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发电机单层和双层绕组的参数有何区别 |
一、绕组的基本参数
１、机械角度与电气角度
发电机绕组分布铁心槽内时必须按一定规律嵌放与联接，才能输出对称的正弦交流电或产生旋转磁场。除与其它一些参数有关外，反映各线圈和绕组间相对位置的规律时，我们还要用到电气用度这个概念。从机械学中知道可以把圆等分成360°，这个360°就是平常所说的机械角度。而在电工学中计量电磁关系的角度单位则叫做电气角度，它是将正弦交流电的每一周在横坐标上等分为360°,也就是导体空间经过一对磁极时在电磁上相应变化了360°电气角度。因此，电气角度与机械角度在发电机中的关系为：电气角度α＝极对数xＰx360°。
２、极距
绕组的极距是指每磁极所占铁心圆周表面的距离。一般常指发电机铁心相邻两磁极中心所跨占的槽距，定子铁心以内圆气隙表面的槽距计算；转子则以铁心外圆气隙表面的槽距来计算。通常极距有两种表示方法，一种是以长度表示；另一种则以槽数表示，习惯上以槽数表示的较多。
３、节距
发电机绕组每个线圈两元件边之间所跨占到的铁心槽数叫做节距，也称跨距。当线圈元件节距等于极距对称为全距绕组；线圈元件节距小于极距时则称短距绕组；而当线圈元件节距大于极距时则称长距绕组。由于短距绕组具有端部较短电磁线用料省和功率因数较高等许多优点，因而在应用较多的双层叠绕组中无一例外的都采用短距绕组。
4、绕组系数
绕组系数是指交流分布绕组的短距系数和分布系数的乘积。
5、槽距角
发电机铁心两相邻槽之间的电气角度称为槽距角，通常用a表示。
6、相带
相带就是指每相绕组在每一个磁极所占的区域，通常用电气角度或槽数表示。如果将三相发电机处在每一对磁极下的绕组分成六个区域则每极下三个。由于槽距角α=360°P/Z如该发电机为4极24槽故每相每区域的宽度为qα=Z/6P*360P/Z=60°，按这样分布绕嵌的绕组就称为60°相带绕组。因60°连续相带绕组所具有明显优势，故在三相发电机中绝大多数都采用这种绕组。
7、每极每相槽数
每极每相槽数是指每相绕组在每一个磁极所分占的槽数，每极每相绕组内应绕的线圈数就依据它确定。即
q=Z/2Pm
Z：铁心槽数； 2P：发电机极数； m发电机相数。
8、每槽导体数
发电机绕组的每槽导体数应为整数，双层绕组的每槽导体数还应为偶数整数。绕线转子绕组的每槽导体数由其开路电压确定，中型发电机绕线转子的每槽导体数须等于2。定子绕组的每槽导体数可由下式计算：
NS1=NΦ1m1a1/Z1
NS1 ：定子绕组每槽导体数； NΦ1：按气隙磁密计算的每槽导体数； m1：定子绕组相数； a1：定子绕组并联支路数； Z1：定子槽数。
9、每相串联导体数
每相串联导体数是指发电机内每相绕组串联的总线匝数。不过该串联总线匝数与每相绕组内的并联支路数有关，如发电机的并联支路数为1路接法，那么该发电机各极下线圈所有串联线匝数均应相加而成为相绕组的总线匝数。如发电机的每相绕组内有多条并联支路数，即发电机为2路接法、3路接法等，此时每相串联导体数则只能以其中一路绕组所串联的线匝数为准。因为相绕组内各支路中的串联线匝数是相同的，并联起来接成相绕组后其串联线匝是不可能增加。
10、总线圈数
发电机内的绕组是由各种大小不一形状各异的线圈组成的。由于每线圈都有两个元件边嵌入铁心槽内，也就是说每个线圈要嵌入两个槽。在单层绕组中因每槽内只嵌一个线圈元件边，所以总线圈数就只等于总槽数的一半；双层绕组中因每槽内上下层要嵌入两个线圈元件边，因此它的总线圈数就等于的铁心槽数。
二、单层绕组
所谓三相单层绕组，就是在一个槽中只嵌放一个线圈边的绕组，整个绕组的线圈数等于定子总槽数的一半。
1、同心式绕组
同心式绕组是由几何尺寸节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。组成的线圈组的电势大小相等。至
2、链式绕组
链式绕组是由形状、几何尺寸和节距相同线圈连接而成。
3、交叉式绕组
交叉式绕组是由形状相同的线圈连接而成，但同一相线圈端部有交叉的绕组。
由以上分析可以看出，不论是同心式、链式和交叉式发电机绕组，虽然线圈的节距在不同形式的绕组中是不一样的，但就电势的角度看，线圈都是属于由两个相差180°电角度的相带中的导体所组成。所以，单层绕组实质上是短距分布绕组。
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4极24槽单叠绕组发电机展开图 |
4极24槽单叠绕组发电机嵌线图 |
三、双层绕组
发电机每槽内分上、下两层分别放一个线圈边的绕组称双层绕组。线圈的一个边嵌在某一槽的上层，另一个边则嵌在相隔卫槽的下层，整个多组的线圈数正好等于槽数。
双层绕组的主要优点如下。
① 可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组的办法来改善电势和磁势波形。
② 所有线圈具有同样尺寸，便于生产制造的机械化。
③ 可以组成较多的并联支路。
④ 端部形状排列整齐，有利于散热和增强机械强度。
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24槽4级双层绕组发电机示意图 |
36槽8级双层绕组发电机示意图. |
四、单层与双层绕组的区别
交流发电机双层绕组和单层绕组的区别是元件放置不同、功能不同、特点不同。
1、元件放置不同：发电机单层绕组一个槽中只放一个元件边，双层绕组一个槽中放两个元件边。
2、功能不同：发电机单层绕组无法完成的双层绕组可以做到，如分数槽，变极等。
3、特点不同：发电机单层绕组线圈少工艺比较简单；没有层间绝缘故槽的利用率高；单层结构不会发生相间击穿故障等。缺点则是：绕组产生的电磁波形不够理想，发电机的铁损和噪音都较大且起动性能也稍差，故单层绕组一般只用于小容量异步发电机中。
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