第3章 電動機繞組連接嵌入與改制

3.1　電動機繞組與連接

3.1.1　電動機繞組及線圈

（1）線圈　線圈是由帶絕緣皮的銅線（簡稱漆包線）按規(guī)定的匝數(shù)繞制而成的。線圈的兩邊叫有效邊，是嵌入定子鐵芯槽內(nèi)作為電磁能量轉(zhuǎn)換的部分，兩頭伸出鐵芯在槽外有弧形的部分叫端部。端部是不能直接轉(zhuǎn)換的部分，僅起連接兩個有效邊的橋梁作用，端部越長，能量浪費越大。引線是引入電流的連接線。

每個線圈所繞的圈數(shù)稱為線圈匝數(shù)。線圈有單個的也有多個連在一起的，多個連在一起的又分同心式和疊式兩種。雙層繞組線圈基本上都是疊式的。

圖3-1中所示線圈直的部分是有效邊，圓弧形的為端部。

（2）繞組　繞組是由若干個線圈按一定規(guī)律放在鐵芯槽內(nèi)而組成的。每槽只嵌放一個線圈的稱為單層繞組；每槽嵌放兩個線圈（上層和下層）的稱為雙層繞組。單層繞組分為鏈式、交叉式、同心式等；雙層繞組一般為疊式。三相電動機共有三相繞組即A相、B相和C相。每相繞組的排列都相同，只是空間位置上依次相差120°（這里指2極電動機繞組）。

（3）節(jié)距　指單元繞組的跨距。同一單元繞組的兩個有效邊相隔的槽數(shù)，一般稱為繞組的節(jié)距，用字母Y表示。如圖3-2所示，節(jié)距是最重要的，它決定了線圈的大小。當節(jié)距Y等于極距時線圈稱為整距線圈；當節(jié)距Y小于極距時稱為短距線圈；當節(jié)距Y大于極距時稱為長距線圈。電動機的定子繞組多采用短距線圈，特別是雙層繞組電動機。雖然短距線圈與長距線圈的電氣性能相同，但是短距線圈比長距線圈要節(jié)省端部銅線從而降低成本，改善感應電動勢波形及磁動式空間分布波形。例如，Y=5時，槽習慣上用1～6槽的方式表示，即線圈的有效邊相隔5槽，分別嵌于第一槽和第六槽。

（4）極距　極距是指相鄰磁極之間的距離，用字母τ表示。在繞組分配和排列中極距用槽數(shù)表示，即：

τ=Z/（2p）

式中　Z——定子鐵芯總槽數(shù)；

　p——磁極對數(shù)；

　τ——極距。

例如：6極24槽電機繞組，p=3，Z=24，那么τ=Z/2p=24/（2×3）=4（1～5槽），表示極距為4，從第1槽至第5槽。

極距τ也可以用長度表示，就是每個磁極沿定子鐵芯內(nèi)圓所占的弦長：

τ=πD/（2p）

式中　D——定子鐵芯內(nèi)圓直徑；

　p——磁極對數(shù)；

　π——圓周率（3.142）。

（5）機械角度與電角度　電動機的鐵芯內(nèi)腔是一個圓。繞組的線圈必須按一定規(guī)律分布排列在鐵芯的內(nèi)腔，才能產(chǎn)生有規(guī)律的磁場，從而才能使電動機正常運行。為表明線圈排列的順序規(guī)律，必須引用“電角度”來表示繞組線圈之間相對的位置。

在交流電中對應于一個周期的電角度是360°，在研究繞組布線的技術上不論電動機的極數(shù)多少，都把三相交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場經(jīng)過一個周期所轉(zhuǎn)過的角度作360°電角度。根據(jù)這一規(guī)定，在不同極數(shù)的電動機里旋轉(zhuǎn)磁場的機械角度與電角度在數(shù)值上的關系就不相同了。

在2極電動機中：經(jīng)過一個周期磁場旋轉(zhuǎn)一周機械角度為360°，而電角度也為360°。在4極電動機中：磁場一個周期中旋轉(zhuǎn)1/2周，機械角度是180°，電角度是360°。在6極電動機中：磁場在一個周期中旋轉(zhuǎn)1/3周，機械角度是120°，電角度也是360°。

