三相交流電機繞組
Three-phase AC motor windings

在“交流電機繞組”課件中介紹了交流電機繞組的基礎(chǔ)知識,介紹了單相電機的繞組,在本課件介紹三相交流電機的繞組。

三相交流電機繞組構(gòu)成基礎(chǔ)

大家知道三相交流發(fā)電機產(chǎn)生感應電動勢與三相交流電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場都來自電機中的一個重要部件,就是電機的繞組。

對三相交流電機繞組的基本要求是:

三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢波形與三相交流電動機的磁場必須接近正弦波,要達到需要的幅值。

三相繞組產(chǎn)生的電動勢或磁場必須對稱,各繞組的電阻,電抗要平衡。

繞組的銅耗要小,用銅量要小。

絕緣要可靠,機械強度高,易散熱,易制造。

三相交流電機中具體的繞組構(gòu)成主要依據(jù)以下幾個數(shù)據(jù):

磁極對數(shù)p 磁極對數(shù)p的電機的磁極個數(shù)為2p。例如1對磁極的電機在每秒50周的三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場為每分鐘3000轉(zhuǎn),2對磁極的電機在每秒50周的三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場為每分鐘1500轉(zhuǎn)。

極距τ 每個極所占的寬度(用槽數(shù)計量), τ=Z/2p Z為定子的總槽數(shù),

相帶q 每個極下每相所占的寬度(用槽數(shù)計量), q=Z/2pm m為相數(shù)。

例如:對于一臺總槽數(shù)為24,有2對磁極的三相電機,其極距為6,相帶為2。

采用相帶劃分法來設計繞組是一種基本的方法,簡單易行,主要步驟為:

1. 首先確定電機的相數(shù),電機的極數(shù),確定繞組的形式

2. 繪出有所有槽的圓圖,

3. 計算每極與每相的槽數(shù)

4. 計算極距與節(jié)距

5. 劃分相帶

6. 連接端部,構(gòu)成線圈

7. 連接線圈,構(gòu)成繞組

對于較復雜的繞組需其他方法,下面用相帶劃分法分析兩個三相電機的例子。

三相交流電機繞組構(gòu)成
2極6槽單層三相繞組

最簡單的是2極6槽三相繞組,在“三相交流發(fā)電機原理模型”課件中就是這種繞組,是最基本的繞組模式。其極距是3,相帶寬度是1。

設1、2、3槽為N極,4、5、6槽為S極(這里的極并非具體磁場的南北極),每極下有3個相帶,在N極與S極下的同一個相帶的槽連成線圈,相鄰相帶的繞向應相反。見圖1,圖中淺藍色線圈是U相繞組,綠色線圈是V相繞組,紅色線圈是W相繞組。

2極6槽單層鏈式繞組展開

圖1--2極6槽單層鏈式繞組展開

2極12槽單層鏈式三相繞組

6槽電機的鐵芯利用率太低,僅用于講解原理,較適用的三相電機至少是12槽,下面介紹一個2極12槽三相電機的單層鏈式繞組

簡單的計算得到該電機的極距是6,相帶寬度是2。圖2是2極12槽三相電機的圓圖,設1至6槽為N極,7至12槽為S極。

在N極與S極下各有U、V、W三個相帶,把N極與S極下的同一個相帶的槽連成線圈。槽1與槽8為一個線圈,槽1為首端,槽2與槽7為一個線圈,槽2為首端,兩線圈首尾相連接,組成U相繞組,保證同一繞組的各個有效邊在同性極下的繞向相同(電流方向相同),而在異性磁極下的的繞向則相反。V相繞組與W相繞組按相同方法連接組成。

相鄰相帶的線圈繞向相反,見圖2。

各相繞組的電源引出線(或)應相隔120度的電角度,在2極電機中電角度與機械角度相同,為120度,選取2槽為U1端、選取10槽為V1端、選取6槽為W1端;那么8槽為U2端、4槽為V2端、12槽為W2端。

