maxwell软件--绕组

6绕组6.1基本绕组术语6.1.1导体和并绕导线导体是指一匝线圈的一半，它可能是一股绝缘导线，也可能是多股绝缘导线绞合并绕而成。导体可以由多股相同线规的导线并绕而成，也可以由多股不同线规的导线并绕而成，并绕股数也常称为导体的并绕根数。导体电流并不一定均匀地分布在每条导线中，但电流密度是均匀分布的。6.1.2线圈和线圈节距线圈一般是由绝缘电磁线在绕线模上连续绕制而成。线圈可以有多匝，每一匝由两个导体组成。在大电流情况下，一般采用单匝线圈，常常由硬线棒制成。导体的直线部分嵌放在铁心槽内，称为线圈的有效边。线圈的两个有效边在电枢铁心上所跨过的槽数称为节距，用y表示。例如：第1槽线圈边，跨过8个槽，与第9槽线圈边连接，此时线圈节距为y=8。整距线圈：线圈节距=极距短距线圈：线圈节距极距长距线圈：线圈节距极距（一般用在变极调速电机中）极距：相邻磁极之间的距离，用槽数表示。极距=总槽数/极数6.1.3线圈组一个极下属于同一相的线圈串联在一起，形成一组，称为线圈组。6.1.4绕组同一相的线圈（或线圈组）按一定规律连接起来，称为相绕组。一相绕组可以有多条并联支路，但每条支路必须有相同的反电势和相电阻。因而，相绕组电流是均匀地分布在每条支路中。总而言之，绕组是由多条并联支路并联而成，每条支路由一个或者多个线圈组串联而成，一个线圈组由一个或者多个线圈串联而成，线圈可以有很多匝，每匝由两个导条构成，每个导体由一股或多股相同规格或不同规格的导线并绕而成。6.2多相交流绕组6.2.1绕组类型常见的多相交流电机的电枢绕组的类型，可以按如图6.1所示分类：图6.1多相交流绕组类型6.2.2全极式绕组当交流绕组的每相的线圈组数与极数相同时，也就是说每对极下每相有两个线圈组时，称为全极式绕组，如图6.2所示。a.单层b.双层图6.2全极式绕组6.2.3半极式绕组当交流绕组的每一对极下每相只有一个线圈组时，绕组类型称为半极式，如图6.3所示。a.单层b.双层图6.3半极式绕组6.2.4单层绕组当每个槽的导体都属于同一个线圈，称为单层绕组。用户可以在WindingProperties窗口的Winding选项中设定绕组层数。与双层绕组相比，单层绕组的特点是：1.线圈数量少一半；2.槽内无需层间绝缘，槽利用率高；3.线圈节距取决于连接方式，不可调整；4.广泛用于小容量电机中。按端部连接方式的不同，单层绕组可分为链式、叠式、同心式和交叉式。6.2.4.1单层链式绕组单层链式绕组，因端部外形形似锁链而得名。对于链式绕组，每一个线圈组只有一个线圈。1.半极式链式绕组：三相6极18槽单层半极式链式绕组的例子，如图6.4a所示。2.全极式链式绕组：三相4极24槽单层全极式链式绕组的例子，如图6.4b所示。a.3相6极18槽半极式b.3相4极24槽全极式图6.4单层链式绕组6.2.4.2单层叠式绕组单层叠绕组因其端部成交叠状而得名。在单层叠绕组中，每个线圈组至少由两个或者两个以上相互交叠的线圈组成。1.半极式叠绕组：例：三相4极24槽半极式单层叠绕组，如图6.5a所示。2.全极式叠绕组：例：三相4极48槽全极式单层叠绕组，如图6.5b所示。a.3相4极24槽半极式b.3相4极48槽全极式图6.5单层叠式绕组6.2.4.3单层交叉式叠绕组在叠绕组中，如果线圈组只有一个线圈，这种绕组类型也称为交叉式叠绕组。1.半极式交叉叠绕组：例：三相8极36槽单层半极式交叉叠绕组，如图6.6a所示。2.全极式交叉叠绕组：例：三相4极36槽单层全极式交叉叠绕组，如图6.6b所示。a.3相8极36槽半极式b.3相4极36槽全极式图6.6单层交叉式叠绕组6.2.4.4单层同心式绕组单层同心式绕组由具有相同中心线、不同节距的同心式绕组构成，具有端部可分层排布，方便嵌线的工艺特点，但端部漏磁较大。1.半极式同心绕组：例：三相4极24槽半极式同心绕组，如图6.7a所示。