根據(jù)上述原理可知：不同極數(shù)的電動機的電角度與機械角度之間的關系可以用下列公式表示：

a電=pQ機

式中　a電 ——對應機械角的角度；

　Q機 ——機械角度；

　p ——磁極對數(shù)。

表3-1列出了兩對磁極的電動機其電角度與機械角度的關系。

（6）槽距角　電動機相鄰兩槽間的距離，用槽距角，可以用以下公式計算：

a=p ×360°/Q

式中　a ——槽距角；

　p ——磁極對數(shù)；

　Q ——鐵芯槽數(shù)。

（7）每極每相槽數(shù)　每極每相槽數(shù)用q表示。公式如下：

q=Q/（2pm）

式中　p ——磁極對數(shù)；

　Q ——鐵芯槽數(shù)；

　m ——相數(shù)。

　q可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。若q為整數(shù)，則該繞組稱為整數(shù)槽繞組；若q為分數(shù)則稱為分數(shù)槽繞組；若q=1即每個極下每相繞組只占一個槽，稱為集中繞組；若q＞1則稱為分布繞組。

（8）極相組　在定子繞組中將同一個磁極的線圈定為一組稱為極相組。極相組可以由一個或多個線圈組成（多個線圈一次連繞而成）。極相組之間的連接線稱為跨接線。在三相繞組中每相都有一頭一尾，三個頭依次為U1、V1、W1；三尾依次為U2、V2、W2。

3.1.2　繞組的連接方式

（1）三相繞組首尾端的判斷方法

① 用萬用表電阻擋測量確定每相繞組的兩個線端　電阻值近似為零時，兩表筆所接為一組繞組的兩個線端，依次分清三個繞組的各兩端，如圖3-3所示。

② 用萬用表檢查的第一種檢查方法

a．萬用表置mA擋，按圖3-4所示進行接線。假設一端接線為頭（U1、Vl、W1），另一端接線為尾（U2、V2、W2）。

b．用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，如萬用表指針不動，則表明假設正確；如萬用表指針擺動，則表明假設錯誤，應對調(diào)其中一相繞組頭、尾端后重試，直至萬用表不擺動時，即可將連在一起的3個線頭確定為頭或尾。

③ 用萬用表檢查的第二種檢查方法

a．萬用表置mA擋，按圖3-5所示進行接線。

b．閉合開關S，瞬間萬用表指針向右擺動，則表明電池正極所接線頭與萬用表負表筆所接線頭同為頭或尾；如指針向左反擺，則表明電池正極所接線頭與萬用表正表筆所接線頭同為頭或尾。

c．將電池（或萬用表）改接到第三相繞組的兩個線頭上重復以上試驗，確定第三相繞組的頭、尾，以此確定三相繞組各自的頭和尾。

④ 用燈泡檢查的第一種方法

a．準備一臺220V/36V降壓變壓器并按圖3-6所示進行接線（小容量電動機可直接接220V交流電源）。

b．閉合開關S，如燈泡亮，則表明兩相繞組為頭、尾串聯(lián)，作用在燈泡上的電壓是兩相繞組感應電動勢的矢量和；如燈泡不亮，則表明兩組繞組為尾、尾串聯(lián)或頭、頭串聯(lián)，作用在燈泡上的電壓是兩相繞組感應電動勢矢量差。

c．將檢查確定的線頭做好標記，將其中一相與接36V電源一相對調(diào)重試，以此確定三相繞組所有頭、尾端。

⑤ 用燈泡檢查的第二種檢查方法

a．按圖3-7所示進行接線。

b．閉合開關S，如36V燈泡亮，則表示接220V電源的兩相繞組為頭、尾串聯(lián)；如燈泡不亮，則表示兩相繞組為頭、頭串聯(lián)或尾、尾串聯(lián)。

c．將檢查確定的線頭做好標記，將其中一相與接燈泡一相對調(diào)重試，以此確定三相繞組所有頭、尾端。

在中小型電動機中，極相組內(nèi)的線圈通常是連續(xù)繞制而成的，如圖3-8所示。

極相組內(nèi)的連接屬于同一相，且同一支路內(nèi)各個極相組通常有兩種連接方法。

① 正串連接：即極相組的尾端接首端，首端接尾端，如圖3-9所示。

② 反串連接：即極相組的尾端接尾端，首端接首端，如圖3-10所示。

（2）線圈匝數(shù)和導線直徑　線圈匝數(shù)和導線直徑是原先設計決定的，在重繞時應根據(jù)原始的數(shù)據(jù)進行繞制，電動機的功率越大電流也越大，要求的線徑也越粗，而匝數(shù)反而越少。導線直徑是指裸銅線的直徑。漆包線應去漆后用千分尺量才能量出準確的直徑。去漆可采用火燒，不但速度快而且準確；如果用刀刮則不小心會刮傷銅線，這樣量出來的數(shù)據(jù)就有誤差，會造成不必要的麻煩，有時還會造成返工。