2極12槽單層鏈式繞組圓圖

圖2--2極12槽單層鏈式繞組圓圖
圖3是2極12槽單層鏈式繞組展開圖。圖中淺藍色線圈是U相繞組,綠色線圈是V相繞組,紅色線圈是W相繞組。

2極12槽單層鏈式繞組展開圖

圖3--2極12槽單層鏈式繞組展開圖

在“三相交流發(fā)電機模型”課件中有2極12槽單層鏈式繞組的立體圖與繞組下線過程示意圖,并附有動畫。

在后面繼續(xù)介紹幾個三相繞組的展開圖,就不再作分析了。

2極12槽單層同心三相繞組

在交流電機繞組課件中介紹過單層同心式繞組,圖4是2極12槽單層同心三相繞組的展開圖。

2極12槽單層同心三相繞組

圖4--2極12槽單層同心三相繞組

2極18槽單層交叉三相繞組

圖5是2極18槽單層交叉三相繞組的展開圖。

2極18槽單層交叉三相繞組

圖5--2極18槽單層交叉三相繞組

2極18槽單層同心交叉繞組

圖6是2極18槽單層同心交叉三相繞組的展開圖。

2極18槽單層同心交叉繞組

圖6--2極18槽單層同心交叉繞組

2極12槽雙層疊繞三相繞組

在交流電機繞組課件中介紹過雙層疊繞三相繞組,圖7是2極12槽雙層疊繞三相繞組的展開圖。為簡化復雜的圖形,在雙層繞組中的線圈采用單框來表示。

2極12槽雙層疊繞三相繞組

圖7--2極12槽雙層疊繞三相繞組

2極18槽雙層疊繞三相繞組

圖8是2極18槽雙層疊繞三相繞組的展開圖。

2極18槽雙層疊繞三相繞組

圖8--2極18槽雙層疊繞三相繞組

4極24槽雙層疊繞三相繞組

圖9是4極24槽雙層疊繞三相繞組的展開圖。

4極24槽雙層疊繞三相繞組

圖9--4極24槽雙層疊繞三相繞組

4極24槽雙層三相波繞組

對于多極、繞組導線截面較大的大型電機,為節(jié)約極間連線用銅,常用波繞組。大型水輪發(fā)電機有數(shù)十對磁極,多采用波繞組。由于極數(shù)太多無法展示,下面僅以4極24槽雙層三相波繞組為例展示波繞組的連接特點。

4極24槽雙層三相波繞組

圖9--4極24槽雙層三相波繞組

三相交流電機繞組的連接

三相交流電動機一般把三個繞組的6個首、尾端引到機殼的接線盒內(nèi),與6個接線柱相連。在接線盒內(nèi)相互連接并與機外三相電源連接。主要有星形連接與三角形連接。

星形連接又稱為Y形連接,圖10左圖是3個繞組的星形接法,用螺旋線圈代表繞組。右圖是接線盒內(nèi)的接線板,板上有6個接線柱W2、U2、V2、U1、V1、W1,把W2與U2與V2用短接片連接起來(連接點稱為中性線N),U1、V1、W1分別與機外A、B、C三相電源連接。

三相繞組星形接法

圖10--三相繞組星形接法
三角形連接又稱為Δ形連接,圖11左圖是3個繞組的三角形接法,右圖是接線盒內(nèi)的接線板,板上有6個接線柱W2、U2、V2、U1、V1、W1。把W2與U1用短接片連接起來,并作為機外A相電源輸入端;把U2與V1用短接片連接起來,并作為機外B相電源輸入端;把V2與W1用短接片連接起來,并作為機外C相電源輸入端。

三相繞組三角形接法

圖11--三相繞組三角形接法

具體采用哪種連接方法,要依照電機銘牌上標注的接法進行連接。

大多數(shù)三相交流電動機采用三角形接法,但有的電動機銘牌上標有“電壓380V/220V”與“接法Y/Δ”,說明在電源的線電壓為380V時,采用Y形連接;當電源的線電壓為220V時,采用Δ形連接。

功率較大的三相異步電動機起動電流大,為避免對電網(wǎng)的過大沖擊,多采用“Y-Δ”起動,在起動時采用Y型接法,起動電流較小,待電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時再改為Δ型接法。

三相交流發(fā)電機一般采用星形接法直接引出機外。

 
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