电机绕组的设计

电机实训报告

电机绕组的设计与实训

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指导教师

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电机设计与实训任务书

学院：自动化工程学院

目 录

一 实训目的 ............................................... 1

二 异步电机的基础理论 ..................................... 2

2.1 三相异步电动机的结构 ............................... 2

2.2 三相交流电机旋转磁场的产生 ......................... 4

2.3 交流绕组的基本知 ................................... 6

三 电机绕组的嵌线 ......................................... 8

3.1 绕线工具 ........................................... 8

3.2 绝缘材料与制作槽楔 ................................. 8

3.3 链式绕组嵌线 ..................................... 8

3.4同心式绕组嵌线 ..................................... 11

3.5交叉式绕组嵌线 ..................................... 14

四 实训总结及心得体会 .................................... 15

一 实训目的

电机实训对每个同学来说都是一个动手的好机会，也是获得电机产品制造基本知识和基本技能的必修课。这次实训使我们在实践中了解知识，让我们了解了很多在课堂上了解不透彻的知识得到了进一步的理解。增长了知识，也得到了一次是知识和实践相结合的机会。将有关电机的产品基本知识和方法和基本操作结合起来，进行实践综合能力的训练。

这次电机实训主要是给24槽三相异步电机定子缠绕组，首先要了解三相异步电机的结构及它的工作原理。三相异步电机能够形成旋转的磁场。在了解三相异步电机的基本知识后，再进行实际操作。在动手前，先进行计算，算出τ，q和a等，在根据数据来设计相应的槽数。

所以说，这次实训及提高了我们的理论知识，也在实践方面给了我们一个不可多的机会，在我们以后的生活中，在很多方面都可以用到电机。例如，车、风扇、抽油烟机等等，很多很多方面都会涉及到电机。

这次实训，不仅使我们在专业知识上得到巩固，也可以让我们在以后的生活中，遇到有关电机的问题时可以自己解决，从而不必一遇到问题时什么都不知道。可以解决一些生活中的小问题。

通过典型实际问题的实际，训练学生的软硬件的综合设计、调试能力以及文字组织能力，建立系统设计概念，加强工程应用思维方式的训练，同时对教学内容做一定的扩充。

二 异步电机的基础理论

2.1 三相异步电动机的结构

1． 定子部分

定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。

（1）外壳

三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。 机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。

端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。

轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。

接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。

吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。

（2）定子铁心

异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。

（a）定子铁心 （b）定子冲片 定

子铁心及冲片示意图

（3）定子绕组

定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线

绕制。中、

小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如下图所示，可以接成星形或三角形。

（a）星形连接 （b）三角形连接

定子绕组的连接

2．转子部分

（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。

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

1—集电环；2—电刷；3—变阻器

图 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（a）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（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。

（a）铜排转子 （b）铸铝转子

笼形转子绕组

3.其他部分

其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。

2.2 三相交流电机旋转磁场的产生

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） wt=0瞬间，iu=0，U相热绕组中无电流；iv为负，电流有末端

V2流入，从首端V1流出；iw为正，电流由首端W1流入，从末端

W2流出。根据右手定则可判断出合成合成磁场方向由上方Ｎ极指

向下方Ｓ极。

（2） wt＝π∕２瞬间。Iu为正，电流由首端Ｕ１流入，从末

端Ｕ２流

出；iv为负，电流由末端Ｖ２流入，从首端V1流出；iw为负电

流由末端Ｗ２流入，从首端Ｗ1流出。根据右手定则可判断出合成

磁场方向由右方Ｎ极指向Ｓ极，可见合成磁场沿瞬时针方向旋转

了90°。

（3） wt=π、3π/2、2π瞬间，按照同样的方法分析，所合成的磁场。 以上分析可见，定子绕组通入顺序的三相交流电后，在电机空间将产生磁极对数批P=1的沿顺时针方向旋转的合成磁场，且交流电变化一周，合成磁场便在空间旋转一周。

