电机实训报告

　　　　 电机绕组的设计与实训

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电机设计与实训任务书

学院：自动化工程学院                    

目  录

电机绕组的设计与实训... I

一  实训目的... 1

二  异步电机的基础理论... 2

2.1　三相异步电动机的结构. 2

2.2　三相交流电机旋转磁场的产生. 6

2.3　交流绕组的基本知识. 7

三  电机绕组的嵌线... 10

3.1　绕线工具. 10

3.2　绝缘材料与制作槽楔. 13

3.3　链式绕组嵌线. 14

3.4      同心式绕组嵌线. 15

3.5      交叉式绕组嵌线. 16

四  实训总结及心得体会... 17

一  实训目的

1.  加深理解三相电动机的工作原理

2.  熟悉电动机的嵌线工艺、装配流程

二  异步电机的基础理论

2.1　三相异步电动机的结构

三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，

如下图示：

 

封闭式三相笼型异步电动机结构图

1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇

2.1.1  定子部分

定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。

1.  外壳

   

三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。

    机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。

    端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。

    轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。

    接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。

    吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。

2.  定子铁心

      

异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。

 

（a）定子铁心           （b）定子冲片              

定子铁心及冲片示意图   

3.  定子绕组

定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如下图所示，可以接成星形或三角形。

 

（a）星形连接                    （b）三角形连接

定子绕组的连接

2.1.2  转子部分

1.  转子铁心

   

是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。

2.  转子绕组

  

 异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。

    ① 绕线形绕组 

与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图

 

1—集电环；2—电刷；3—变阻器                  

        图 绕线形转子与外加变阻器的连接

② 笼形绕组

在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。

 

（a）铜排转子       （b）铸铝转子

笼形转子绕组

3.其他部分

其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。

2.2　三相交流电机旋转磁场的产生

三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。

观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。     定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机

2.3　交流绕组的基本知识

2.3.1    交流绕组的基本概念

绕组：按一定规律排列和连接的线圈的总称。

2.3.2   交流绕组的一些基本术语

   

1.   机械角度与电角度

      机械角度——一圆周360度；

      电角度——一对磁极占有的空间角度是360度电角度

  关系：      电角度 = p * 机械角度  （ p为极对数）

   

2.  极距t

沿定子内圆每个磁极所占有的距离   t = Z / 2p     （定子槽数）

   

3.  线圈与节距y1

线圈：由一匝或多匝导线串联而成，有两个引出线，一个称为首端，一个称为末端。

节距y1：线圈两个有效边沿定子内圆的距离

      整距（y1 = t）、短距（y1 < t）、长距t（y1 > t）

4．槽距角a

      

相邻两槽之间的电角度       a = p*360 / Z

5．每极每相槽数q

    

每相绕组在每一磁极下所占有的槽数q = Z / 2pm（整数槽和分数槽）

6．相带和极相组（线圈组）

   

相带： 每一极下，每相绕组所占有的电角度（qa）

                                    ——  60度分相法

     极相组：  每一极下属于同一相的q个线圈相串联。

7.  槽电势星形图：

        

     假设气隙磁密在圆周上按正弦规律分布，转子旋转――定子各槽内导体的感应电势也将随时间按正弦规律变化。当把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个辐射星形图。各槽内导体感应电势在时间相位上互差α电角度。

2.3.3  构成原则

1.  要求磁势和电势的波形为正弦波形；

2.  要求磁势和电势三相对称，三相电压对称；

3.  电力系统都有统一的标准频率，我国规定工业标准频率为50Hz。

 在一定的导体数下，获得较大的基波电势和基波磁势。

2.3.4  定子绕组分类：

1.  按相数：单相和三相；

2.  按槽内层数：单层、双层

3.  按绕组端接部分的形状：

 单层有同心式、交叉式、 链式；             

双层有迭绕组、波绕组

三  电机绕组的嵌线

3.1　绕线工具

3.1.1  清槽片

1．作用

清槽片是清除电机定子铁心槽内残存绝缘物，锈斑等杂物的专用工具。

2．形状

清槽片可利用断钢锯条在砂轮上磨成尖头或钩状，尾部用塑料带包扎作成手柄，其形状如图3-1所示。

3.1.2  划线片（板）

1．作用

划线片是嵌放线圈时将导线划进铁芯线槽内，以及理顺已嵌入槽里的导线的专用工具。

2．形状

划线片可利用层压树脂板或西餐刀用砂轮磨削制作，最好用锯床锋钢锯条制成，其形状如图3-2所示，尺寸一般长约150～2O0mm，宽约10～15mm，厚约3mm。头端略尖形，一侧稍薄些，整体表面光滑，以免操作时损伤导线的绝缘。

