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电枢绕组

[拼音]:dianshu raozu

[外文]:ar ture windings

电机的电枢中按一定规律绕制和连接起来的线圈组。它是电机中实现机电能量转换的主要组成部件之一。组成电枢绕组的线圈有单匝的,也有多匝的,每匝还可以由若干并联导线绕成。图1所示为一只线圈在槽中安置的情况。线圈嵌入槽内的部分称有效部分,伸出槽外的部分称做连接端部,简称端部。

电枢绕组分直流电枢绕组和交流电枢绕组两大类。它们分别用于直流电机和交流电机。

直流电枢绕组

通常采用双层绕组。线圈的有效部分包含左、右两个有效边。放在槽内且靠近槽口的有效边叫上层边,靠近槽底的有效边叫下层边。同一槽中上下层间用绝缘纸隔开。同一线圈上下两有效边沿圆周方向的距离即为线圈的跨距,通常用槽距(两相邻槽间距离)的倍数表示。跨距约等于一个极距(相邻两磁极的距离,也常用槽距的倍数表示)。

直流电枢绕组分叠绕组(图2a)、波绕组(图2b)和蛙绕组(图3)3种。每个线圈的两个出线端连接到换向器的两个换向片上,两者在换向器圆周表面上相隔的距离称为换向器节距,用Ys表示。不同形式的绕组具有不同的换向器节距。

(1)叠绕组:有单叠绕组和复叠绕组之分。单叠绕组是将同一磁极下相邻的线圈依次串联起来,构成一条并联支路,所以对应一个磁极就有一条并联支路。单叠绕组的基本特征是并联支路数等于磁极数。各条支路间通过电刷并联。

单叠绕组线圈的换向器节距Ys=1。Ys>1者称复叠绕组。比较常用的是Ys=2的复叠绕组,又称双叠绕组。双叠绕组在一个磁极下有两条并联支路。例如一台四极直流电机,采用双叠绕组时,共有8条并联支路。各条支路间也是通过电刷并联。电刷组数等于电机的极数。其中一半为正电刷组,另一半为负电刷组。叠绕组的并联支路数较多,它等于极数或为极数的整倍数,所以又叫并联绕组。

(2)波绕组:有单波绕组和复波绕组。单波绕组的特点是将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来,形成一条并联支路。所以整个电枢绕组只有两条并联支路。波绕组线圈的换向器节距

式中P为磁极对数;k为换向片数;a为使Ys等于整数的正整数,它等于波绕组的并联支路对数。单波绕组的a=1,而a=2的复波绕组称双波绕组,它可以看成是由两个单波绕组并联而成的复波绕组,故有4条并联支路;a>2者可类推,但用得很少。

波绕组从并联电路连接原理上说,只需两组电刷,即一组正电刷和一组负电刷。然而,通常直流电机中波绕组的电刷组数仍然等于其极数,这是为了减轻电刷和换向片接触面上的电流负荷,从而可以缩短换向器的长度。此外,对线圈电流的换向也有好处。

直流电枢绕组常由于某种原因造成各并联支路的电流不均匀分配,使铜耗增加,电枢绕组过热;有时也会使电刷下发生有害的火花,给电机运行带来不利影响。将电枢绕组内部理论上的等电位点用导线直接连接,就可以改善电机的运行条件。专门为此而设置的连接导线称为均压线。

(3)蛙绕组:由适当配合的叠绕组和波绕组混合而成的一种直流电枢绕组。叠绕组和波绕组的线圈接在同一换向器上并联工作(图3)。由于其线圈组合的外形很像青蛙而得名。这种绕组因波绕组线圈和叠绕组线圈之间互相起着均压线作用,故无需另外加接均压线。采用蛙绕组的直流电机有良好的运行性能,故其应用日益广泛。

交流电枢绕组

交流电枢绕组可分为卷线式和笼式两大类。

卷线式绕组又有以下几种分类法。

(1)按相数分类:有单相绕组和三相绕组。如果是三相的,要求三相绕组在磁场空间位置上对称分布,也就是各相间互差120°电角度。

三相绕组可接成星形(Y)或三角形(△),如图4所示。如果把D1~D6等6个线端都引出来,则可根据需要接成Y或△形。例如为了降低起动电流,使异步电动机起动时接成Y形,而运转时接成△形。

还有一种星-三角混合的接法。这种混接可有串联和并联两种。利用星-三角混接可以从三相电源中获得相当于十二相的电流系统。

并联混接中星形绕组部分和三角形绕组部分之间容易产生环流,所以实际上采用的以串联混接为多。

(2)按每相绕组在圆周上连续占有空间的电角度(俗称相带)分类:有120°相带、60°相带和30°相带等绕组。通常三相交流电机采用 60°相带绕组。在相同串联导体数下,60°相带绕组感应电动势约比120°相带绕组的感应电动势大 15%以上。30°相带绕组虽然可以进一步提高绕组利用率,但由于其绕组制造复杂,而感应电动势提高不多,故仅用在一些有特殊要求的场合,例如用于高效率电动机中。

(3)按槽内线圈边的层数分类:有单层绕组、双层绕组和单双层绕组。

单层绕组多用于小功率电机。和双层绕组相比,它的线圈数减半,故绕线及嵌线工作量较少。双层绕组可以任意选择绕圈跨距以改善电动势和磁通势波形,或用来削弱某一特定的有害谐波。它的所有线圈几何尺寸一致,便于制造,并且端部结构整齐,有利于散热,机械强度也高,因而,除了小型电机外,双层绕组在所有容量范围内都得到了广泛应用。单双层绕组是双层短距绕组的一种变形,其性能和对应的双层短距绕组相同,但端部接线较短。线圈的几何尺寸不等是它的一个缺点。

(4)按每极每相槽数q分类:有整数槽和分数槽两种。整数槽绕组应用最为广泛。

分数槽绕组主要用以削弱同步电机中危害极大的齿谐波,改善电动势波形和减少表面损耗。在低速多极的水轮发电机中用得很多。与整数槽绕组相比,分数槽绕组的磁通势中谐波较多,必须防止可能引起的振动和噪声。

此外,单层绕组中还可按线圈端部的连接方法分为同心式、链式和交叉式3种。

笼式绕组是异步电机中应用最广的一类交流电枢绕组。它的结构和定子绕组很不相同。在异步电机转子铁心的槽内各有一根导体条。铁心两端槽口外有两个端环分别将所有导体条的两端都连接起来,成一短接的回路。如果去掉磁路部分的铁心,只考虑导电的电路部分,则此绕组的形状像一个笼子(见三相异步电动机),故得名。笼式绕组的每根导体条就是一相。它可以和任意极数的旋转磁场相配合,在其中感生电流。笼式绕组中的感应电动势很小,所以一般不需要绝缘。

参考文章电动机电枢绕组短路或断路的现象?电气技术电枢绕组断路和短路原因是什么?电气技术

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