《中级电工工艺学》教案 第四章 交流电机的修理

第四章交流电机的修理1、交流电机的地位：在实际应用中，交流电机约占全部使用电机的85％以上，因此，掌握交流电机的修理工艺及试验方法，对于维修电工来说，有着十分重要的意义。

2、交流电机分类：交流电机有同步电机和异步电机两大类。

它们的定子结构完全相同，但转子区别很大。

第一节交流电机的绕组及其展开图一、概述1、三相交流电机的绕组指哪些绕组：三相同步电机定子绕组及三相异步电机的定子绕组和三相异步电机的转子绕组都称为三相交流电机的绕组。

2、电枢绕组指哪些绕组：由于三相电机的定子绕组或直流电机的转子绕组为是能量转换的“枢钮”，所以又称为电枢绕组。

（一）三相交流电机绕组构成的原则交流电机绕组的构成原则有以下三点。

1、三相交流电机的绕组必须是对称分布的。

对称的三相绕组应符合以下的条件①各相绕组的导体数、并联支路数相等，导体的规格一样。

②每相绕组在定子内圆周上均匀地分布，三相绕组在空间位置上各相差一个相同的角度。

2、绕组所建立的磁场在气隙中的分布接近正弦以使电机具有良好的性能3、要有一定的经济指标，即在相同的功率情况下体积小，材料省、紧固耐用。

（二）交流电机绕组的分类交流电机绕组的种类很多1、按相数分：有单相和三相绕组；2、按槽内层数分：⑪单层绕组：同心式、交叉式和链式；⑫双层绕组：有叠绕组和波绕组；3、按每极每相所占的槽数是整数还是分数：又有整数槽和分数槽两种本节仅以三相单层和双层绕组为例说明绕组的排列和连接。

（三）绕组的几个基本术语组元件。

线圈单元可以由一匝或互相绝缘的多匝导体组成，如图4—1所示。

有效部分：线圈单元有两个线圈边，每个线圈边嵌放在槽内直线部分的叫有效部分；端部：槽外部分叫端部。

首端和末端：线圈单元有两个引出线，一个叫首端，另一个叫末端。

2、极对数p 电机的主磁场沿气隙按N 、S 、N 、S ……交替分布，一对磁极形成一个周期。

如果沿气隙有户 个周期，则极对数为声。

图4—2是极对数p=4的电机的磁场分布情况。

3、电角度：一个圆周所对应的机械角度为360°，但从磁场看，一对磁极就对应一个交变周期。

把一个交变周期定义为360°电角度， 电角度与机械角度之间的关系为：电角度=p ×机械角度4、极距p τ：极距是指沿定子铁心内圆，每个磁极所占的范围，一般用槽数表示为：pQ pD ip 221==πτ 1Q ----定子铁芯总槽数 i D -----定子孙铁芯内圆直径（mm ） 5、节距Y 一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线圈的节距，简称节距，又叫跨距，用y 表示。

线圈节距一般总是接近或等于电机的极距。

整距线圈：Y=p τ的线圈称为为整距线圈。

短距线圈：对于Y<p τ的线圈称为短距线圈； 长距线圈：Y>p τ的线圈称为长距线圈。

短距比：节距与极距的比值称为短距比，用β表示。

pYτβ=采用短距绕组的好处：，可减少高次谐波对电机的影响，从而改善了电机的性能，节约了端部的铜线。

在可能情况下，取8.0=β--0.856、每极每相槽数q 每相绕组在每个磁极下所占有的槽数称为每极每相槽数，用我q 表示式中pm Q q 112=m1——定子绕组的相数。