2.全极式同心绕组：例：三相4极48槽全极式同心绕组，如图6.7b所示。a.3相4极24槽半极式b.3相4极48槽全极式图6.7单层同心式绕组6.2.4.5单层交叉式同心绕组在同心式绕组中，如果某些线圈组只有一个线圈，绕组类型称为交叉式同心绕组。1.半极式同心绕组：例：三相8极36槽单层半极式交叉式同心绕组，如图6.8a所示。2.全极式通信绕组：例：三相4极36槽单层全极式交叉式同心绕组，如图6.8b所示。a.3相8极36槽半极式b.3相4极36槽全极式图6.8单层交叉式同心绕组6.2.5双层绕组双层绕组中，每槽导体可分为上、下两层，线圈的一条直线边嵌于槽的上层，而另一条直线边嵌于另一槽的下层。用户可以在WindingProperties窗口的Winding选项中设定绕组层数。与单层绕组相比，双层绕组的特点为：1.线圈数量多一倍；2.需要层间绝缘，槽利用率有所降低，且存在相间击穿的可能；3.线圈节距可调，可采用适当的短矩系数削弱电势谐波，改善电磁性能；4.广泛用于容量在10kW以上的电机中。在单速电机中，双层绕组一般都采用全极式绕组。而对于变极双速电机，高速时一般采用全极式双层绕组，低速一般采用半极式双层绕组。按线圈构成方法和导体连接次序的不同，双层绕组可分为叠绕组、同心绕组和波绕组。6.2.5.1双层叠绕组例如三相4极24槽双层全极式叠绕组（短距y=5），如图6.9所示。图6.9三相4极24槽双层全极式叠绕组6.2.5.2双层同心式绕组例如三相4极24槽全极式双层同心式绕组（短距y=4/6），如图6.10所示。图6.10三相4极24槽全极式双层同心式绕组6.2.5.3双层波绕组双层波绕组因其展开图，形似波浪而得名，如图6.11所示。图6.11三相4极36槽全极式双层波绕组与叠绕组相比：1.每相绕组先在不同极下串联沿圆周绕行一周后，回到第一个线圈的左边，再继续绕行第二周，直到绕完该相的全部线圈为止。2.一般用于低压大电流电机中，单匝成型绕组。3.极间连线较少。6.2.5.4分数槽绕组首先，介绍每极每相槽数q：Zqmp（6.1）其中：Z——槽数p——极数m——相数对于分数槽绕组电机，q是一个分数：cqbd（6.2）例：三相6极45槽双层分数槽绕组（212q，短距y=7，极距217），如图6.12所示：图6.12三相6极45槽双层分数槽绕组6.2.5.5不对称绕组整距绕组（q是整数）总是对称的。对于分数槽绕组（q=b+c/d），如果分母d是相数m的倍数，则分数槽绕组成为不对称绕组。一般地，尽量避免使用不对称绕组，不过有时为了使用冲片，可能会使用带有少量不对称的多相绕组。例：三相6极66槽不对称双层绕组（323q,短距y=11,极距=11），如图6.13所示：图6.13三相6极66槽不对称双层绕组6.3单相感应电机的绕组单相感应电机的绕组由主绕组A和辅绕组B构成，两套绕组在空间上相互错开约90º电角度。单相感应电机绕组通常有三种类型：单层或双层叠绕组，同心式绕组和正弦绕组。6.3.1叠绕组单相感应电机的叠绕组相带为90度（见6.4.2）。单层叠绕组单相感应电机可以是全极式，也可以是半极式的，而双层叠绕组则全为全极式的。通常情况下，主绕组的匝数与辅绕组的匝数不同，因此这两相绕组是不对称的。除了不对称性以外，单相感应电机的叠绕组与其它两相对称交流绕组都是相似的，如6.2所述。6.3.2同心式绕组单相双层同心式绕组有第Ⅰ类和第Ⅱ类之分；由于不一定所有槽中都含有主绕组和辅绕组，因而单相双层同心式绕组又有满圈和缺圈之分；1.第Ⅰ类：同心线圈的最大节距小于极距一个槽，故同相相邻两组线圈不相交。2.第Ⅱ类：同心线圈的最大节距等于极距，且该线圈所在槽中还有同相的其它线圈有效边。3.满圈分布：如果所有槽里都含有某一相绕组的有效部分，则该相绕组成满圈分布。4.缺圈分布：如果至少有一个槽没有某相绕组的有效部分，则该相绕组成缺圈分布。