1、4.2 三相异步电动机的定子绕组 三相异步电动机的旋转磁场是依靠定子绕组中通以交流电流来建立的。因此，定子绕组必须保证当它通以三相交流电流以后，其所建立的旋转磁场接近正弦波形以及由该旋转磁场在绕组本身中所感应的电动势是对称的。因此需要了解定子绕组的基本要求和分类，也需要了解三相异步电动机定子绕组的基本概念。4.2.1 对三相异步电动机定子绕组的基本要求和分类 1对定子绕组的基本要求 （1）绕组通过电流之后，必须形成规定的磁极对数，这由正确的连线来确定。（2）三相绕组在空间布置上必须对称，以保证三相磁动势及电动势对称。这不仅要求每相绕组的匝数、线径及在圆周上的分布情况相同，而且要求三相绕组的轴线
2、在空间互差120电角度，因此一对磁极范围内六个相带的顺序为U1,W2,V1,U2,W1,V2。（3）三相绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布应尽量为正弦分布且旋转磁场在三相绕组中的感应电动势必须随时间按正弦规律变化。（4）在一定的导体数之下，建立的磁场最强而且感应电动势最大。（5）用铜量少，嵌线方便，绝缘性能好，机械强度高，散热条件好。对三相异步电动机定子绕组的基本要求和分类（续1）2定子绕组的分类定子绕组的分类 异步电动机定子绕组的种类很多，按相数分，有单相、两相和三相绕组；按槽中绕组数量的不同，有单层、双层和单双层混和绕组；按绕组端接部分的形状分，单层绕组有同心式、交叉式和链式之分；双层绕
3、组有叠绕组和波绕组之分；按每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整数槽和分数槽之分等。但构成原则是一致的。4.2.2 三相异步电动机定子绕组的几个基本概念三相异步电动机定子绕组的几个基本概念 从三相异步电动机的工作原理可知，定子三相绕组是建立旋转磁场，进行能量转换的核心部件。为了便于掌握绕组的排列和连接规律，先介绍有关交流绕组的一些基本知识与概念。1线圈线圈 组成交流绕组的单元是线圈。它有两个引出线，一个叫首端，另一个叫末端，如图4.8，在简化实际线圈的描述时，可用一匝线圈来等效多匝线圈，其中，铁心槽内的直线部分称为有效边，槽外部分称为端部，如图4.8所示。图4.8 交流绕组线圈 三相异步电动机
4、定子绕组的几个基本概念（续三相异步电动机定子绕组的几个基本概念（续1）2电角度与机械角度电角度与机械角度 电机圆周在几何上分成360，这个角度称为机械角度。从电磁观点来看，若磁场在空间按正弦波分布，则经过N,S一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。如有导体去切割这种磁场，经过N,S一对磁极，导体中所感应产生的正弦电动势的变化也为一个周期，变化一个周期即经过360电角度，因而一对磁极占有的空间是360电角度。若电机有p对磁极，电机圆周期按电角度计算就为p360，而机械角度总是360，因此电角度=p机械角度。3绕组及绕组展开图绕组及绕组展开图 绕组是由多个线圈按一定方式连接起来构成的。表示绕组的连
5、接规律一般用绕组展开图，即设想把定子（或转子）沿轴向展开、拉平，将绕组的连接关系画在平面上。三相异步电动机定子绕组的几个基本概念（续三相异步电动机定子绕组的几个基本概念（续2）4极距极距 每个磁极沿定子铁心内圆所占的范围称为极距。极距可用磁极所占范围的长度或定子槽数z1表示 或 式中D定子铁心内径 z1定子铁心槽数pD2pz215节距节距y 一个线圈的两个有效边所跨定子内圆上的距离称为节距。一般节距y用槽数表示。当 时，称为整距绕组，当y 时，称为短距绕组，当y 时，称为长距绕组。长距绕组端部较长，费铜料，故较少采用。pzy21三相异步电动机定子绕组的几个基本概念（续三相异步电动机定子绕组的几
6、个基本概念（续3）6槽距角槽距角 相邻两槽之间的电角度称为槽距角，槽距角 用下式表示 槽距角 的大小即表示了两相邻槽的空间电角度，也反映了两相邻槽中导体感应电动势在时间上的相位移。7每极每相槽数每极每相槽数q 每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数，以q表示 式中 m1定子绕组的相数1360zppmzq1124.2.3 三相单层绕组 单层绕组在每一个槽内只安放一个线圈边，所以三相绕组的总线圈数等于槽数的一半。现以z1=24，要求绕成2p=4，m1=3的单层绕组为例，说明三相单层绕组的排列和连接的规律。1计算绕组数据计算绕组数据6424211pz223224211pmzq3024360236
7、01zp三相单层绕组（续1）2划分相带划分相带 在图4.9的平面上画24根垂直线表示定子z1=24个槽和槽中的线圈边，并且按1,2,顺序编号。据q=2，即相邻2个槽组成一个相带（每个极距内属于同相的槽所占有的区域），两对磁极共有12个相带。每对磁极按U1,W2,V1（N极）U2,W1,V2（S极）顺序给相带命名，如表4.3所示。由表可知，划分相带实际上是给定子上每个槽划分相属，如属于U相绕组的槽号有1,2,7,8,13,14,19,20这8个槽。表4.3 槽号与相带对照表 相带槽号 极对数U1W2V1U2W1V2第一对磁极1,23,45,67,89,1011,12第二对磁极13,1415,16
