一、交流绕组的概述
对交流绕组的基本要求
- 对称性：相绕组空间布置必须对称，匝数、跨距、线径等数据及圆周分布相同，且m相绕组轴线在空间互差 电角度
- 极对数：交流绕组流过电流后必须形成所希望的磁场极对数
- 基波电动势最大：在一定导体数下力求获得最大的基波电动势（电动势相加原则）
单个线圈的两个线圈边合成的基波电动势最大
每相绕组的线圈组合成的基波电动势最大
- 谐波最小：交流绕组通电建立的磁场空间分布波形须接近正弦，且绕组中的感应电动势随时间按正弦变化
- 工艺性和经济性：用铜量少，下线方便，绝缘性能、散热条件好，机械强度高
重要原则：交流绕组产生的电动势和磁动势以及最终体现出的电磁性能，只与连接的导体有关，而与连接的次序无关。绕组连接时应尽量使工艺简便，绕组端部最短，节省端部用铜量。
交流绕组的分类
按相数分类：
- 单相绕组
- 三相绕组
- 多相绕组
按层数分类：
- 单层绕组（等元件式、交叉式、同心式、链式）
- 双层绕组（叠绕组、波绕组）
按每极每相槽数分类：
- 集中绕组（）
- 分布绕组（）
- 整数槽绕组（ 为整数）
- 分数槽绕组（ 为分数）
二、交流绕组的术语和基本数据
1. 绕组元件（线圈）
匝数 ： 也叫圈数，每匝之间是串联关系（有电位差）
并绕根（股）数 ： 用一束截面较细的导线代替一根截面较粗的导线， 股之间是并联关系（无电位差），相当于一根导体
每槽导体数 ：
- 单层：
- 双层：
- 取决于匝数、层数，与并绕股数无关
2. 极距（）
相邻两极中心线之间的距离
3. 节距（）
一个线圈的两个有效边所跨的距离（槽数）
- ：整距
- ：短距
极距不一定是整数，但是节距一定是整数！（因为节距表示线圈物理上实际跨过的槽数）
👉 如果极距不是整数，那么一定有，此时采用的一定是短距绕组
4. 机械角度和电角度
机械角度： 从几何观点，电枢圆周一周为空间 360°
电角度： 从电磁观点，每经过 N-S 一对极，磁场的空间分布交变一次，故一对极所占的空间角度视为 360° 空间电角度；每经过一对极，感应电动势等时间量也交变一次，称为 360° 时间电角度
机械角速度：
电角速度：
5. 槽距角（）
用电角度表示的相邻两槽之间的空间距离
重要概念：空间相位差和时间相位差在数值上相等。
对于正弦波磁场,相邻槽内导体的感应电动势的时间相位差等于这两槽的空间相位差（即槽距角 ）。
例： ， 的同步电机
时间相位差和空间相位差
- 导体 1 和导体 2 在空间上相差 30° 电角度
- 导体 1 中的感应电动势 的相位领先导体 2 中的感应电动势 30°
在电机旋转的时候，这个空间相位差导致了时间相位差（某一个槽要多旋转一个角度，相位就会落后相应的角度）
6. 槽电动势星形图
把电枢各槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用矢量表示而构成的辐射星形图。
特点：
- 星形图反映各槽内导体感应电动势的相位关系
- 每对极（360°电角）为一个单元电机
- 有几对极，就重叠几层
7. 每极每相槽数（）
每极下每相所占的槽数
- = 整数：整数槽绕组
- ≠ 整数：分数槽绕组（平均值为分数）
集中绕组： 每极每相只占一个槽（）
分布绕组： "分散布置"，每极每相槽数大于一个槽（）
- 裂槽 + 串联 = 合成后电动势相位不变
8. 相带
用电角度表示的一个极下属于同一相的 个槽连续占有的空间（扇形弧面），称为相带。
三、60°相带绕组的分相
分相原则
对于三相绕组，若将每对极下槽数六等分，则每等分槽数（ 槽）在空间占有 60° 电角，称 60°相带（）。
- A相：首端 A，末端 X
- B相：首端 B，末端 Y
- C相：首端 C，末端 Z
分相步骤（以双层绕组为例）
