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行业应用

ABB交流电机绕组的排列与连接

2016-12-01

ABB交流电机绕组的排列与连接介绍,如前所述,对称性对于电机的绕组是最重要的,因此,对称的三相绕组在定子的线槽中,也就是在空间上应按互差120°排列。此时,如果空间的旋转磁场为一对磁极,则当旋转磁场在空间旋转360°时,由于磁场与绕组之间产生了相对运动,即切割作用,所以在每个绕组中产生的感生电动势也变化一次,每个绕组中的感生电动势之间也相互差120°的电角度。因此,只要给出定子的槽数Z和磁极对数p,就可以根据对所要建立的旋转磁场及电动势的要求,确定绕组放置的排列位置及相互之间的连接方式,保证三相绕组两两之间空间和电动势都互差120°。
1.绕组设计的步骤
(1)确定极距τ
极距通常是指一对磁极下的磁极之间的距离或跨距。这一点对直流电机比较好理解,因为直流电机的磁极是有形的,而交流电机则不同,在交流电机中的旋转磁极是无形的、看不见的,并且只是在通入交流电、产生旋转磁场后,磁极的作用才能凸显出来。所以,这里的极距是指在旋转磁场中,等效磁极下的磁极间的距离或跨距,用τ来表示。其大小用等效磁极覆盖的定子槽个数来度量。若整个定子内表面圆周上所有的槽被2p个磁极所覆盖,则电机的磁极距为式中:Z为定子内表面圆周上所有的槽数;p为旋转磁场等效的磁极对数。
(2)确定每极下每相绕组占有的槽数q和相带
在确定了极距后,根据对称性的要求,很容易发现,当线圈的两个有效边的距离为一个极距时,通常称其为整距。对于3相绕组来说,在1个磁极下必然会有3个绕组或3个绕组线圈的有效边。根据这一现象,我们很容易确定每个磁极下每相绕组占有的定子槽数q,其计算公式为式中,m为定子的相数,对3相绕组而言,m=3。一般情况下q>1,即每相绕组占有定子槽中的q个槽,或者说,每相绕组可由q个线圈组成。该相绕组的q个线圈均匀地分布在这q个槽中,这种绕组称为分布绕组。q一般不会太大,通常为2~6。每个磁极下每相绕组占有的定子槽数q所对应的电角度或区域通常称为相带。
(3)组成相线圈组
极下,属同一相绕组的槽内,此时,将每一对磁极下属于同一相的线圈串联起来就构成了相线圈组。对单层绕组而言,由于每个槽内只有一个导体边,所以相线圈组的个数等于极对数p。而对双层绕组而言,由于每个槽内只有2个导体边,所以相线圈组的个数等于磁极数2p。
(4)组成相绕组
根据需要,将位于每对磁极下的,属于同一相的p个(单层)或2p个(双层)线圈组采用串联或并联的方法连接起来,就构成了交流异步电机定子中的一相相绕组。显然,每一相相绕组都只有两个引出线端,三相绕组共6个头。这6个引出线端可以构成星接(Y)和角接(Δ)。

2.三相单层绕组的排列
单层绕组即每个槽中只有一个线圈导体边(槽内导体为一层),而一个线圈有两个有效导体边。虽然单层和双层绕组的连接方式很多,但从产生磁动势的角度看,都可以看成是叠绕组连接。由于绕组线圈的节距都接近或等于一个极距,线圈的两个有效导体边分别被放置在同一对磁极的不同磁
⑥构成相绕组:当三相异步电机为一对磁极时,上述构成的一对磁极下的一相线圈组即为电机定子三相绕组中的一相绕组。然而,当电机为多对磁极电机时,需将每对磁极下的属于同一相的线圈组根据要求进行串联或并联连接,从而构成电机定子三相绕组中的一相绕组——相绕组。如图5-3所示中的A-X相绕组的排列展开图。由于相绕组不仅要满足每个线圈都要相同一致,还要满足空间几何对称,于是有图5-4中的定子三相相绕组排列展开图。
这种绕组排列形式的缺点是端接部分相互重叠部分较多,造成线圈端接部分相互交叉,给下线安装带来困难,散热条件也不好。同学们不妨大胆想像,还能如何连接,创新?

(2)三相单层同心式三相单层同心式连接就是一种不同的连接方式。三相单层同心式排列和连接展开图如图5-5所示。

从图中不难看出,每对磁极下的线圈呈现同心圆现象,内外线圈的跨距不等,大的套在小的外面,故称为三相单层同心式排列绕组。这种绕组排列形式的优点是端接部分相互错开,没有交叉,便于布线,散热好。缺点是线圈大小规格不等,模具不一致,给绕制、下线和管理带来不便。所以,这种绕制形式只用于跨距大、下线困难的2极电机。将图5-4与图5-5进行比较,可以发现:在线圈组内部,同一槽内的线圈有效边的连接顺序、方向发生了变化,如:原来有效边由叠式1连接7、2连接8变为同心式的1连接8、2连接7;线圈组的2个引出端也由不同线圈引出。图5-5中的粗线线圈组为A相一相绕组。但是,无论连接形式怎样改变,只要同一槽内的有效边导体中的电流方向没有发生变化,在线圈通入同样的电流后,2种不同排列形式的绕组所产生的磁场效应和磁场分布就不会改变,还是一样的。
小、方向一致,无论有效边怎样连接都可获得同样的磁场效应。根据这一结论,设计人员可以根据工艺上如何操作方便、如何做能够节省线圈的用铜量和均匀分布端接部分等要求,选择不同的线圈排列形式和连接顺序,从而形成不同的绕组形式。如单层叠加式、同心式,除此以外,还有链式和交叉式。

(3)三相单层链式绕组不妨设想,如果在不改变线圈有效边中的电流方向的前提下,只改变图5-5中的线圈端部连接方式,如:让线圈边2与7相连,8与13相连,14与19相连,20与1相连,组成一相绕组,即A相绕组,从而形成链式绕组。这种绕组的优点是每个线圈的大小相同,形式上为短矩线圈,节省材料。其缺点是端部交叉较多,造成下线较困难,散热也较差。适用于q=2、4、6、8的小型电机。