第2章　電動機拆裝與繞組重繞

2.1　電動機繞組

2.1.1　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）按規定的匝數繞制而成的。線圈的兩邊叫有效邊，是嵌入定子鐵芯槽內作為電磁能量轉換的部分，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稱為線圈匝數。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　繞組是由若干個線圈按一定規律放在鐵芯槽內而組成的。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）節距　單元繞組的跨距指同一單元繞組的兩個有效邊相隔的槽數，一般稱為繞組的節距，用字母Y表示。如圖2-2所示，節距是最重要的，它決定了線圈的大小。當節距Y等于極距時線圈稱為整距線圈；當節距Y小于極距時稱為短距線圈；當節距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表示，即：

τ=Z/（2p）

式中　Z——定子鐵芯總槽數；

p——磁極對數；

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圓所占的弦長：

τ=πD/（2p）

式中　D——定子鐵芯內圓直徑；

p——磁極對數；

π——圓周率（3.142）。

（5）機械角度與電角度　電動機的鐵芯內腔是一個圓。繞組的線圈必須按一定規律分布排列在鐵芯的內腔，才能產生有規律的磁場，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多少，都把三相交流電所產生的旋轉磁場經過一個周期所轉過的角度作360°電角度。根據這一規定，在不同極數的電動機里旋轉磁場的機械角度與電角度在數值上的關系就不相同了。

在2極電動機中：經過一個周期磁場旋轉一周機械角度為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1/3周，機械角度是120°，電角度也是360°。

根據上述原理可知：不同極數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。

表2-1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；

Q——鐵芯槽數。

（7）每極每相槽數　每極每相槽數用q表示。公式如下：

q=Q/（2pm）

式中　p——磁極對數

Q——鐵芯槽數；

m——相數。

q可以是整數也可以是分數。若q為整數，則該繞組稱為整數槽繞組；若q為分數則稱為分數槽繞組；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。

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2-3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2-4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.用手轉動轉子，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2-5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2-6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，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、尾串聯或頭、頭串聯，作用在燈泡上的電壓是兩相繞組感應電動勢矢量差。

c.將檢查確定的線頭作好標記，將其中一相與接36V電源一相對調重試，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；如燈泡不亮，則表示兩相繞組為頭、頭串聯或尾、尾串聯。

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

在中小型電動機中，極相組內的線圈通常是連續繞制而成的，如圖2-8所示。

極相組內的連接屬于同一相，且同一支路內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）線圈匝數和導線直徑　線圈匝數和導線直徑是原先設計決定的，在重繞時應根據原始的數據進行繞制，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，這樣量出來的數據就有誤差，會造成不必要的麻煩，有時還會造成返工。

（3）并繞根數　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，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后再按規定的方式并聯起來。這一種連接方式稱為并聯支路。

（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，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量和裝配質量，對電動機的性能和運轉可靠性有重大影響。對于氣隙對稱性可以調整的中、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）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。由于鐵芯的齒脹現象，插得太深會使測量值偏大。對于采用開口槽鐵心的電機，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徑與轉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；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：

大型電動機的氣隙對稱性可以調整，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％。