（1-6槽）

图2-34　三相24槽4极全节距链式绕组展开图

【例2-10】一台三相异步电动机定子槽数为24槽，磁极为4极，试绘制单层全节距链式绕组展开图。

解：把定子圆周长分为四等分，每等分为一个极距，再把每极距分为三等分，每等分为一个相带，自左至右在四个极下依次写上U1、W2、V1、U2、W1、V2，共分为12个相带，如图2-34（a）所示。

第一对磁极下，U1、U2相带中元件1-7、2-8组成一个极相组；第二对磁极下的U1、U2相带中元件13-19、14-20组成一个极相组，即U相有两个极相组。以第1槽为首端U1，沿电流方向把两个极相组串联成为U相绕组，第20槽为末端U2。

同理，把第一对磁极下的V1、V2相带中的元件5-11、6-12组成一个极相组，第二对磁极下的V1、V2相带中元件17-23、18-24组成一个极相组。以第5槽为首端V1，沿电流方向把两极相组串联为V相绕组。第24槽为末端V2。

余下的W1、W2相带，按9-15、10-16、21-3、22-4组成元件，以第9槽为首端W1，按逆电流方向依次把四个元件串联成为W相绕组，第4槽为末端，如图2-34（b）所示。

此例的节距为6槽（1-7槽），如果改用交叉式绕组，可以使节距减为5槽，成为短节距。

【例2-11】已知条件如例2-10所示，试绘制单层交叉式绕组展开图，节距y= 5槽（1-6槽）。

解：分极、分相带方法与前面相同。元件组成法为2-7、8-13、14-19、20-1。以第2槽为首端U1，沿电流方向把4个元件串联成为U相绕组，第20槽为末端U2，如图2-33（a）所示。

把V1与V2相带中的槽，按6-11、12-17、18-23、24-5组成元件，以第6槽为首端V1，沿电流方向把4个元件串联，第24槽为末端V2，如图2-33（b）所示。

把W1与W2相带的槽，按10-15、16-21、22-3、4-9组成元件，以第10槽为首端W1，逆电流方向把4个元件串联，第4槽为末端W2，如图2-33（c）所示。

4．实习作业

根据所给的电机空壳完成绕组的模拟绕制。