单相双层同心式绕组的主绕组与辅绕组的线圈组可以有不同线圈数和不同种类。为区别不同的线圈形式和分布，可采用下述方法表示：3/2I/II线圈安排类型，分子代表主绕组（Ⅰ），分母代表辅绕组（Ⅱ）线圈分布形式，分子代表主绕组每极线圈数是3，分母代表辅绕组每极线圈数是2例：单相4级24槽双层同心式绕组3/3-I/I（满圈分布）如图6.14所示。图6.14单相4级24槽同心式绕组3/3-I/I满圈分布例：单相4极24槽双层同心式绕组3/3-II/II（缺圈）如图6.15所示。图6.15单相4极24槽双层同心式绕组3/3-II/II缺圈分布例：单相4极20槽同心式绕组3/2-II/I（满圈/缺圈）如图6.16所示。图6.16单相4极20槽同心式绕组3/2-II/I满圈/缺圈分布例：单相4极20槽单、双层复合同心式绕组2/2-I/II（缺圈）如图6.17所示。图6.17单相4极20槽同心式绕组2/2-I/II缺圈分布在RMxprtv5中，同心式绕组由“31”代表第I类，“32”代表第II类。在RMxprtMaxwellv11中，同心式绕组通过WindingEditor编辑，RMxprtv5的同心式绕组数据可以自动转换成Editor格式的绕组数据。6.3.3正弦绕组单相双层正弦绕组是单相双层同心式绕组的一种特殊形式，其中第Ⅰ、第Ⅱ类型和满圈、缺圈分布的定义与双层同心式绕组完全相同，唯一不同的是正弦绕组中各槽线圈的匝数按正弦规律分布。单相双层正弦绕组中，线圈匝数的基本计算方法如下：1.第I类正弦绕组当极距是偶数，主、辅助绕组有相同的类型。第I类正弦绕组的每个线圈的节距为：,...,10ii21yi（6.3）每个线圈匝数为：0ii50N2yNNmimi.cossin（6.4）Zp（6.5）其中，p是极对数，Z是槽数，τ是极距（以槽数表示），Nm是正弦匝数的幅值。第I类正弦分布绕组的线圈匝数可以很容易的由2τ个边的多边形表示，其边长为Nm，如图6.18所示：αNmNtotalN0N1N2N3N4N501234567891011121314151617181920212223图6.182极24槽第I类正弦分布绕组的线圈匝数每极线圈总匝数为：22NNmTotalsin（6.6）因此，一个线圈的匝数和每极总匝数之比为：0i100i5022100NNKtotalii%.cossin%（6.7）2.第II类正弦分布绕组第II类正弦分布绕组的匝数分布如图6.19所示：αNm01234567891011121314151617181920212223NtotalN0N1N2N3N4N5图6.19图6.182极24槽第II类正弦分布绕组的线圈匝数线圈节距为：,...,10ii2yi（6.8）每个线圈匝数为：0iiN2yN0iN50Nmimmicossin.（6.9）每极线圈总匝数为：22NNmTotaltan（6.10）因此，一个线圈的匝数和每极总匝数之比为：0i100i220i5022100NNKtotalii%costan%tan%（6.11）表6.1所示为极距为12时的第I类和第II类正弦分布绕组的匝数分布：表6.1极距为12时的正弦分布绕组的匝数分布线圈号第I类第II类iyiKi(%)yiKi(%)01125.88191213.16521924.11811025.43332720.7107822.80293515.8919618.6185439.9900413.1652513.407426.81483.第I/II类正弦分布绕组当极距是奇数而不是以上所说的偶数时，辅绕组和主绕组具有不同的类型。如果主绕组是第I类，辅助绕组将是第II两类，反之亦然。1)第I类绕组线圈节距为：,...,10ii21yi（6.12）每个线圈匝数为：0ii50N2yNNmimi.cossin（6.13）每极线圈总匝数为：22NNmTotaltan（6.14）因此，一个线圈的匝数和每极