性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

發(fā)電機繞組的型式和特點(diǎn)

 

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

 

一、轉子與定子基本組成

 

交流發(fā)電機在各行業(yè)上廣泛使用，雖然局部結構有所不同，但其基本結構都是由轉子、定子、整流器和端蓋四部分組成的。

1、轉子

轉子總成的作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，它由兩塊爪極、磁場(chǎng)繞組和滑環(huán)等組成。兩塊爪極（各具有六個(gè)鳥(niǎo)嘴形磁極）壓裝在轉子軸上，在兩塊爪極的空腔內裝有磁軛，磁軛上繞有磁場(chǎng)繞組，如圖1所示。磁場(chǎng)繞組的兩引出線(xiàn)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，當兩個(gè)由別與直流曲源接面時(shí)，磁場(chǎng)華細中便有電流流過(guò)，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，從而形成六對磁極。

2、定子

定子的作用是產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，它由定子鐵心與定子繞組組成。定子鐵心由內圓帶槽的環(huán)狀硅鋼片疊壓而成，三相定子繞組對稱(chēng)安放在定子鐵心槽內。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°的對稱(chēng)電動(dòng)勢，每相繞組的線(xiàn)圈個(gè)數及每個(gè)線(xiàn)圈的匝數都是完全相同的。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)電機多采用星形接法。

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

 

圖1 交流發(fā)電機轉子結構

發(fā)電機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．根據繞組線(xiàn)圈元件邊在槽內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．根據繞組端部接線(xiàn)方式的不同，可以分為疊繞組和波繞組。

3．根據繞組布置形式及端部形狀的不同，分為鏈式繞組、交叉鏈式繞組、同心式繞組、雙層疊繞組等。

4．根據繞組線(xiàn)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(xiàn)圈與成形線(xiàn)圈等。

5．根據發(fā)電機每極每相槽數在定子鐵心空間所占電角度的數值，分為30°、60°、120°相帶繞組。因60°相帶繞組的分布系數較高而且聯(lián)接較簡(jiǎn)單，故絕大多數三相電機均采用60相帶繞組。

 

圖2 發(fā)電機定子繞組平面結構圖

圖3 發(fā)電機定子繞組側視結構圖

三、定子疊繞組的特點(diǎn)

三相交流發(fā)電機定子繞組的聯(lián)接必須保證使每個(gè)線(xiàn)圈元件都符合建立一個(gè)旋轉磁場(chǎng)的整體要求。聯(lián)接時(shí)首先應將各個(gè)線(xiàn)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(xiàn)。定子繞組根據發(fā)電機的極數與繞組實(shí)際形成極數的關(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別

三相交流發(fā)電機繞組在采用顯極接法時(shí)，它的每個(gè)極相組（或線(xiàn)圈）均形成一個(gè)磁極的極性，因而發(fā)電機繞組的極相組數與其極數相等。為了使磁極的極性符合旋轉磁場(chǎng)按N極、S極相互交替產(chǎn)生的要求，故相鄰兩極相組內的電流方向必須是相反的。在進(jìn)行實(shí)際接線(xiàn)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)，也就是習慣上所講的每相繞組內各極相組按“頭與頭相接、尾與尾相聯(lián)”進(jìn)行聯(lián)接，也稱(chēng)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(xiàn)圈）則產(chǎn)生兩個(gè)磁極的極性，繞組的極相組數僅為發(fā)電機極數的一半，而另外半數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的電流方向也都相同。即每相內相鄰兩極相組的聯(lián)接應按首端與尾端相接，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)電機定子繞組應用最廣泛最普遍的接法，就是三相同步發(fā)電機和三相交流發(fā)電機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(xiàn)過(guò)程中，習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。因為每個(gè)極相組都有兩根出線(xiàn)端，即一根首端與一根尾端。而在一臺三相多極發(fā)電機的繞組中其出線(xiàn)端將非常多，對如此眾多的出線(xiàn)端不作統一規定則在聯(lián)接時(shí)極易接錯。因此我們規定繞組線(xiàn)端的首端用箭頭的箭尾表示，用符號X代表電流進(jìn)入紙面，繞組線(xiàn)端的尾端則用箭頭的頭部表示，用符號⊙代表電流穿出紙面。聯(lián)接時(shí)可將一臺發(fā)電機所有極相組中具有相同特征的一半線(xiàn)端作為當作首端來(lái)看，而把另一半線(xiàn)端當作尾端來(lái)看。

（1）單路接法

當發(fā)電機每相繞組的支路數a=1時(shí)，稱(chēng)為單路接法，指在每相繞組內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，并標以a、b、c、a、b、c的標記。

② 選定一個(gè)靠近出線(xiàn)盒位置的相極相組作為該相的起點(diǎn)，

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