第2章　電動(dòng)機(jī)拆裝與繞組重繞

2.1　電動(dòng)機(jī)繞組

2.1.1　電動(dòng)機(jī)繞組及線圈

（1）線圈　線圈是由帶絕緣皮的銅線（簡(jiǎn)稱(chēng)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(gè)有效邊的橋梁作用，端部越長(zhǎng)，能量浪費(fèi)越大。引線是引入電流的連接線。

每個(gè)線圈所繞的圈數(shù)稱(chēng)為線圈匝數(shù)。線圈有單個(gè)的也有多個(gè)連在一起的，多個(gè)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2-1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(gè)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(gè)線圈的稱(chēng)為單層繞組；每槽嵌放兩個(gè)線圈（上層和下層）的稱(chēng)為雙層繞組。單層繞組分為鏈?zhǔn)健⒔徊媸健⑼氖降龋浑p層繞組一般為疊式。三相電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)繞組）。

（3）節(jié)距　單元繞組的跨距指同一單元繞組的兩個(gè)有效邊相隔的槽數(shù)，一般稱(chēng)為繞組的節(jié)距，用字母Y表示。如圖2-2所示，節(jié)距是最重要的，它決定了線圈的大小。當(dāng)節(jié)距Y等于極距時(shí)線圈稱(chēng)為整距線圈；當(dāng)節(jié)距Y小于極距時(shí)稱(chēng)為短距線圈；當(dāng)節(jié)距Y大于極距時(shí)稱(chēng)為長(zhǎng)距線圈。電動(dòng)機(jī)的定子繞組多采用短距線圈，特別是雙層繞組電動(dòng)機(jī)。雖然短距線圈與長(zhǎng)距線圈的電氣性能相同，但是短距線圈比長(zhǎng)距線圈要節(jié)省端部銅線從而降低成本，改善感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形及磁動(dòng)式空間分布波形。例如，Y=5時(shí)，槽習(xí)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(duì)數(shù)；

τ——極距。

例如：6極24槽電機(jī)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(zhǎng)度表示，就是每個(gè)磁極沿定子鐵芯內(nèi)圓所占的弦長(zhǎng)：

τ=πD/（2p）

式中　D——定子鐵芯內(nèi)圓直徑；

p——磁極對(duì)數(shù)；

π——圓周率（3.142）。

（5）機(jī)械角度與電角度　電動(dòng)機(jī)的鐵芯內(nèi)腔是一個(gè)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(chǎng)，從而才能使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。為表明線圈排列的順序規(guī)律，必須引用“電角度”來(lái)表示繞組線圈之間相對(duì)的位置。

在交流電中對(duì)應(yīng)于一個(gè)周期的電角度是360°，在研究繞組布線的技術(shù)上不論電動(dòng)機(jī)的極數(shù)多少，都把三相交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)一個(gè)周期所轉(zhuǎn)過(guò)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(dòng)機(jī)里旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)械角度與電角度在數(shù)值上的關(guān)系就不相同了。

在2極電動(dòng)機(jī)中：經(jīng)過(guò)一個(gè)周期磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周機(jī)械角度為360°，而電角度也為360°。在4極電動(dòng)機(jī)中：磁場(chǎng)一個(gè)周期中旋轉(zhuǎn)1/2周，機(jī)械角度是180°，電角度是360°。在6極電動(dòng)機(jī)中：磁場(chǎng)在一個(gè)周期中旋轉(zhuǎn)1/3周，機(jī)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(dòng)機(jī)的電角度與機(jī)械角度之間的關(guān)系可以用下列公式表示：

a_電=pQ_機(jī)

式中　a_電——對(duì)應(yīng)機(jī)械角的角度；

Q_機(jī)——機(jī)械角度；

p——磁極對(duì)數(shù)。

表2-1列出了兩對(duì)磁極的電動(dòng)機(jī)其電角度與機(jī)械角度的關(guān)系。

（6）槽距角　電動(dòng)機(jī)相鄰兩槽間的距離，用槽距角，可以用以下公式計(jì)算：

a=p×360°/Q

式中　a——槽距角；

p——磁極對(duì)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(duì)數(shù)

Q——鐵芯槽數(shù)；

m——相數(shù)。

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

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

2.1.2　繞組的連接方式

（1）三相繞組首尾端的判斷方法

①用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量確定每相繞組的兩個(gè)線端　電阻值近似為零時(shí)，兩表筆所接為一組繞組的兩個(gè)線端，依次分清三個(gè)繞組的各兩端，如圖2-3所示。

②用萬(wàn)用表檢查的第一種檢查方法

a.萬(wàn)用表置mA擋，按圖2-4所示進(jìn)行接線。假設(shè)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(dòng)轉(zhuǎn)子，如萬(wàn)用表指針不動(dòng)，則表明假設(shè)正確；如萬(wàn)用表指針擺動(dòng)，則表明假設(shè)錯(cuò)誤，應(yīng)對(duì)調(diào)其中一相繞組頭、尾端后重試，直至萬(wàn)用表不擺動(dòng)時(shí)，即可將連在一起的3個(gè)線頭確定為頭或尾。

