​电机绕组概述

电机绕组概述

一电机绕组分类

根据所起作用不同，绕组主要分两大类：

一类是为了产生气隙主磁通的主极励磁绕组；

另一类是与主磁通相对运动感生电动势的电枢绕组。

异步电机的定子绕组兼起励磁绕组的作用，转子绕组则感生电动势与电流。

直流电机除电枢绕组和励磁绕组外，为了改善换向，大都装有换向极绕组和补偿绕组；同步电机，为了防止振荡和改善某些性能，或因起动需要，一般装有阻尼绕组或起动绕组，但对于小型电机，这些绕组往往可以省略。

交流电机中的电枢或定子绕组，简称为交流绕组；直流电机中的电枢绕组，称为直流电枢绕组。

交流绕组有多种分类方法：

按绕组布置分类有集中绕组及分布绕组；

按相带分类，有和相带绕组；

按每极每相槽数分类，有整数槽绕组及分数槽绕组；

按槽内线圈边层数分类，有单层绕组双层绕组和单双层绕组；

按线圈形状和端部连接方式分类，有叠绕组波绕组以及同心式链式交叉式绕组；

按绕组产生磁势波形分类，有正弦绕组和梯形绕组。

直流电枢绕组，一般按绕组元件与换向片之间连接规律不同而分为叠绕组波绕组和蛙绕组。

二电机交流绕组

绕组的构成原则是：

在一定的导体数下，绕组的合成磁动势及电动势在空间波形分布上力求接近正弦波形，在数量上力求获得较大的基波磁动势和基波电动势，而且绕组的损耗要小，用铜量要省；

对多相绕组各相磁动势和电动势要对称，电阻和电抗要平衡。

交流绕组根据相数，有单相两相三相和六相等接线方法，大多采用三相，但在小功率电机中，单相采用较多。常用的三相交流绕组型式有单层同心式单层交叉式单层链式双层叠绕双层波绕和单双层绕组。单层绕组每槽放一个线圈边，它等效于全距分布绕组。单层同心式绕组由几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。单层交叉式绕组用于为奇数时，绕组由线圈个数和节距不等的两种线圈构成。单层链式绕组由形状几何尺寸和节距相同的线圈连成。双层绕组每槽分上下两层放两个线圈边。双层绕组所有线圈的形状几何尺寸相同，端部排列整齐，可选择有利节距，以改善电动势和磁动势波形。双层绕组分叠绕组及波绕组。叠绕组线圈的合成节距(，常取；波绕组(为极距。线圈节距可分为整距(短距或长矩，但一般不用长距线圈。双层叠绕组广泛用于大中小型同步电机及异步电机的定子绕组。双层波绕组可减少线圈组之间的连接线，常用于多极数凸极同步电机，特别是水轮发电机的定子绕组及绕线转子异步电机的转子绕组。单相交流绕组用于单相电机，一般由两个轴线在空间错开电角度的绕组组成：一个称为工作绕组或主绕组，从电源输入功率，用以产生主磁场；另外一个称为起动绕组或辅助绕组。起动时，两个绕组磁动势在气隙中建立合成旋转磁动势，起动电动机。根据不同的运行特性要求，有些单相电机的主辅绕组占总槽数的比例分别为和，有些单相电机则是两个绕组所占槽数相等。单相绕组有单层双层和正弦绕组等不同型式。单层绕组在小功率电机中使用较多，一般做成同心式绕组。双层绕组一般采用链式绕组，当采用节距为时，可以消除绕组磁动势中的三次谐波，有利于起动。正弦绕组从线圈的形状来看，与单层同心式绕组相似。但定子每槽内导体数不等，其目的是使磁动势分布接近于正弦波形。正弦绕组能显著地削弱高次谐波，从而改善电动机的运行性能，对控制电机，则可提高电气精度，但有些槽的槽满率较低，绕组因数较小，影响了铁心和绕组的利用率。为此，近年来出现了具有大小不同槽形的设计。

三绕组感应电动势及绕组因数

绕组每个线圈的感应电动势可按电磁感应定律求得，若每极磁通以频率相对于匝数为的线圈作周期性变化，则线圈的感应电动势平均值为对交流电机，感应电动势按有效值计算，若绕组每相串联匝数为，并用绕组因数(来考虑线圈分布和短距的影响，则绕组感应电动势为(式中：—波形因数，若气隙磁场为正弦分布，。感应电动势的谐波分量为(式中(：—对应于次谐波的频率磁通和绕组因数。绕组因数(是分布因数(和短距因数的乘积，对于基波((对于次谐波((对于整数槽绕组，分布因数可用下式表示：短距因数可用下式表示：式中：—绕组节距比，，：—节距，：—极距，均以槽数计。

四直流电枢绕组，短路绕组与磁极绕组

直流电枢绕组属于闭合绕组，通过换向器被正负电刷分成若干并联支路，并通过电刷与外电路相连。直流电枢绕组可分为叠绕组和波绕组，以叠绕组为基础与波绕组复合还可组成蛙绕组。根据并联支路数的多少，直流电枢绕组又可分为单绕组和复绕组，如单波绕组复波绕组等。电枢绕组各对支路的对应元件在磁场中的位置都相同时，称为对称绕组。对称绕组的特点是：在磁极对称分布的情况下，各对支路的电动势都相等，而每对支路内部环路中的电动势之和等于零，因此，空载时绕组内部没有环流。实际上，由于材料的不均匀性，以及各极下气隙的大小的偏差，使各极下的总磁通不等，引起各对支路内感应电动势之间彼此不平衡，引起环流而使电机性能恶化。为此，可将电枢绕组中电位相等的“等电位点”用均压线连接起来，以消除各对支路间的不平衡现象。各种绕组的应用范围如下：单波绕组主要用于正常电压电枢电流小于的中小型直流电机中；单叠和复波绕组主要用于电枢电流大于容量为几百千瓦的电机；两极电机一般都用单叠绕组，并联支路数为，不用均压线；复叠绕组并联支路较多，用于低电压大电流的直流电机中；蛙绕组不需接均压线，其换向性能较好，但散热条件较差，按其基本绕组叠绕组确定适用范围。异步电机的笼型转子绕组及同步电机的阻尼绕组一般自成闭合回路，统称为短路绕组。异步电机笼型转子绕组由置于铁心槽中的导条及将导条短接的端环组成。导条形状有圆形矩形梯形特殊形状以及双笼导条，主要根据电机起动性能的要求选定。常用的有铸铝笼及焊接铜或铝笼。随着变频技术的发展，特殊槽形和双笼导条日趋少用。应该指出，为了避免谐波附加转矩和单向磁拉力，转子槽数的选择非常重要。同时为了改善起动性能和降低噪声，可采用导条偏斜个定子槽距离的斜槽转子。同步电机的阻尼绕组结构与异步电机笼型绕组结构相似。阻尼绕组可对负序电流起阻尼作用，并可抑制同步电机的振荡，提高电机运行的可靠性。对于同步电动机还可作为起动绕组使用。主磁极绕组流过直流电流建立励磁磁场，它按所需的励磁磁动势设计。隐极同步电机的励磁绕组为同心式分布绕组，嵌在转子槽中，其励磁磁动势的波形为阶梯形波。凸极同步电机和直流电机的磁极绕组为安装在磁极铁心上的集中绕组，其磁动势的波形为矩形。