电机绕组设计

（一）基本原理
为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图2.2源自文库1所示
图2.2.1异步机工作原理
当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。
图2.3.1常用的线圈示意图
（2）极距τ
极距是指交流绕组一个磁极所占有定子圆周的距离，一般用定子槽数来表示。即τ＝ 式中 Z1——定子铁心总槽数；2P——磁极数；τ——极距。
（3）线圈节距Y
一个线圈的两个有效边所跨定于圆周的距离称为节距，一般也用定于槽数来表示。如某线圈的一个有效边嵌放在第1而另一个有效边放在第6槽，则其节距Y＝6-1＝5槽。从绕组产生最大磁势或电势的要求出发，节距Ｙ应接近于极距τ，即：Y≈τ
（2）对三相绕组，各相的电势和磁势要求对称而各相的电阻和电抗都相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝数都相同且各相绕组在空间的分布应彼此相差1200电角度。
（3）绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。
（4）制造、安装、检修要方便。
三相交流绕组在槽内嵌放完毕后共有6个出线端引到电动机机座上的接线盒内。高压大、中型容量的异步电动机三相绕组一般采用星形接法；小容量的异步电动机三相绕组一般采用三角形接法。
3．加深理解三相电动机的工作原理,组成结构。并且能够锻炼动手能力和团队合作能力。
4．促进理论学习，为以后的工作学习打下初步的基础知识。
二
2.1
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
图2.1.1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；
（2）各相绕组的电源引出线应彼此相隔120°电角度。
（3）同一相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方向应相同，而在异性磁极下的电流方向相反。
（4）同相线圈之间的连接应顺着电流方向进行。
4．交流绕组的分类
按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单双层混合绕组；按每极每相所占的槽数来分，可分为整数槽绕组和分数槽绕组；按绕组的结构形状来分，可分为链式绕组、交叉式绕、同心式绕组、叠绕组和波绕组等。
定子绕组有星形和三角形两种接法。为了便于接线，将三相绕组的六个出线端引到接线盒中。若把U2、V2、W2接在一起，U1、V1、W1分别接到电源的L1、L2、L3各相电源上，电动机就为星形接法，如图2.1.6（a）所示。如把U1和W2、V1或U2、W1和V2接在一起，再从三个连接端处分别接到电源L1、L2、L3各相电源上，就是三角形接法，如图2.1.5（b）所示。实际接线时究竟采用哪一种接法，要根据电动机绕组的额定电压和电源的电压来确定。
第6，7天：将定子绕组绕成同心式；并检查是否合格；
第8，9天：将定子绕组绕成交叉式；并检查是否合格；
第10天：总结实训内容，写实训报告。
指导教师：王云彬隋明森
一 实训目的
1．本次实训为电机绕组实训，通过实训能够进一步的了解电动机的结构组成。
2通过本次的电机实训，能够更深入的了解电机的运行原理，会对三相异步电动机的定子绕组进行正确的三角形或者星型连接。
（7）极相组极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的线圈组。
2．交流绕组的基本要求
三相异步电动机交流绕组的构成主要从设计制造和运行两方面考虑。绕组的型式有多种多样，具体要求为：
（1）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用钢量要省。
3．三相交流绕组的分布、排列与连接要求
三相异步电动机交流绕组的作用是产生旋转磁场，要求交流绕组是对称的三相绕组，其分布、排列与连接应按下列要求进行：
（1）各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁场的对称。为此先将定子槽数按极数均分，每一等分代表180°电角度（称为分极）；再把每极下的槽数分为3个区段（相带），每个相带占60°电角度（称为分相）。
电角度=P×机械角度
（5）每极每相槽数q
每极每相槽数q是指每相绕组在每个磁极下占的槽数，可由下式计算： q ，
式中ｍ——相数。
ｑ个增所占的区域称为一个相带。通常情况下．三相异步电动机每个磁极下可按相数分为3个相带，因一个磁极对应的电角度为1800，故每个相带占有电角度为600称为600相带。
（6）相距角α槽距角是指相邻的两个槽之间的电角度。可由下式计算：α
3、认识各种嵌线工具；
4、掌握线模的制作方法；
5、重点掌握电动机定子绕组的线圈嵌放以及连接；
6、学会检查所绕制的定子绕组是否合格。
实训进程：
第1，2天：复习电动机基本常识，学习电动机定子绕组的绕线方法；
第3天：认识和熟练使用各种嵌线工具，以及制作合适的线模；
第4，5天：将定子绕组绕成链式，并检查是否合格；
（二） 旋转磁场
（1）.图2.2.2表示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源U、V、W相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场。
图2.2.2相异步电动机定子接线
当t=00时， ，AX绕组中无电流； 为负，BY绕组中的电流从Y流入B1流出； 为正，CZ绕组中的电流从C流入Z流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2.2.5（a）所示。