（3）并繞根數(shù)　功率較大的電動機因電流較大，故要用較粗的線徑。直徑在1.6mm以上的漆包線硬而難繞，設計時就采用幾根較細的漆包線并繞來代替。在拆繞組的時候務必要弄清并繞的根數(shù)，以便于復原。在平時修理電動機時如果沒有相同的線徑的漆包線，也可以采用幾根較細的漆包線并繞來代替，但要注意代替線的接法，截面積的和要等于被代替的截面積。

（4）并聯(lián)支路　功率較大的電動機所需要的電流較大，因此在設計繞組時往往把每一相的線圈平均分成多串，各串里的極相組依次串聯(lián)后再按規(guī)定的方式并聯(lián)起來。這一種連接方式稱為并聯(lián)支路。

（5）相繞組引出線的位置　三相繞組在空間分布上是對稱的，相與相之間相隔的電角度為120°，那么相繞組的引出線U1、V1、W1之間以及U2、V2、W2之間相隔的電角度也應該為120°。但從實際出發(fā)，只要各線圈邊電源方向不變。

（6）氣隙　異步電動機氣隙的大小及對稱性，集中反映了電動機的機械加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量，對電動機的性能和運轉(zhuǎn)可靠性有重大影響。對于氣隙對稱性可以調(diào)整的中、大型電動機，每臺都要檢查氣隙大小及其對稱性。對于采用端蓋既無定位又無氣隙探測孔的小型電機，試驗時也要在前、后端蓋鉆孔探測氣隙對稱性。

① 測量方法　中、小型異步電動機的氣隙，通常在轉(zhuǎn)子靜止時沿定子圓周大約各相隔120°處測量三點；大型座式軸承電機的氣隙，須在上、下、左、右測量四點，以便在裝配時調(diào)整定子的位置。電動機的氣隙須在鐵芯兩端分別測量，封閉式電機允許只測量一端。

塞尺（厚薄規(guī)）是測量氣隙的工具，其寬度一般為10～15mm，長度視需要而定，一般在250mm以上，測量時宜將不同厚度的塞尺逐個插入電機定、轉(zhuǎn)子鐵芯的齒部之間，如恰好松緊程度適宜，則塞尺的厚度就作為氣隙大小。塞尺須順著電機轉(zhuǎn)軸方向插入鐵芯，左右偏斜會使測量值偏小。塞尺插入鐵芯的深度不得少于30mm，盡可能達到兩個鐵芯段的長度。由于鐵芯的齒脹現(xiàn)象，插得太深會使測量值偏大。對于采用開口槽鐵芯的電機，塞尺不得插在線圈的槽楔上。

由于塞尺不成弧形，故氣隙測量值都比實際值小幾忽米（1忽米=0.01mm）。在小型電動機中，由于塞尺與定子鐵芯內(nèi)圓的強度差得較多，加之鐵芯表面的漆膜也有一定厚度，氣隙測量誤差較大，且隨測量者對塞尺松緊的感覺不同而有差別，因此對于小型電機，一般只用塞尺來檢查氣隙對稱性，氣隙大小按定子鐵芯內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子鐵芯外徑之差來確定。

② 對氣隙大小及對稱性的要求　11號機座以上的電動機，氣隙實測平均值（鐵芯表面噴漆者再加0.05mm）與設計值之差，不得超過設計值的±（5%～10%）。氣隙過小，會影響電動機的安全運轉(zhuǎn)；氣隙過大，會影響電機的性能和溫升。

大型座式軸承電動機的氣隙不均勻度按下式計算：

氣隙不均勻度=×100%

大型電動機的氣隙對稱性可以調(diào)整，所以對基本要求較高，鐵芯任何一端的氣隙不均勻度不超過5%～10%，同一方向鐵芯兩端氣隙之差不超過氣隙平均值的5%。