8、17,1819,2021,2223,24三相单层绕组（续2）3画绕组展开图画绕组展开图（1）链式绕组 先画U相绕组。如图4.9所示，从同属于U相槽的2号槽开始，根据y=-1=5，把2号槽的线圈边和7号槽的线圈边组成一个线圈，8号和13号，14号和19号，20号和1号，共组成4个线圈，把这些同一极相的2p=4个线圈串联成一个U1U2线圈组，构成U相绕组。各线圈之间的连线按同一相的相邻的线圈边电流应反相的原则，连成一路串联，其规律是线圈的“尾连尾，头连头”。我们称一相绕组为链式绕组。链式绕组为等距元件，而且每个线圈跨距小，端部短，可以省铜，还有q=2的两个线圈各朝两边翻，散热好。对于三相绕组，仿上
9、可以画出分别与U相相差120的V相（从6号槽开始）相差240的W相（从10号槽开始）的绕组展开图，从而得到三相对称绕组U1U2,V1V2,W1W2。然后根据铭牌要求，将线引至接线盒上连接成Y或D。图4.9 三相单层链式（2p=4 q=2）U相绕组展开图 三相单层绕组（续3）（2）交叉式绕组 设q=3（如z1=36，2p=4，m1=3），其连接规律是把q=3的三个线圈分成y=-1的两个大线圈和y=-2的一个小线圈各朝两面翻，因此一相绕组就按“两大一小”顺序交错排列，故称之为交叉式绕组。端部连线较短，散热好，因此，p2，q=3的单层绕组常用交叉式绕组，如图4.10所示。图4.10 三相单层交叉式绕
10、组U相绕组展开图 三相单层绕组（续4）（3）同心式绕组 设q=4（如z1=24，2p=2，m1=3），在p=1时，同心式绕组嵌线较方便，因此，p=1的单层绕组常采用同心式绕组，如图4.11所示。图4.11 三相单层同心式绕组U相绕组展开图 三相单层绕组（续5）单层绕组的优点是每槽只有一个线圈边，嵌线方便，槽利用率高，而且链式或交叉式绕组的线圈端部也较短，可以省铜。但是从电磁观点来看，其等效节距仍然是整距的，不可能用绕组的短距来改善感应电动势及磁场的波形。因而其电磁性能较差，一般只能适用于中心高160mm以下的小型异步电动机。4.2.4 三相双层绕组 双层绕组是铁心的每个线槽中分上、下两层嵌放两
11、条线圈边的绕组。为了使各线圈分布对称，安排嵌线时一般某个线圈的一条边如在上层，另一条则一定在下层。以叠绕组为例，这种绕组的线圈用一绕线模绕制，线圈端部逐个相叠，均匀分布，故称“叠绕组”。为使绕组产生的磁场分布尽量接近正弦分布，一般取线圈节距等于极距 的 左右，即 ，这种y 的绕组叫短距绕组。这种绕组可使电动机工作性能得到改善，线圈绕制也方便，目前10kW以上的电动机，几乎都采用双层短距叠绕组。现以4极限24槽三相电动机为例，讨论三相双层叠绕组的排列和连接的规律。6565y三相双层绕组（续1）1计算绕组数据计算绕组数据 ，即为短距绕组。若y不为整数，则应当取整数，但y小于。2划分相带划分相带 画
12、24对虚实线代表24对有效边（实线代表上层边，虚线代表下层边）并按顺序编号；根据每个相带有q=2个槽来划分，两对极共得到12个相带，如表4.4所示。56524324,6424yq，表4.4 双层绕组相带划分 相带 槽号极对数 U1W2V1U2W1V2第一对磁极上层边1,23,45,67,89,1011,12下层边6,78,910,1112,1314,1516,17第二对磁极上层边13,1415,1617,1819,2021,2223,24下层边18,1920,2122,2324,12,34,5 三相双层绕组（续2）需要指出的是，对于双层绕组，每槽的上下层线圈边可能属于同一相的两个不同线圈，也可
13、能属于不同相的，所以表4.4所给出的相带划分并非表示每个槽的相属，而是每个槽的上层边相属关系，即划分的相带是对上层边而言。例如，13号槽是属于U1相带的，仅表示13号槽上层边，对应的下层边放在哪一个槽的下层，则由节距y来决定，与表4.4的相带划分无关。由表4.4可知，属于U相绕组的上层边槽号是1,2,7,8,13,14,19,20。三相双层绕组（续3）3画绕组展开图画绕组展开图 先画U相绕组。如图4.12所示，从1、2号槽的上层边（用实线表示）开始，根据y=5槽，可知组成对应线圈的另一边分别6,7号槽的下层（用虚线表示），将此属于同一个U相的相邻的q=2个线圈串联起来组成一个线圈组U11U12
14、。由图4.12可见，7,8号槽的上层边与对应的12,13号槽的下层边也串联成属于U相的另一个线圈组为U12U22。同理，由13,14槽的上层边与对应的18,19槽的下层边。19,20槽的上层边与对应的24,1号槽的下层边可得U相的另两个线圈组为U13U23和U14U24，此例两对磁极电机的每相共有4=2p个线圈组。由此可知，双层叠绕组每相共有2p个线圈组。图4.12 三相双层短距叠绕组U相绕组展示图三相双层绕组（续4）此例的四个线圈组完全对称，可并可串。串并联的原则仍然是：同一相的相邻极下的线圈边电流应反相，以形成规定的磁场极数。这四个线圈组可并可串，得到的并联支路数可以为a=1,a=2,amax=2p=4。同理可画出V，W相绕组展开图，然后再连接成Y或D而得到三相对称的双层叠绕组。
