性能特點和作用說明

發電機繞組的型式和特點

 

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

 

一、轉子與定子基本組成

 

交流發電機在各行業上廣泛使用，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生磁場，它由兩塊爪極、磁場繞組和滑環等組成。兩塊爪極（各具有六個鳥嘴形磁極）壓裝在轉子軸上，在兩塊爪極的空腔內裝有磁軛，磁軛上繞有磁場繞組，如圖1所示。磁場繞組的兩引出線分別焊接在與軸絕緣的兩個骨環上，兩滑環之間彼此絕緣，滑環與壓裝在后端蓋上的兩個由別相接觸，當兩個由別與直流曲源接面時，磁場華細中便有電流流過，并產生軸向磁通，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

定子的作用是產生感應電動勢，它由定子鐵心與定子繞組組成。定子鐵心由內圓帶槽的環狀硅鋼片疊壓而成，三相定子繞組對稱安放在定子鐵心槽內。為了在三相繞組中產生大小相等、頻率相同、且相位互差120°的對稱電動勢，每相繞組的線圈個數及每個線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點，所以目前交流發電機多采用星形接法。

三角形接法的優點是發電機內部損失小，在高轉速時能產生較大的輸出電流，主要用在高轉速時要求有高輸出功率的交流發電機上。三角形接法的缺點是低轉速時輸出電壓較低。

 

圖1 交流發電機轉子結構

發電機定子繞組的連接方法

 

二、定子繞組的型式

三相交流發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分為：

1．根據繞組線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圈與成形線圈等。

5．根據發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接較簡單，故絕大多數三相電機均采用60相帶繞組。

 

圖2 發電機定子繞組平面結構圖

圖3 發電機定子繞組側視結構圖

三、定子疊繞組的特點

三相交流發電機定子繞組的聯接必須保證使每個線圈元件都符合建立一個旋轉磁場的整體要求。聯接時首先應將各個線圈元件接成或繞成極相組；再把各個極相組聯接成并聯支路或相繞組（指單路接法時）；然后將各極相組聯接成相繞組并接上引出線。定子繞組根據發電機的極數與繞組實際形成極數的關系，分為顯極和庶極兩種接法。

1、 顯極接法與庶極接法的區別

三相交流發電機繞組在采用顯極接法時，它的每個極相組（或線圈）均形成一個磁極的極性，因而發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按N極、S極相互交替產生的要求，故相鄰兩極相組內的電流方向必須是相反的。在進行實際接線時，相鄰兩極相組必須按尾端與尾端相接、首端與首端相聯，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”進行聯接，也稱為反串聯接法。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極相組（或線圈）則產生兩個磁極的極性，繞組的極相組數僅為發電機極數的一半，而另外半數的磁極則由極相組所產生磁通共同形成。在庶極接法的繞組中每個極相組所產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接應按首端與尾端相接，也就是按“頭與尾相接、尾與頭相聯”的順串聯接法。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電機定子繞組應用最廣泛最普遍的接法，就是三相同步發電機和三相交流發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接。

（1）極相組首尾端的確定

在繞組的接線過程中，習慣上都喜歡在確定極相組的首尾端后再進行下一步的聯接。因為每個極相組都有兩根出線端，即一根首端與一根尾端。而在一臺三相多極發電機的繞組中其出線端將非常多，對如此眾多的出線端不作統一規定則在聯接時極易接錯。因此我們規定繞組線端的首端用箭頭的箭尾表示，用符號X代表電流進入紙面，繞組線端的尾端則用箭頭的頭部表示，用符號⊙代表電流穿出紙面。聯接時可將一臺發電機所有極相組中具有相同特征的一半線端作為當作首端來看，而把另一半線端當作尾端來看。

（1）單路接法

當發電機每相繞組的支路數a=1時，稱為單路接法，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 選定一個靠近出線盒位置的相極相組作為該相的起點，

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