③用萬(wàn)用表檢查的第二種檢查方法

a.萬(wàn)用表置mA擋，按圖2-5所示進(jìn)行接線。

b.閉合開(kāi)關(guān)S，瞬間萬(wàn)用表指針向右擺動(dòng)，則表明電池正極所接線頭與萬(wàn)用表負(fù)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(wàn)用表正表筆所接線頭同為頭或尾。

c.將電池（或萬(wàn)用表）改接到第三相繞組的兩個(gè)線頭上重復(fù)以上試驗(yàn)，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(zhǔn)備一臺(tái)220V/36V降壓變壓器并按圖2-6所示進(jìn)行接線（小容量電動(dòng)機(jī)可直接接220V交流電源）。

b.閉合開(kāi)關(guān)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yīng)電動(dòng)勢(shì)矢量差。

c.將檢查確定的線頭作好標(biāo)記，將其中一相與接36V電源一相對(duì)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2-7所示進(jìn)行接線。

b.閉合開(kāi)關(guān)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.將檢查確定的線頭作好標(biāo)記，將其中一相與接燈泡一相對(duì)調(diào)重試，以此確定三相繞組所有頭、尾端。

在中小型電動(dòng)機(jī)中，極相組內(nèi)的線圈通常是連續(xù)繞制而成的，如圖2-8所示。

極相組內(nèi)的連接屬于同一相，且同一支路內(nèi)各個(gè)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2-9所示。

②反串連接：即極相組的尾端接尾端，首端接首端，如圖2-10所示。

（2）線圈匝數(shù)和導(dǎo)線直徑　線圈匝數(shù)和導(dǎo)線直徑是原先設(shè)計(jì)決定的，在重繞時(shí)應(yīng)根據(jù)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行繞制，電動(dòng)機(jī)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(dǎo)線直徑是指裸銅線的直徑。漆包線應(yīng)去漆后用千分尺量才能量出準(zhǔn)確的直徑。去漆可采用火燒，不但速度快而且準(zhǔn)確；如果用刀刮則不小心會(huì)刮傷銅線，這樣量出來(lái)的數(shù)據(jù)就有誤差，會(huì)造成不必要的麻煩，有時(shí)還會(huì)造成返工。

（3）并繞根數(shù)　功率較大的電動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)時(shí)就采用幾根較細(xì)的漆包線并繞來(lái)代替。在拆繞組的時(shí)候務(wù)必要弄清并繞的根數(shù)，以便于復(fù)原。在平時(shí)修理電動(dòng)機(jī)時(shí)如果沒(méi)有相同的線徑的漆包線，也可以采用幾根較細(xì)的漆包線并繞來(lái)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(dòng)機(jī)所需要的電流較大，因此在設(shè)計(jì)繞組時(shí)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(lái)。這一種連接方式稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(yīng)該為120°。但從實(shí)際出發(fā)，只要各線圈邊電源方向不變。

（6）氣隙　異步電動(dòng)機(jī)氣隙的大小及對(duì)稱(chēng)性，集中反映了電動(dòng)機(jī)的機(jī)械加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量，對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性有重大影響。對(duì)于氣隙對(duì)稱(chēng)性可以調(diào)整的中、大型電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)都要檢查氣隙大小及其對(duì)稱(chēng)性。對(duì)于采用端蓋既無(wú)定位又無(wú)氣隙探測(cè)孔的小型電機(jī)，試驗(yàn)時(shí)也要在前、后端蓋鉆孔探測(cè)氣隙對(duì)稱(chēng)性。

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

塞尺（厚薄規(guī)）是測(cè)量氣隙的工具，其寬度一般為10～15mm，長(zhǎng)度視需要而定，一般在250mm以上，測(cè)量時(shí)宜將不同厚度的塞尺逐個(gè)插入電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)軸方向插入鐵芯，左右偏斜會(huì)使測(cè)量值偏小。塞尺插入鐵芯的深度不得少于30mm，盡可能達(dá)到兩個(gè)鐵芯段的長(zhǎng)度。由于鐵芯的齒脹現(xiàn)象，插得太深會(huì)使測(cè)量值偏大。對(duì)于采用開(kāi)口槽鐵心的電機(jī)，塞尺不得插在線圈的槽楔上。

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

②對(duì)氣隙大小及對(duì)稱(chēng)性的要求　11號(hào)機(jī)座以上的電動(dòng)機(jī)，氣隙實(shí)測(cè)平均值（鐵芯表面噴漆者再加0.05mm）與設(shè)計(jì)值之差，不得超過(guò)設(shè)計(jì)值的±（5％～10％）。氣隙過(guò)小，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)；氣隙過(guò)大，會(huì)影響電機(jī)的性能和溫升。

大型座式軸承電動(dòng)機(jī)的氣隙不均勻度按下式計(jì)算：

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