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性能特点和作用说明

发电机绕组的型式和特点

 

三相交流发电机的绕组有两部分，即嵌置在定子铁心槽内与电源相联接的定子绕组，以及经短路后自成回路的转子绕组。绕组为在空间上互差120°电角度的三相对称绕组。当在该三相对称绕组内接入三相对称交流电源时，发电机定、转子气隙中将产生一个旋转磁场。旋转磁场切割定、转子绕组而分别在其中感生电动势，转子电动势则在自成闭合回路中的转子绕组内产生短路电流。转子电流与气隙中旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，使转子以机械能去拖动负载旋转。因此三相交流发电机的定、转子绕组，在完成电机的机电能量转换过程中具有相当重要的作用。

 

一、转子与定子基本组成

 

交流发电机在各行业上广泛使用，虽然局部结构有所不同，但其基本结构都是由转子、定子、整流器和端盖四部分组成的。

1、转子

转子总成的作用是产生磁场，它由两块爪极、磁场绕组和滑环等组成。两块爪极（各具有六个鸟嘴形磁极）压装在转子轴上，在两块爪极的空腔内装有磁轭，磁轭上绕有磁场绕组，如图1所示。磁场绕组的两引出线分别焊接在与轴绝缘的两个骨环上，两滑环之间彼此绝缘，滑环与压装在后端盖上的两个由别相接触，当两个由别与直流曲源接面时，磁场华细中便有电流流过，并产生轴向磁通，使一块爪极磁化为N极，另一块爪极磁化为S极，从而形成六对磁极。

2、定子

定子的作用是产生感应电动势，它由定子铁心与定子绕组组成。定子铁心由内圆带槽的环状硅钢片叠压而成，三相定子绕组对称安放在定子铁心槽内。为了在三相绕组中产生大小相等、频率相同、且相位互差120°的对称电动势，每相绕组的线圈个数及每个线圈的匝数都是完全相同的。三相绕绕组的连接方法可以分为星形接法和三角形接法两种，如图2所示。星形接法有低速充电性能好的优点，所以目前交流发电机多采用星形接法。

三角形接法的优点是发电机内部损失小，在高转速时能产生较大的输出电流，主要用在高转速时要求有高输出功率的交流发电机上。三角形接法的缺点是低转速时输出电压较低。

 

图1 交流发电机转子结构

发电机定子绕组的连接方法

 

二、定子绕组的型式

三相交流发电机定子绕组的型式比较多，按照它们不同的分布组合方式和特点分为：

1．根据绕组线圈元件边在槽内的不同布置形式可分为单层绕组、双层绕组和单双层混合绕组。

2．根据绕组端部接线方式的不同，可以分为叠绕组和波绕组。

3．根据绕组布置形式及端部形状的不同，分为链式绕组、交叉链式绕组、同心式绕组、双层叠绕组等。

4．根据绕组线圈制造工艺的不同，分为集中式绕组和分布式绕组及散绕线圈与成形线圈等。

5．根据发电机每极每相槽数在定子铁心空间所占电角度的数值，分为30°、60°、120°相带绕组。因60°相带绕组的分布系数较高而且联接较简单，故绝大多数三相电机均采用60相带绕组。

 

图2 发电机定子绕组平面结构图

图3 发电机定子绕组侧视结构图

三、定子叠绕组的特点

三相交流发电机定子绕组的联接必须保证使每个线圈元件都符合建立一个旋转磁场的整体要求。联接时首先应将各个线圈元件接成或绕成极相组；再把各个极相组联接成并联支路或相绕组（指单路接法时）；然后将各极相组联接成相绕组并接上引出线。定子绕组根据发电机的极数与绕组实际形成极数的关系，分为显极和庶极两种接法。

1、 显极接法与庶极接法的区别

三相交流发电机绕组在采用显极接法时，它的每个极相组（或线圈）均形成一个磁极的极性，因而发电机绕组的极相组数与其极数相等。为了使磁极的极性符合旋转磁场按N极、S极相互交替产生的要求，故相邻两极相组内的电流方向必须是相反的。在进行实际接线时，相邻两极相组必须按尾端与尾端相接、首端与首端相联，也就是习惯上所讲的每相绕组内各极相组按“头与头相接、尾与尾相联”进行联接，也称为反串联接法。60°相带和30°相带绕组都采用显极接法。

在庶极接法的绕组中它的每个极相组（或线圈）则产生两个磁极的极性，绕组的极相组数仅为发电机极数的一半，而另外半数的磁极则由极相组所产生磁通共同形成。在庶极接法的绕组中每个极相组所产生磁极的极性都是相同的，因而在各相中所有极相组内的电流方向也都相同。即每相内相邻两极相组的联接应按首端与尾端相接，也就是按“头与尾相接、尾与头相联”的顺串联接法。采用庶极接法的绕组为    120°相带绕组。

2、绕组的显极接法

显极接法是三相交流发电机定子绕组应用最广泛最普遍的接法，就是三相同步发电机和三相交流发电机的定子绕组也都采用这种接法。下面将分别介绍该接法的各种联接。

（1）极相组首尾端的确定

在绕组的接线过程中，习惯上都喜欢在确定极相组的首尾端后再进行下一步的联接。因为每个极相组都有两根出线端，即一根首端与一根尾端。而在一台三相多极发电机的绕组中其出线端将非常多，对如此众多的出线端不作统一规定则在联接时极易接错。因此我们规定绕组线端的首端用箭头的箭尾表示，用符号X代表电流进入纸面，绕组线端的尾端则用箭头的头部表示，用符号⊙代表电流穿出纸面。联接时可将一台发电机所有极相组中具有相同特征的一半线端作为当作首端来看，而把另一半线端当作尾端来看。

（1）单路接法

当发电机每相绕组的支路数a=1时，称为单路接法，指在每相绕组内只有一条电流路径的接法。

① 首先将定子绕组的所有极相组按顺序编号，并标以a、b、c、a、b、c的标记。

② 选定一个靠近出线盒位置的相极相组作为该相的起点，

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