当Y=τ时，称为整距绕组；Y＜τ时，称为短距绕组；Y＞τ时，称为长距绕组。
实际应用中，常采用短距和整距绕组，长距绕组一般不采用，因其端部较长，用钢量较多。
（4）机械角度和电角度
一个圆周所对应的几何角度为3600角度就称为机械角度。而从电磁方面来看，导体每经过一对磁极N、S，电势就完成一个交变周期。对于4电机，P=2这时导体每旋转一周要经过两对磁极，对应的电角度为 2x3600=7200，若电机有 P对极，则：
图2.1.5定子铁芯结构和铁芯片形状
②定子绕组：定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成。定子绕组一般采用聚酯漆包圆铜线或双玻璃丝包扁铜线绕制，按照一定的空间角度依次嵌入定子铁芯槽内，绕组与铁芯之间垫放绝缘材料，使其具有良好的绝缘性能。
三相异步电动机的定子绕组共有六个引线端，固定在接线盒内的接线柱上，按现行国家标准规定，U1、V1、W1表示各相绕组的始端（首端），U2、V2、W2表示末端。旧标准用D1、D2、D3、D4、D5、D6表示绕组的始末端。三相异步电动机定子绕组在机座接线盒内的接线次序如图2.1.6所示。
当t=1200时， ，BY绕组中无电流； 为正，AX绕组中的电流从A流入X流出； 为负，CZ绕组中的电流从Z流入C流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2.2.5（b）所示。
当t=2400时， ，CZ绕组中无电流； 为负，AX绕组中的电流从X流入A流出； 为正，BY绕组中的电流从B流入Y流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2.2.5（c）所示。
2.3
交流绕组是把属于同相的导体绕成线圈，再按照一定的规律，将线图串联或并联起来。交流绕组通常都绕成开启式，每相绕组的始端和终端都引出来，以便于接成星形或三角形。
1．绕组的基本术语
（1）线圈、线圈组、绕组
线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本单元，它是用绝缘导线按一定形状绕制而成的，可由一匝或多匝组成；多个线圈连成一组就称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定规律连接在一起就形成了绕组，图2.3.1所示为常用的线圈示意图。线圈嵌放在铁心槽内用，不能直接转换能量，称为端部。
图2.1.6三相异步电动机绕组接线
③机座：机座是电动机用于支撑定子铁芯和固定端盖的。。机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖有开封孔，是电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。图2.2.5三相定子绕组AX、BY、CZ
（二） 其他附件
1.端盖：支撑作用。2.轴承：连接转动部分与不动部分。3.轴承端盖：保护轴承。4.风扇：冷却电动机。
2.2
三相绕组在空间互隔120°排列，现向三相绕组中分别列入三相电流
Iu、Iv、Iw则每个绕组都会产生一个按正弦变化的磁场。分析五个瞬间的合成磁场。为分析方便，规定：电流为正值时，由绕组的首端流入，从尾端流出。
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2.1.2：
1—集电环；2—电刷；3—变阻器
图2.1.2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2.1，3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2.1.4所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。
2.1.3铜排转子2.1.4铸铝转子
2）定子。定子是用来产生旋转磁场的部分。三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组三部分组成。
机座是由铸铁或铸钢制成，在机座内装有定子铁芯，铁芯是由互相绝缘的硅钢片叠成。铁芯的内圆周表面冲有均匀分布的平行槽，在槽中放置了对称的三相绕组。
①定子铁芯：定子铁芯是电动机磁路的一部分，由相互绝缘的厚度为0.5mm的硅钢片叠压而成。定子铁芯硅钢片的内圆上冲有均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，定子铁芯结构和铁芯片形状如图2.1.5所示。
7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇
（一）定子和转子
（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。
图2.2.5三相定子绕组AX、BY、CZ
可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。
（2）.旋转磁场的方向
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。
电机实训报告
学院(系)自动化工程学院
年级专业08电气工程3班
学生姓名ZHANG XUEFENG
指导教师王云彬隋明森
日期11年3月9日
电机设计与实训任务书
学院：自动化工程学院
学
号
学生
姓名
专业
班级
08电气工程（2）班
实训内容：
1、复习电动机的基本知识，掌握电动机的基本结构，理解电动机的基本运行原理；
2、掌握异步电动机定子线圈的绕线方法；包括链式、同心式、交叉式；