涨知识 | 交流电机绕组
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接上篇：三相交流发电机结构
在发电机中绕组是产生电动势的部件，在电动机中绕组是产生机械力的部件，电机绕组是能量转换的主要部件，绕组是电机中最重要的部件，定子铁心与转子铁芯只是为了减少磁阻，增大磁通的磁路。
在直流电机中有定子绕组与转子绕组，在交流电机中同样有定子绕组与转子绕组，本课件介绍交流电机绕组的基础知识。
交流电机主要有单相电机与多相电机，多相电机主要是三相电机。
在本栏目“三相交流发电机原理模型”课件中介绍了三相交流发电机的原理，在电动机栏目中“三相交流电产生的旋转磁场”课件中介绍了三相交流电的特点。那里的模型用的是单圈导线代表绕组，距实际应用有点距离，在本课件中我们介绍实际交流电机绕组的基本结构。
图1是一个交流电机的定子铁芯，由多片冲压成形的硅钢片叠成，在铁芯内圆周均匀分布着齿与槽，定子线圈嵌放在槽内。
图1--交流电机定子铁芯
圆周排列的线圈不易观看与分析，在描述一个电机绕组的布置与连接时，通常采用展开图来表示，也就是把在圆柱面的铁芯展开成平面，铁芯槽中分布的绕组也展开成平面，就直观多了。
一个电机的绕组由多个线圈组成，在图2中介绍了在展开图中线圈的表示方法。
图2--线圈的表示图
图2左图是一截铁芯上的一个线圈，一个线圈是由多圈导线绕制而成，是多匝线圈，嵌在铁芯槽内的部分称为有效边，在铁芯两边的称为端部，可以理解为线圈的有效边是参与切割主磁场，是有效部分，而线圈在槽外部分仅起连接有效边的作用。线圈的两个线端称为首端与尾端，本课件中按绕制方向定义首端与尾端。
为简单清晰的表示，在展开图中用线框来表示线圈，图2中图是用开口线框表示只有一匝的线圈（在复杂的图中也用来表示多匝线圈），图2右图是用闭合线框表示多匝线圈。一个线圈的两个有效边间隔的槽数称为节距 y，图2中线圈的节距为3。
绕组的分类
按槽内线圈的层数分为单层绕组、双层绕组、多层绕组。 在单层绕组中有链式绕组、同心式绕组、交叉式绕组，在双层绕组中有叠绕组与波绕组，这仅是常见的分类。
单层叠式绕组 同一相的几个线圈叠在一起，后一个线圈叠在前一个线圈后面。图3右图是绕组的展开图，左图是展开的立体图。
图3--单层叠式绕组
单层同心式绕组 同一相的几个线圈根据需要一个套一个按同心排列，图4是2个同心线圈的展开立体图。
图4--单层同心式绕组立体图
图5是两个同心线圈组成的绕组的展开图，左图有两个线圈连接线。在许多展开图中采用简单画法，中图是用直接连接方法表示两个线圈的连接；右图是省去连接线的表示方法。
图5--单层同心式绕组展开图
单层链式绕组 同一相的几个线圈根据需要一个接一个呈链式排列，图6右图是绕组的展开图，左图是展开的立体图。
图6--单层链式绕组
双层叠绕式绕组 两个线圈根据需要一个的一个边叠在另一个的一个边上，图7右图是绕组的展开图，左图是展开的立体图。
图7--双层叠绕式绕组
以上只是常见的绕组形式，其他形式请自找资料查阅。
交流电机绕组构成基础
交流电机中具体的绕组构成主要依据以下几个数据：
磁极对数p，磁极对数p的电机的磁极个数为2p。例如1对磁极的电机在每秒50周的三相交流电产生的旋转磁场为每分钟3000转，2对磁极的电机在每秒50周的三相交流电产生的旋转磁场为每分钟1500转。
极距τ，每个极所占的宽度（用槽数计量），τ=Z/2p Z为定子的总槽数
相带q，每个极下每相所占的宽度（用槽数计量）， q=Z/2pm m为相数
例如：对于一台总槽数为24，有2对磁极的三相电机，其极距为6，相带为2。
采用相带划分来设计绕组是一种基本的方法，简单易行，主要步骤为：
1. 首先确定电机的相数，电机的极数，确定绕组的形式
2. 绘出有所有槽的圆图
3. 计算每极与每相的槽数
4. 计算极距与节距
5. 划分相带
6. 连接端部，构成线圈 7. 连接线圈，构成绕组
对于较复杂的绕组需其他方法，本课件仅介绍相带划分法。
单相交流电机绕组构成
由于单相交流电不能产生旋转磁场，实际应用是把单相交流电分成二相交流电U相与V相，两相间相位相差90度，所以单相交流电机绕组实际是二相交流绕组。下面举例介绍单相交流电机绕组的构成。
单相2极8槽单层链式绕组
二相交流绕组由两个相互垂直的绕组组成，对于2极电机有2相绕组，最简单是一个绕组仅一个线圈，整个电机只需2个线圈4个槽。只有4个槽的铁芯利用率太低，实际电机至少是8个槽，对于8槽定子极距为4，相带宽度为2。
在图8右图中右图是圆形图，圆形图较直观。先分配1号槽至4号槽为北极，分配5号槽至8号槽为南极。在N极（北极）下分配1号槽与2号槽为U相带，分配3号槽与4号槽为V相带。在S极（南极）下分配5号槽与6号槽为U相带，分配7号槽与8号槽为V相带，见图中彩色标记。
在图上的槽内有效边标上导线的绕制方向（首端到尾端），在同一极下相邻的相带方向相反。
在U相带建立线圈，1号槽与6号槽为一个线圈，定1号槽为首端；2号槽与5号槽为另一个线圈，定2号槽为首端，2个线圈首尾相连组成U相绕组，定2号槽为U1端，6号槽为U2端。
在V相带建立线圈，3号槽与8号槽为一个线圈，4号槽与7号槽为另一个线圈，2个线圈首尾相连组成V相绕组，定8号槽为V1端，4号槽为V2端。
U相绕组与V相绕组成90度角。图8左图是按此规则排列的展开图。
图8--单相2极8槽单层链式绕组
单相4极16槽单层链式绕组
对于转速慢一倍的单相电机采用4极电机，下例是单相2极16槽电机，仍采用单层链式绕组，就不再进行解析了，仅显示布线图。图9是圆形图，图10是展开图。
图9--单相4极16槽单层链式绕组圆图
图10--单相4极16槽单层链式绕组展开图
单相2极16槽单层同心式绕组
图11是采用单层同心式绕组的2极16槽电机圆图，图12是采用单层同心式绕组的2极16槽电机展开图。
图11--单相2极16槽单层同心式绕组圆图
图12--单相2极16槽单层同心式绕组展开图