3-1  清槽片                         3-2   划线片

3.1.3  压线块（铁）

1．作用

压线块是把已嵌入线槽的导线压紧并使其平整的专用工具。

2．形状

用不锈钢或黄铜材料制成，装上手柄，便于操作。形状如图3-3所示，尺寸取决于线槽的宽度，配备几种不同规格，依线槽宽度供选择使用。

3.1.4  压线条

1．作用

压线条又称捅条，是小型电机嵌线时必须使用的工具。

压线条捅入槽口有两个作用：其一是利用楔形平面将槽内的部分导线压实或将槽内所有导线压实，压部分导线是为了方便继续嵌线，而压所有导线是为了便于插入槽楔，封锁槽口；其二是配合划线片对槽口绝缘进行折合、封口。最好根据槽形的大小制成不同尺寸的多件，压线条整体要光滑，底部要平整，以免操作时损伤导线的绝缘和槽绝缘。

2．形状

一般用不锈钢棒或不锈钢焊条制成，横截面为半圆形，并将头部锉成楔状，便于插入槽口中，见图3-4所示。

   

     

        

   

       

         

图3-3  压线块                         图3-4  压线条

3.1.5  刮线刀

1．作用

刮线刀是用来刮去导线接头上绝缘层的专用

工具。

2．形状

刮线刀的刀片可利用一般卷笔刀上的刀片，          图3-5  刮线刀

每个刀片用螺钉紧固，或用强力胶粘牢。其形状如图3-5所示。      

3.1.6  裁纸刀

1．作用                              

裁纸刀是用来推裁高出槽面的槽绝缘

纸的专用工具。                             图3-6  裁纸刀

2．形状                                               

一般用断钢锯条在砂轮上磨成，其形状如图3-6所示。                                                          

3.1.7  绕线模                  

1．作用                            

绕线模是用来绕制电机绕组线圈的

专用工具。

2．形状

在使用中最重要的是线圈形状和尺

寸的定型，因为绕线模尺寸确定不合适，绕制的线圈就不能嵌装。线圈太小，造成嵌线困难；线圈过大，不仅浪费导线，                        图3-7  中型活络式绕线模

且因线圈端部相应过长给装配电机端盖带来困难，甚至会与端盖紧靠而影响对地绝缘。 

通常绕线模为购买物品，其形状如图3-7所示，尺寸大小由被修理电机的瓦数决定。  

3.1.8  千分尺                                     

1．作用

千分尺有内外径之分,电机修理只使用外径千分尺，外径千分尺是用来测量导线线径的。其分度值为0.001mm。

2．使用

千分尺是一种精密量具，见图3-8所示，使用时应注意：

(a)测量前，先把千分尺的两个测量面擦干净，然后转动测力装置—棘轮，使两个测量面轻轻地接触，并且没有间隙，先检查两测量面

间的平行度是否良好，再检查零位对准与否。

（b）把被测量物表面擦干净，以免有脏物影响测量的精度。

(c)测量时用左手准确地握着千分尺的尺架(平端或垂直)，右手的两指旋转刻度套管。当两个测量面将要接近被测量零件表面时，就不要直接旋转刻度套管，而只转动棘轮，以得到固定的测量力。等到虽然转动棘轮而刻度套管不再转动时，并听到棘轮发出”卡卡"声，即可读出要测量的数值。                                      

(d)在读取测量数值时，当心读错0.5mm，即在固定套管上多读或少读半格(O.5mm)。

    (e)为避免测量一次所得结果的误差，可在第一次测量后松开棘轮，再重复测量几次，

取平均值即可。

图3-8  用外径千分尺测量导线线径

3.2　绝缘材料与制作槽楔

绝缘材料是用来隔离带电的或不同电位的导体，使电流按确定的路径流通。绝缘材料种类很多。在电机修理中，不同的部位需采用不同的绝缘材料，所用的绝缘材料的绝缘等级必须与所修电机铭牌上的绝缘等级相符。

1．  绕组用主绝缘材料

表3-1电机绕组用主绝缘材料

2．电机绕组包绕用绝缘材料

表  3-2  电机绕组包绕用绝缘材料

3.3　链式绕组嵌线

 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。链式绕组的每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。

3.4    同心式绕组嵌线

  同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。  同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。

3.5    交叉式绕组嵌线

 单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。       交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q>1的且为奇数的小型三相异步电动机。

四  实训总结及心得体会

1. 通过实验我认识到：做实验过程中要遵照流程按步骤进行。

2. 通过电机实习进一步理解了三相异步电动机的工作原理，掌握了电机具体的拆卸与制造步骤，并且学会了分析一些简单的电机故障。从而将电机理论应用到了实践当中，将理论具体化，发现了理论与实际的差距和理论对实践的指导意义。

3. 绕电机主要是要细心，防止把线弄断，或者造成短路。