q 个槽所占的区域称为相带，用电角度表示。

7、极相组(线圈组) 将一个磁极下属于同一相的q 个线圈按一定方式串联成组，称为线圈的极相组或线圈组。

8、单层绕组及双层绕组：槽内沿槽深方向只放置一个线圈边的绕组称为单层绕组；沿槽深方向放置两个线圈边的绕组称为双层绕组。

9、绕组展开图 电机的绕组分布在铁心圆柱面上形成圆筒形。

图4—3a 所示为四极电机的一相绕组的端面图。

但要明了这8根导体的具体连接方法，一般采用绕组的展开图。

设想把定子铁心沿轴向切开展平，把圆筒形的定子绕组展开成平面图，这个平面图叫做绕组展开图；如图4—3b 所示。

二、三相单层绕组（一）三相单层绕组的分布、排列与连接原则1、各相绕组在每个极下应均匀分布。

为此先将定子槽数按极数均分。

每一等分代表180°电角度。

再把每极下槽数均分成三个相带，每个相带占60°电角度。

2、U 、V 、W 三相相带的分布规律为：V 相带滞后U 相带120°电角度；W 相带又滞后V 相带120°电角度。

图4—4是一台定子槽数Q1=24、极对数p=2的三相电机相带的划分和排列情况。

3、同一相绕组的各个有效边电流方向:在同极性下的电流方向相同；在异极性下的电流方向相反。

图4—4中U 相绕组的有效边1、2、13、14在相同极性下，设电流方向向上，而7、8、19、20在另一极性下，电流方向应向下。

不同极性下的相带用U(V 、W)及U ’(V ’、W ’)分别标注。

4、同相线圈有效边之间的连接规则是：应使有效边的电流在连接支路中的方向相同。

5、六个出线端的规定：三相绕组最后剩下六个出线端，三个为首端U1、V1、Wl ，另三个为末端U2、V2、W2。

首端U1、V1、Wl 的位置互差120°电角度，末端U2、V2、W2也互差120°电角度。

‘（二）几种三相单层绕组 应用上述绕组分布排列与连接原则可绘制出以下几种三相单层绕组。

1、单层同心式绕组⑪方法： 现以图4—4所示的三相电机为例，说明绕组展开图的画法。

根据上述原则先连接U1相如 图4—5a 所示。

再按同样的方法分别连接V1相和Wl 相。

图4—5b 是U1、V1、Wl 三相画在一起的单层同心式绕组展开图。

由于这种绕组的大小线圈的中心线重合，因此称为同心式绕组。

图4—4三相电机相带的划分和排列图4—5三相同心式绕组展开图 b)三相同心式绕组三相展开图图4—5三相同心式绕组展开图 a)三相同心式绕组一相展开图⑫ 交叉同心式绕组 对于每极每相槽数q=4的电机，可把4个线圈分成两半，成为左右两个同心式线圈组。

这样的同心式绕组称为交叉同心式绕组。

图4—6是Q1=24、2p=2和并联支路数a=1的三相交叉同心式绕组中一相的展开图。

2、链式绕组 仍以Q1=24、2p=4和 a=1的电机为例，如果将线圈边的连接次序改变为图4—7所示，则绕组是由相同节距的线圈组成，线圈是一个环，形如长链，故称为链式绕组。

图4—7是三相链式绕组中一相的展开图。

3、交叉链式绕组 交叉链式绕组是采用不等距线圈组成，它主要用于每极每相槽数q=3(或其他奇数)、2p=4或6的小型异步电动机中。

图4—8是定子槽Q1=36、极数2p=4、a=1的三相交叉链式绕组中一相的展开图。

在每对极下，有一个由两个节距为y=8的大线圈组成的线圈组和一个节距为y=7的小线圈。

两对极共有四组线圈反连。

三、三相双层绕组双层绕组是在每一个槽中放置两个线圈边，一个边在上层，一个边在下层，如图4—9所示。

1、双层绕组的主要优点是：⑪ 可以选择最有利的节距，这样可使异步电动机的磁场波形更加接近正弦，从而改善了电机的性能；所有线圈具有相同的形状、相同的尺寸，便于生产； ⑫ 可以组成较多的支路； ⑬ 电机端部整齐。

图4—6三相交叉同心式绕组一相展开图图4—7三相链式绕组一相展开图图4—8三相交叉链式绕组一相展开图图4—9双层叠绕组示意图2、功率在lOkW 以上的三相异步电动机的定子绕组均采用双层叠绕组。

