三相异步电动机的基本结构及运行详细分析(4)

与1组成另一个小线圈组，如图9-11(a)所示。

用同样的方法可得,V相4个线圈组为8—16和9—17、18－25、26-34和27—35、36-7；W相的4个线圈组为14—22和15—23、24-31、32-4和33—5、6—13，如图9-11(b)所示。

图9-11 交叉式绕组 （a）U相绕组；（b）三相绕组。

（4）确定各相绕组的出线端

各相绕组的出线端彼此相隔120°电角度。由于本题电机的槽距角为 a?则120电°角度相隔

360??p360??1??20? Z136120?＝6槽。 20?将U相绕组出线端的首端U1定在第2槽，则V相首端V1在第8槽，W相首端W1在第14槽，如图9-11(b)所示。

（5）顺着电流方向把同相线圈连接起来

按“头接头、尾接尾”的方法，将U相各线圈沿电流方向连接起来，便形成U相绕组的展开图，如图9-11(a)所示。同理，可连成V相绕组和W相绕组，从而得到三相绕组的展开图，如图9-11(b)所示。

国产JOZ-31-4型、JOZ-32-4型、Y132M-4型等三相异步电动机的定子绕组都是采用这种交叉式绕组。

单层绕组的构成最主要的是确定三相绕组的各个线圈在定子槽中的分布规律，只要保证每相绕组所属的槽号及电流方向，改变绕组元件的端接形式，对电磁效果就基本上没有影响。上面讨论的3种形式的单层绕组，它们从外部结构上看虽各不相同，但从产生的电磁效果角度看则基本上是一致的。因此到底选用哪种结构形式，主要要从缩短端接部分的长度（即节省有色金属）出发，当然也要考虑嵌线工艺的可能性。同心式绕组因端节部分较长，一般只在嵌线比较困难的两极电机中采用，功率较小的4极、6极、8极电机采用链式绕组，少部分的两极、四极电机采用交叉式绕组。

单层绕组的优点是结构简单，嵌线比较方便，槽的利用率高（因无层间绝缘）。其最大的缺点是产生的磁场和电势波形较差（与正弦波相差较大），从而使电机铁损和噪音都较大，起动性能不良，故多用于小容量的三相异步电动机中。

三、三相双层三绕组

双层绕组的每个槽内有上层、下层两个线圈边，每个线圈的一条边嵌放在某一槽的上层，另一条边嵌放在另一槽的下层，整个绕组线圈数正好等于槽数。

双层绕组可以选择最有利的节距，所有线圈具有同样的形状和尺寸，便于制造，端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度，所以容量较大（10kW以上）的三相异步电动机的定于绕组一般均采用双层绕组。

双层绕组可分为叠绕组和波绕组两种形式。叠绕组在嵌线时，两个互相串联的线圈，总是后一个叠在前一个上面，所以称为叠绕组。以下仅举例说明三相双层叠绕组的结构及展开图的绘制方法和步骤。

［例9-4］一台三相4极异步电动机，定于绕组为双层叠绕组，定子精数为36，节距Y=7，试绘出其绕组展开图。

【解】（1）分极、分相 每极所占槽数 ?=

z136??9槽 2p2?2每极每相槽数 q?z136??3槽 2pm2?2?2由计算可知，该电机每极下共有9个槽，整个定子可分为12个相带，每相带内有3个槽，采用与【例9-1】相同的方法分极、分相，如图9-12（ａ）所示。

（2）标出U相线圈有效边的电流方向

图9-12中，实线表示上层边，虚线表示下层边，每个线圈都由一根实线和一根虚线组成，各线圈的编号都用其上层边所在的槽号表示。设S极下线圈上层边的电流方向向上，则N极下线圈上层边电流方向向下，如图9-12（ａ）中箭头方向所示。

（3）按绕组节距的要求把同一相的线圈边按电流方向连成线圈并组成极相组

对U相绕组来说，因线圈节距Y=7槽，则第1槽的上层边与第8拾的下层被凌荡起来构成线圈1，第2槽的上层边与第9槽的下层边连接起来构成线圈2，以此类推，即可构成定子绕组U相的全部12个线圈。

