性能特點(diǎn)和作用說明

發(fā)電機(jī)繞組的型式和特點(diǎn)

 

三相交流發(fā)電機(jī)的繞組有兩部分，即嵌置在定子鐵心槽內(nèi)與電源相聯(lián)接的定子繞組，以及經(jīng)短路后自成回路的轉(zhuǎn)子繞組。繞組為在空間上互差120°電角度的三相對(duì)稱繞組。當(dāng)在該三相對(duì)稱繞組內(nèi)接入三相對(duì)稱交流電源時(shí)，發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙中將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割定、轉(zhuǎn)子繞組而分別在其中感生電動(dòng)勢，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢則在自成閉合回路中的轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)產(chǎn)生短路電流。轉(zhuǎn)子電流與氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子以機(jī)械能去拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。因此三相交流發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組，在完成電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程中具有相當(dāng)重要的作用。

 

一、轉(zhuǎn)子與定子基本組成

 

交流發(fā)電機(jī)在各行業(yè)上廣泛使用，雖然局部結(jié)構(gòu)有所不同，但其基本結(jié)構(gòu)都是由轉(zhuǎn)子、定子、整流器和端蓋四部分組成的。

1、轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子總成的作用是產(chǎn)生磁場，它由兩塊爪極、磁場繞組和滑環(huán)等組成。兩塊爪極（各具有六個(gè)鳥嘴形磁極）壓裝在轉(zhuǎn)子軸上，在兩塊爪極的空腔內(nèi)裝有磁軛，磁軛上繞有磁場繞組，如圖1所示。磁場繞組的兩引出線分別焊接在與軸絕緣的兩個(gè)骨環(huán)上，兩滑環(huán)之間彼此絕緣，滑環(huán)與壓裝在后端蓋上的兩個(gè)由別相接觸，當(dāng)兩個(gè)由別與直流曲源接面時(shí)，磁場華細(xì)中便有電流流過，并產(chǎn)生軸向磁通，使一塊爪極磁化為N極，另一塊爪極磁化為S極，從而形成六對(duì)磁極。

2、定子

定子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，它由定子鐵心與定子繞組組成。定子鐵心由內(nèi)圓帶槽的環(huán)狀硅鋼片疊壓而成，三相定子繞組對(duì)稱安放在定子鐵心槽內(nèi)。為了在三相繞組中產(chǎn)生大小相等、頻率相同、且相位互差120°的對(duì)稱電動(dòng)勢，每相繞組的線圈個(gè)數(shù)及每個(gè)線圈的匝數(shù)都是完全相同的。三相繞繞組的連接方法可以分為星形接法和三角形接法兩種，如圖2所示。星形接法有低速充電性能好的優(yōu)點(diǎn)，所以目前交流發(fā)電機(jī)多采用星形接法。

三角形接法的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部損失小，在高轉(zhuǎn)速時(shí)能產(chǎn)生較大的輸出電流，主要用在高轉(zhuǎn)速時(shí)要求有高輸出功率的交流發(fā)電機(jī)上。三角形接法的缺點(diǎn)是低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出電壓較低。

 

圖1 交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)定子繞組的連接方法

 

二、定子繞組的型式

三相交流發(fā)電機(jī)定子繞組的型式比較多，按照它們不同的分布組合方式和特點(diǎn)分為：

1．根據(jù)繞組線圈元件邊在槽內(nèi)的不同布置形式可分為單層繞組、雙層繞組和單雙層混合繞組。

2．根據(jù)繞組端部接線方式的不同，可以分為疊繞組和波繞組。

3．根據(jù)繞組布置形式及端部形狀的不同，分為鏈?zhǔn)嚼@組、交叉鏈?zhǔn)嚼@組、同心式繞組、雙層疊繞組等。

4．根據(jù)繞組線圈制造工藝的不同，分為集中式繞組和分布式繞組及散繞線圈與成形線圈等。

5．根據(jù)發(fā)電機(jī)每極每相槽數(shù)在定子鐵心空間所占電角度的數(shù)值，分為30°、60°、120°相帶繞組。因60°相帶繞組的分布系數(shù)較高而且聯(lián)接較簡單，故絕大多數(shù)三相電機(jī)均采用60相帶繞組。

 

