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三相發(fā)電機繞組接線方法圖解
發(fā)布時間:2023-06-03 16:39:20  ▏閱讀:

 

新聞主題

三相發(fā)電機繞組接線方法圖解

 

摘要:發(fā)電機的基本工作原理是原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n勻速旋轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子磁場切割定子三相繞組,在三相繞組中感應出交變電動勢。由于定子三相繞組在空間位置上互差120°電角度,所以三相電動勢在時間上互差120°電角度。三相發(fā)電機線路接法是指將三相電源與三相發(fā)電機連接起來的方式,其繞組連接方式分為并聯(lián)、星形和三角形、串聯(lián)四種。根據(jù)發(fā)電機的不同應用場景和功率需求,有不同的線路接法可供選擇。本文將從串聯(lián)接法、并聯(lián)接法和星形接法、三角形接法等角度介紹三相發(fā)電機線路接法的原理和特點。

 

一、繞組分類

 

1、按相數(shù)分

(1)單相

      單相發(fā)電機只需要一條電源線和一個開關,安裝成本較低。單相發(fā)電機啟動時不需要外部啟動器,啟動容易,運行穩(wěn)定。

(3)三相

      由于三相發(fā)電機的電源是三相交流電,電流波形比單相發(fā)電機更平穩(wěn),因此轉(zhuǎn)速更穩(wěn)定,噪音更小,振動更小。三相發(fā)電機的效率比單相發(fā)電機高,可以達到90%以上,而且功率密度大,適用于高負載情況。三相發(fā)電機的使用壽命長,維護保養(yǎng)簡單,維修成本低。

2、按每極每相槽數(shù)分

      整數(shù)槽和分數(shù)槽是通過每極每相槽數(shù)來區(qū)分的:

q=Q/2pm

 

      Q是發(fā)電機槽數(shù),p極對數(shù),m是相數(shù)。計算出來q是分數(shù)就稱為分數(shù)槽發(fā)電機,是整數(shù)就是整數(shù)槽發(fā)電機。

(1)整數(shù)槽

      整數(shù)槽即發(fā)電機定子槽數(shù)能被極數(shù)和三相除盡得 1,2,3......換言之,即每極每相分得的槽數(shù)是1,2,3......整數(shù),就是整數(shù)槽。

(2)分數(shù)槽

       如圖1所示。分數(shù)槽繞組的每極每相槽數(shù)q為分數(shù),意味著每個極下每相的槽數(shù)不是整數(shù),但這其實是不可能的,因為槽數(shù)只能是整數(shù),不可能出現(xiàn)半個槽,更不可能出現(xiàn)幾分之幾個槽,因此這個分數(shù)q只不過是整個發(fā)電機總槽數(shù)分到每極每相下的平均值而已。

3、按槽內(nèi)層數(shù)分

(1)單層線圈

      每個定子槽內(nèi)只嵌置一個線圈有效邊的繞組,線圈總數(shù)是發(fā)電機總槽數(shù)一半。其優(yōu)點是繞組線圈少工藝比較簡單;沒有層間絕緣故槽的利用率高;單層結(jié)構不會發(fā)生相間擊穿故障。

① 同心式

      同心式繞組的特點是在q個線圈中,線圈的節(jié)距不等,有大小線圈之分,大線圈總是套在小線圈的外面,線圈的軸線重合,所以稱為同心式。

② 交叉式

       單層交叉式繞組由線圈數(shù)和節(jié)距不相同的兩種線圈組構成,同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同,各線圈組的端部互相交叉。

③ 鏈式

      由具有相同形狀和寬度的單層線圈元件所組成,特點是繞組線圈一環(huán)套一環(huán),形如長鏈。主要用于每極每相槽數(shù)的小型發(fā)電機中。優(yōu)點是線圈大小相同,制造方便,線圈可采用短距,端部較短。

(2)雙層線圈

      雙層繞組的主要優(yōu)點是可以選擇最有利的節(jié)距,并同時采用分布繞組,以改善電動勢和磁動勢的波形,如圖2所示;所有線圈具有同樣的尺寸,便于制造;端部形狀排列整齊,有利于散熱和增強機械強度。      

① 疊繞

      發(fā)電機的雙層疊繞式繞組通常由多個線圈組成。在這些線圈中,每個線圈的匝數(shù)會影響發(fā)電機的性能特征。因此,需要選擇適當?shù)脑褦?shù),以確保發(fā)電機正常運行。

② 波繞

      波繞組是合成節(jié)距等于整數(shù)的一種繞組。在繞制這種繞組時,每個元件的兩個出線端所接的兩個換向片相隔較遠,兩元件串聯(lián)形成波浪形,故稱為波繞組。

 

分數(shù)槽集中繞組永磁發(fā)電機結(jié)構.png

圖1  分數(shù)槽集中繞組永磁發(fā)電機結(jié)構

三相發(fā)電機雙層線圈繞組波形.png

圖2  三相發(fā)電機雙層線圈繞組波形

 