将线圈1、2、3串联起来，19、20、21串联起来，分别组成了两个对应于S极下的极相组；将线圈10、11、12串联起来，28、29、30串联起来，分别组成了两个对应于N极下的极相组，如图9-12（ａ）所示。

（4）确定各相绕组的出线端

各相绕组的出线端彼此相隔120°电角度。由于本题电机的槽距角为

360??p360??2??20? z136120??6槽。 则120°电角度相隔20? ??由于U、V、W三相绕组出线端的首端应相隔1200电角度，将U相出线端的首端U1定在第1槽，则V相首端V1在第7槽，W相首端W1在第13槽，如图9-12(b)所示。

（5）顺着电流方向把各极相组连接起来

U相绕组中各线圈的电流方向如图9-12（ａ）所示，沿电流方向将U相绕组的4个极相组按“头接头，尾接尾”的方法连接起来，便形成U相绕组的展开图，如图9-12（ａ）所示。同理，可连成V相绕组和W相绕组从而得到三相绕组的展开图，如图9-12(b)所示。

图9-12 双层叠绕组 （a）U相绕组；（b）三相绕组。

上述绕组的连接，是假定绕组的并联支路数ａ＝1来分析的，即各相绕组的4个极相组串联成一条支路。若要求并联支路数ａ＝2，则只要改变各相绕组的4个极相组之间的连接。以U相为例，把第一对极中S极下的极相组1—2—3与N极下的极相组10—11—12用“尾接尾”的方法连接起来组成一条支路，而把另一对极中S极下的极相组19—20—21与N极下的极相组28—29—30用“尾接尾”的方法连接起来组成另一条支路，然后再把这两条支路的首端与首端（线圈1和线圈19的首端）相连，作为U相绕组的首端U1，尾端与尾端（线圈10和线圈28的首端）相连，作为U相绕组的尾端U2，即得到两条并联支路。

由上所述可知，双层叠绕组每相的极相组数正好等于电机的极数。而每个极

相组都可单独成为一条支路，因此，双层叠绕组每相的最大并联支路数等于电机磁极数。

第三节 交流绕组的电势和磁势

一、三相定于绕组的电势

通过单层链式绕组、同心式绕组和交叉式绕组等的展开图，可以看出，这些绕组的线圈是按照一定的规律分布排列着，且它们的线圈节距均小于其极距，也就是说，它们是分布线圈绕组。相比较而言，可以说变压器原、副边绕组都是集中线圈绕组。根据电磁感应定律可以证明，三相异步电动机定于绕组的相电势E1为：

E1=4.44f1N1ΦmKw。 （9-7） 式（9-7）中,f1为三相定子绕组中电流的频率；N1为每相定子绕组总的串联匝数；Φm为异步电动机的每极磁通；Ｋw=ＫyKq为绕组因数。

Ky称为节距因数，它的数值与线圈节距有关，它表示短距线圈和长距线圈电势的减小程度，短距线圈和长距线圈的Ky＜１，整距线圈的Ky=1。

Kq称为分布因数，它的数值与线圈分布有关，它表示分布线圈电势的减小程度，分布线圈的Kq＜1，集中线圈的Ｋq=1

二、三相定子绕组的磁势 1．单相绕组的磁势

在三相定于绕组中通入三相正弦波的电流，则三相定子绕组中的每一个单相绕组所产生的磁势为脉动磁势。所谓脉动磁势，就是磁势的轴线（即磁势幅值所在的位置）在空间固定不动，但振幅不断随时间而变化的磁势。

可以证明，单相绕组脉动磁势f?(x,t)的数学表达式可以写成： f?(x,t)?F?cosxcos?t （9-8）

式（9-8）中：F?为磁势的幅值;x为空间坐标;t为时间坐标；?为绕组中正弦交流电的角频率。

从式（9-8）可见，在任一瞬间，磁势的空间分布为一余弦波，但在空间任何一点的磁势，则又随时间作余弦变化。或者说，该磁势既是空间函数又是时间函数。

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