圖2 發(fā)電機(jī)定子繞組平面結(jié)構(gòu)圖

圖3 發(fā)電機(jī)定子繞組側(cè)視結(jié)構(gòu)圖

三、定子疊繞組的特點(diǎn)

三相交流發(fā)電機(jī)定子繞組的聯(lián)接必須保證使每個(gè)線圈元件都符合建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的整體要求。聯(lián)接時(shí)首先應(yīng)將各個(gè)線圈元件接成或繞成極相組；再把各個(gè)極相組聯(lián)接成并聯(lián)支路或相繞組（指單路接法時(shí)）；然后將各極相組聯(lián)接成相繞組并接上引出線。定子繞組根據(jù)發(fā)電機(jī)的極數(shù)與繞組實(shí)際形成極數(shù)的關(guān)系，分為顯極和庶極兩種接法。

1、 顯極接法與庶極接法的區(qū)別

三相交流發(fā)電機(jī)繞組在采用顯極接法時(shí)，它的每個(gè)極相組（或線圈）均形成一個(gè)磁極的極性，因而發(fā)電機(jī)繞組的極相組數(shù)與其極數(shù)相等。為了使磁極的極性符合旋轉(zhuǎn)磁場按N極、S極相互交替產(chǎn)生的要求，故相鄰兩極相組內(nèi)的電流方向必須是相反的。在進(jìn)行實(shí)際接線時(shí)，相鄰兩極相組必須按尾端與尾端相接、首端與首端相聯(lián)，也就是習(xí)慣上所講的每相繞組內(nèi)各極相組按“頭與頭相接、尾與尾相聯(lián)”進(jìn)行聯(lián)接，也稱為反串聯(lián)接法。60°相帶和30°相帶繞組都采用顯極接法。

在庶極接法的繞組中它的每個(gè)極相組（或線圈）則產(chǎn)生兩個(gè)磁極的極性，繞組的極相組數(shù)僅為發(fā)電機(jī)極數(shù)的一半，而另外半數(shù)的磁極則由極相組所產(chǎn)生磁通共同形成。在庶極接法的繞組中每個(gè)極相組所產(chǎn)生磁極的極性都是相同的，因而在各相中所有極相組內(nèi)的電流方向也都相同。即每相內(nèi)相鄰兩極相組的聯(lián)接應(yīng)按首端與尾端相接，也就是按“頭與尾相接、尾與頭相聯(lián)”的順串聯(lián)接法。采用庶極接法的繞組為    120°相帶繞組。

2、繞組的顯極接法

顯極接法是三相交流發(fā)電機(jī)定子繞組應(yīng)用最廣泛最普遍的接法，就是三相同步發(fā)電機(jī)和三相交流發(fā)電機(jī)的定子繞組也都采用這種接法。下面將分別介紹該接法的各種聯(lián)接。

（1）極相組首尾端的確定

在繞組的接線過程中，習(xí)慣上都喜歡在確定極相組的首尾端后再進(jìn)行下一步的聯(lián)接。因?yàn)槊總€(gè)極相組都有兩根出線端，即一根首端與一根尾端。而在一臺(tái)三相多極發(fā)電機(jī)的繞組中其出線端將非常多，對(duì)如此眾多的出線端不作統(tǒng)一規(guī)定則在聯(lián)接時(shí)極易接錯(cuò)。因此我們規(guī)定繞組線端的首端用箭頭的箭尾表示，用符號(hào)X代表電流進(jìn)入紙面，繞組線端的尾端則用箭頭的頭部表示，用符號(hào)⊙代表電流穿出紙面。聯(lián)接時(shí)可將一臺(tái)發(fā)電機(jī)所有極相組中具有相同特征的一半線端作為當(dāng)作首端來看，而把另一半線端當(dāng)作尾端來看。

（1）單路接法

當(dāng)發(fā)電機(jī)每相繞組的支路數(shù)a=1時(shí)，稱為單路接法，指在每相繞組內(nèi)只有一條電流路徑的接法。

① 首先將定子繞組的所有極相組按順序編號(hào)，并標(biāo)以a、b、c、a、b、c的標(biāo)記。

② 選定一個(gè)靠近出線盒位置的相極相組作為該相的起點(diǎn)，

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