 

二、繞組的常用術語

 

1、元件

      繞組線圈稱為繞組元件,分單匝和多匝,如圖3發(fā)電機內(nèi)部剖切圖。一個元件由兩條元件邊和端接線組成,元件邊放在槽內(nèi),能切割磁力線而產(chǎn)生感應電動勢,叫“有效邊”,端接線放在槽外,不切割磁力線,僅作為連接線用。每個元件的一個元件邊放在某一個槽的上層,另一個元件邊則放在另一槽的下層(雙層繞組)。

2、元件的首末端

      每一個元件均引出兩根線與換向片相連,其中一根稱為首端,另一根稱為末端。每一個元件的兩個端點分別接在不同的換向片上,每個換向片接兩個不同的線圈端頭。如圖4所示,定子繞組首末端連接至匯流銅環(huán)。

 

發(fā)電機內(nèi)部剖面圖.png

圖3  發(fā)電機內(nèi)部剖面圖

發(fā)電機電樞繞組首末端接線.png

圖4  發(fā)電機電樞繞組首末端接線

 

 

 

3、實槽與虛槽

      發(fā)電機繞組實槽與虛槽結(jié)構和布置分別如圖5、圖6所示。

(1)實槽:發(fā)電機電樞上實際開出的槽叫實槽。實槽數(shù)用Q表示。

(2)虛槽:即單元槽(每層元件邊的數(shù)量等于虛槽數(shù)),每個虛槽的上、下層各有一個元件邊。虛槽數(shù)用Qμ表示。設槽內(nèi)每層有μ個虛槽,若實槽數(shù)為Q,虛槽數(shù)為Qμ,則Qμ=μQ。

 

發(fā)電機繞組實槽與虛槽.png

圖5 發(fā)電機繞組實槽與虛槽

發(fā)電機繞組元件在槽內(nèi)的放置.png

圖6 發(fā)電機繞組元件在槽內(nèi)的放置

 

4、極距

      如圖7所示,相鄰兩個磁極軸線沿電樞表面主之間的距離,用τ表示為(距離)。

 發(fā)電機極距表達公式.png

 

 

      若用虛槽數(shù)表示為(槽數(shù))

 發(fā)電機極距表達公式(虛槽時).png

 

 

當實槽數(shù)等于虛槽數(shù)時,Qμ一般用Q代替。

式中,D——電樞外徑(m);

P——磁極對數(shù)。

5、節(jié)距

      如圖8所示,線圈兩邊所跨定子圓周上的槽數(shù),用y1表示,y1應接近發(fā)電機的極距τ(兩端合成的電動勢最大)。

發(fā)電機節(jié)距表達公式.png

 

 

 

 

發(fā)電機磁極距示意圖.png

圖7  發(fā)電機磁極距示意圖

發(fā)電機節(jié)距示例圖.png

圖8  發(fā)電機節(jié)距示例圖

 

 

6、電角度與機械角度

      發(fā)電機圓周在幾何上為360°,這個角度稱為機械角度。在發(fā)電機中磁場變化一個周期,即經(jīng)過N、S一對磁極就稱為360°電角度。若發(fā)電機有p對極,整個圓周就是p×360°電角度。電角度=P×機械角度。

7、槽距角

      相鄰槽之間的電角度α

發(fā)電機槽距角表達公式.png

 

 

 

式中Q——定子槽數(shù)

8、每極每相槽數(shù)

發(fā)電機每極每相槽數(shù)表達公式.png

 

 

 

式中,m——相數(shù);    

P——極對數(shù) 。

9、極軸線

      磁極的中心線。

10、幾何中性線

      指主磁極N極和S極的機械分界線。

11、物理中性線

      把N極與S極磁場為零處的分界線稱為物理中性線。

 

三、交流繞組的構成原則

 

1、均勻原則:

      每個極域內(nèi)的槽數(shù)(線圈數(shù))要相等,各相繞組在每個極域內(nèi)所占的槽數(shù)應相等;

2、對稱原則:

      三相繞組的結(jié)構完全一樣,但在發(fā)電機的圓周空間互相錯開120電角度。 如槽距角為α,則相鄰兩相錯開的槽數(shù)為120/α。

3、電勢相加原則:

      線圈兩個圈邊的感應電勢應該相加;線圈與線圈之間的連接也應符合這一原則。 如線圈的一個邊在N極下,另一個應在S極下。

 

四、發(fā)電機繞組展開圖

   

      所謂展開圖,就是將發(fā)電機定子鐵心帶繞組用刀切開并攤平,按發(fā)電機繞組在定子鐵心上的布置,畫出的一種繞組展開圖。

1、導體的感應電動勢

      如圖9所示,一臺兩極交流發(fā)電機,轉(zhuǎn)子是直流勵磁形成的主磁極(簡稱主極)定子上放有一根導體,轉(zhuǎn)子由原動機拖動以后,形成一旋轉(zhuǎn)磁場。定子導體切割該旋轉(zhuǎn)磁場感應電動勢。