（一）整距双层叠绕组 图4—10为Q1=36、2p=4、a=1的三相整距双层绕组中U1相的展开图。

该绕组323236=⨯⨯=q ，每极槽数为9。

各相带的分布规律与前面所说的单层绕组相同，所不同的是每槽有上下两层导体。

上层导体的编号以1、2……36表示；下层导体编号以1’、2’……36"表不。

因为是整距绕组，所以y=τ=9。

线圈1是由导体1与10'组成，线圈2是由导体2与1l ’组成，其余类推。

为清楚起见，图上以实线表示上层导体，虚线表示下层导体。

现按以下次序：1～10’、2～11’及3～12’三只线圈连成第一个线圈组，按同样方法连成第二、三、四个线圈组。

这四个线圈组成了U1相，如图4—10所示。

由于每相四个线圈组的电动势方向为正向和反向相间隔开，串联时要采用反串联(也可以采用四个线圈组并联连接)组成U1相绕组。

因此四极电机的双层绕组最大支路数为4。

对于p 对极的电机最大支路数为2p 。

（二）短距双层叠绕组 如果将上例中线圈节距缩短两个槽距，即y=7，把导体1～8’、2～9’……36～7’等分别连成线圈。

与上例比较，上层导体位置未变，只是下层导体都向左参动了两个槽距，如图4—1t1所示。

同样，如果选用不同的书距y ，下层的导体将移过不同的槽距。

（三）三相双层波绕组1、叠绕组的缺点：从图4—11可以看出，叠绕组间连线较长。

在极数较多时，连接线非常多。

对于绕线转子异步电动机的转子绕组，如果连接线过多，就不易绑扎固定，同时转子也不易平衡。

为了避免这个缺点，绕线转子往往采用波绕组。

波绕组的相带划分与槽分配和叠绕组完全相同，连接规则和直流电机的波绕组相似，即把所有同一极性下(例如N1、N2……)属于同一相的线圈按一定次序串联起来，组成一组，再把所有另一极性下(如S1、S2……)属于同一相的线圈也按一定的次序串联起来，组成另一组；最后把这两组线圈根据需要接成串联或并联，这样构成了一相绕组。

例如把上面所分析的四极36槽y ．=8的定子绕组绕成波绕组，其展开图如图4—12所示。

四、线圈圆形接线参考图1、三相绕组展开图优缺点：能清楚表示出绕组的节距、线圈组数及连接方法。

但由于线圈边的重叠，画图4—10三相整距双层叠绕组中U1相绕相展开图图4一11三相短距双层叠绕组一相展开图图4—12三相波绕组一相展开图起来比较复杂２、圆形接线参考图优点：因此在工厂实际生产或修理时，为了能清楚地看出各线圈组之间连接方式，常采用圆形接线参考图。

３、画法：画接线参考图时．不管每极每相有几个槽，或一个极相组有几个线圈，每个极相组用一个带箭头的圆弧短线表示，箭头表示电流的方向。

现以36槽三相四极的电机绕组为例，说明圆形接线参考图的画法和含义。

1)定子圆周按极数分成2p段圆弧。

每段圆弧再按相数分成三小段。

三相四极电机的圆弧段数为4×3=12，如图4—13所示。

2)极相组的排列顺序与绕组展开图一致。

依次给每个极相组(对应于一段圆弧)编号，极相组①由１－2—3三个线圈组成，③由4—5—6三个线圈组成，其余类推。

36个线圈共组成12个极相组。

根据60°相带分配原则，①、④、⑦、⑩四组属U相；③、⑥、⑨、⑥四组属v相；②、⑤、⑧、⑩四组属W相。

3)三相绕组首端相隔120°电角度。

如果极相组①的始端作为U1相的首端U1，则极相组③的始端为V1相的首端V2；极相组⑤的始端为Wl相的首端Wl。

4)从图4—13可以看出，各段圆弧箭头相反，按此顺序连接各极相组。