注意：对于双层绕组，只需划分上层边的相带；把每根相量看作上层边在某槽的一个线圈的电动势矢量。
例： ，， （每极每相槽数）的电机
- 计算槽距角：，
- 绘制槽电势星形相量图
- 按 60°相带划分：A、Z、B、X、C、Y
- A、X ；B、Y；C、Z相对；
- A、B、C 分别各差 120°
60°/120°相带对比
- 图中的箭头就表示槽中的单根导体产生的感应电动势矢量
- 对于 A 相的 1、2、7、8 四个矢量而言，只要反串联后矢量叠加，得到的合成电动势最大
同样，为了使得矢量和最大，直接将 12、1、2、3 好导体顺串即可
显然最后 4 项的矢量和没有 60°相带大
60°相带的一相合成电动势大于 120°相带的合成电动势
60°相带三相绕组反串联示意（a=1）
四、三相单层绕组的绕制规律
基本特点
每槽内只有一个线圈边，总线圈数等于槽数的一半。
绕制步骤
以 叠绕组（等元件式） 为例
第一步： 按照给定的 、 画出槽数并编号且划分相带
第二步： 标出 A、X 相带中的导体，并串联成相应的线圈组（极相组），共 个极相组
第三步： 将属于同一相的极相组按支路数要求连成一相绕组
极相组感应电势特点：
- 大小相等
- 相位相同或相反
示例（直观的理解集中绕组和分布绕组）
示例 1： ，，（集中绕组）
示例 2： ，，（分布绕组）
分布绕组特点：
- 合成电动势相位不变（, , 互差 ）
- 电磁性能更好（双层可削弱高次谐波）
- 代价：合成电动势减小（代数和变成矢量和）
上面是串联的接法，可以产生较大的感应电动势；如果需要通过较大的电流，则可以采取并联的接法👇
总之，并联支路数 a 不大于极对数：
单层绕组的连接型式
与等元件式相比，其它连接型式仅改变了同一相中各线圈电动势相加的先后次序，相电动势、相绕组阻抗均不变。
单层绕组的优缺点
优点：
- 每槽只有一个元件边，下线方便
- 槽利用率高
缺点：
- 两个元件边是由相差 电角的相带中的导体构成，为等效整距绕组
- 无法利用绕组短矩来改善感应电动势及磁场波形
应用： 通常用于 10kW 以下的交流电机中
五、三相双层绕组的绕制规律
基本特点
每槽内有两个线圈边，分上下两层，分属不同的线圈，线圈数等于槽数。
绕制步骤
第一步： 画出槽数并编号
第二步： 划分每槽上层边的相带
第三步： 标出上层边属于某相的相带中的导体
第四步： 将同一相带中的 个线圈依次串联成一个线圈组（极相组），共 个极相组
第五步： 将 个极相组按一定的支路数连接成一相绕组
注意：每个线圈下层边所在的位置由 决定，与相带的划分无关。
叠绕组与波绕组
例： ，，
一般而言会绕成短距绕组，这里取：
1. 叠绕组
特点：
- 极相组数： 个
- 最大并联支路数：
- 短距时端部短，省铜
- 极相组之间的连线多
2. 波绕组
特点：
- 线圈组数：2 个（所有上层边在 N 极下的同一相线圈串联成一个线圈组；所有上层边在 S 极下的同一相线圈串成另一个线圈组）
- 最大并联支路数：
- 极相组之间的连线少
- 引出线可集中在一对极距范围内
- 绕电枢一圈串联 个线圈后人为退后 1 个槽
- 波绕组通常为单匝，且采用短距不节省端部用铜（ 减小时， 必然增大，）
注意：每绕完一周，需人为调整 （前进或后退一个槽）。
波绕组的应用场合
- 水轮发电机的定子绕组（多极）
- 绕线式异步电机的转子绕组（双馈异步风力发电机）
- 电动汽车驱动电机扁线绕组（Hair-pin 绕组）
扁线绕组优点：
- 槽满率高（75%）
- 直流电阻小
- 损耗小效率高
六、总结：整数槽三相交流绕组绕制规律
交流绕组产生的电动势和磁动势只和连接的导体有关，而与连接的次序无关。
可以看到，如果，则叠绕和波绕只是改变了串联的顺序，本质上是完全等价的