2、槽電動勢星形圖(以4極3相36槽發(fā)電機為例)

      如圖10所示,當把各槽內(nèi)導體感應的電動勢分別用矢量表示時,這些矢量構成一個輻射星形,稱為槽電動勢星形圖。若氣隙中有一正弦分布的旋轉(zhuǎn)磁場,則槽內(nèi)導體的感應電動勢大小相等,相位依次相差一個槽距角。

 

發(fā)電機電動勢展開圖.png

圖9  發(fā)電機電動勢展開圖

發(fā)電機槽電動勢星形圖.png

圖10  發(fā)電機槽電動勢星形圖

 

3、相帶的劃分(以4極3相36槽發(fā)電機為例)

      每極下每相繞組占有的范圍稱為相帶,一般用電角度表示。發(fā)電機的相帶是指每極下同一相繞組所連續(xù)占據(jù)的定子槽數(shù)即相帶。

(1)120°相帶(如圖9所示):

      每對極(360°電角度)三相均分;每對極每相槽數(shù)2qα=120°。

(2)60°相帶(如圖10所示):

      每極(180°電角度)三相均分;每極每相槽數(shù)  qα=60°。

 

發(fā)電機120°相帶的劃分.png

圖9 發(fā)電機120°相帶的劃分

發(fā)電機60°相帶的劃分.png

圖10 發(fā)電機60°相帶的劃分

 

(3)60°相帶的劃分(以4極3相36槽發(fā)電機為例):

 

A:
1
2
3
19
20
21
X:
10
11
12
28
29
30
B:
7
8
9
25
26
27
Y:
16
17
18
38
35
36
C:
13
14
15
31
32
33
Z:
4
5
6
22
23
26

 

 (4)120°相帶的劃分(以4極3相36槽發(fā)電機為例):

      因120度相帶合成電動勢較60度相帶合成電動勢小,所以一般采用60度相帶繞組。

 

A:
1
2
3
4
5
6
19
20
21
22
23
24
B:
7
8
9
10
11
12
25
26
27
28
29
30
C:
13
14
15
16
17
18
31
32
33
34
35
36

 

五、發(fā)電機接線方法

 

1、星形連接

     星形接法也叫“Y形接法”,接線電路如圖11所示。把發(fā)電機繞組的3個末端連接在一起作為公共端,由3個首端引出3條火線的連接方式。負載每相線圈承受的電壓是相電壓220伏,即火線與零線間的電壓是220伏。星形接法的特點是發(fā)電機的繞組電流較小,而線圈電阻相加,使得發(fā)電機的總電阻較大。因此,星形接法適用于對發(fā)電機起動電流要求不高、但運行平穩(wěn)性要求較高的場合。

2、三角形連接

      三角形接法(連接電路如圖12所示)是把發(fā)電機繞組的每一相的始末端依次相接的連接方式。每相負載承受的電壓是線電壓380伏,即火線與火線間的電壓為380伏。三角形接法的特點是發(fā)電機的繞組電流較大,而線圈電阻相并,使得發(fā)電機的總電阻較小。因此,三角形接法適用于對發(fā)電機啟動電流要求較高的場合。

3、并聯(lián)連接

      把三個繞組用三根導線直接相互連接,兩個繞組之間用母線相連,形成一個大環(huán)路,這種連接方式又稱為“普通連接”。并聯(lián)接法的特點是發(fā)電機的繞組電流相等,而線圈電阻相并,使得發(fā)電機的總電阻較小。因此,并聯(lián)接法適用于對發(fā)電機啟動電流要求較高的場合。

4、串聯(lián)接法

      串聯(lián)接法是將三相發(fā)電機的線圈依次串聯(lián)連接,使得電流在三個線圈之間依次流動。這種接法主要適用于功率較小的發(fā)電機。串聯(lián)接法的特點是發(fā)電機的繞組電流相等,而線圈電阻相加,使得發(fā)電機的總電阻較大。因此,串聯(lián)接法適用于對發(fā)電機啟動電流要求不高的場合。

 

交流發(fā)電機星形接法示意圖.png

圖11  交流發(fā)電機星形接法示意圖

交流發(fā)電機三角形接法示意圖.png

圖12  交流發(fā)電機三角形接法示意圖

 

 

總結(jié):

      三相發(fā)電機線路接法根據(jù)發(fā)電機的不同特點和應用場景,可以選擇串聯(lián)接法、并聯(lián)接法、星形接法和三角形接法等不同的接法。不同的接法具有不同的特點和適用范圍,在實際應用中需要根據(jù)具體情況選擇合適的接法。正確選擇和使用三相發(fā)電機線路接法,可以提高發(fā)電機的效率和可靠性,實現(xiàn)更好的工作效果。

 


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