由以上分析可知，交流电变化一周，P=1的合成磁场在空间旋转1周；同理，分析可知交流电变化一周，P=2的合成磁场在空间的旋转1/2周；依次类推，交流电变化一周，磁极对数为P的合成磁场在空间旋转1/P周；1秒钟，交流电变化f1周，磁极对数为P的合成磁场在空间旋转f1/P周；1分钟，交流电变化60f1周，磁极对数为P的合成磁场在空间旋转60f1/P周。

当向对称的三相定子绕组通入顺序的的对称三相交流电时，便在定子和转子之间产生以同步转速n1沿顺时针方向的磁场。相当于转子导体沿逆时针方向切割旋转磁场的磁力线，从儿在转子导体中将产生感应电动势和感应电流，其方向可用右手定则判定，电流由转子下半部分导体流入，从转子上半部分导体流出。有电流的转子导体在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可用左手定则判定，该电磁力以转子轴心为中心形成顺时针方向的电磁转矩，使转子以转速n沿顺时针方向旋转。由以上分析可见，电动机转子的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致。

2.3 交流绕组的基本知 三相异步电动机的旋转磁场是依靠定子绕组中通以交流电流来建立的。因此，定子绕组必须保证当它通以三相交流电流以后，其所建立的旋转磁场接近正弦波形以及由该旋转磁场在绕组本身中所感应的电动势是对称的。因此需要了解定子绕组的基本要求和分类，也需要了解三相异步电动机定子绕组的基本概念。

1．对定子绕组的基本要求

（1）绕组通过电流之后，必须形成规定的磁极对数，这由正确的连线来确定。

（2）三相绕组在空间布置上必须对称，以保证三相磁动势及电动势对称。这不仅要求每相绕组的匝数、线径及在圆周上的分布情况相同，而且要求三相绕组的轴线在空间互差120°电角度，因此一对磁极范围内六个相带的顺序为U1, W2, V1, U2, W1, V2。

（3）三相绕组通过电流所建立的磁场在空间的分布应尽量为正弦分布且旋转磁场在三相绕组中的感应电动势必须随时间按正弦规律变化。

（4）在一定的导体数之下，建立的磁场最强而且感应电动势最大。

（5）用铜量少，嵌线方便，绝缘性能好，机械强度高，散热条件好。

2．定子绕组的分类

异步电动机定子绕组的种类很多，按相数分，有单相、两相和三相绕组；按槽中绕组数量的不同，有单层、双层和单双层混和绕组；按绕组端接部分的形状分，单层绕组有同心式、交叉式和链式之分；双层绕组有叠绕组和波绕组之分；按每极每相所占的槽数是整数还是分数，有整数槽和分数槽之分等。但构成原则是一致的。

从三相异步电动机的工作原理可知，定子三相绕组是建立旋转磁场，进

行能量转换的核心部件。为了便于掌握绕组的排列和连接规律，先介绍有关交流绕组的一些基本知识与概念。 （1） 线圈

组成交流绕组的单元是线圈。它有两个引出线，一个叫首端，另一个叫末端，如图，在简化实际线圈的描述时，可用一匝线圈来等效多匝线圈，其中，铁心槽内的直线部分称为有效边，槽外部分称为端部。 （2）电角度与机械角度

电机圆周在几何上分成360°，这个角度称为机械角度。从电磁观点来看，若磁场在空间按正弦波分布，则经过N, S一对磁极恰好相当于正弦曲线的一个周期。如有导体去切割这种磁场，经过N, S一对磁极，导体中所感应产生的正弦电动势的变化也为一个周期，变化一个周期即经过360°电角度，因而一对磁极占有的空间是360°电角度。若电机有p对磁极，电机圆周期按电角度计算就为p×360°，而机械角度总是360°，因此电角度=p×机械角度。 （3）绕组及绕组展开图

绕组是由多个线圈按一定方式连接起来构成的。表示绕组的连接规律一般用绕组展开图，即设想把定子（或转子）沿轴向展开、拉平，将绕组的连接关系画在平面上。

（4）极距t 每个磁极沿定子铁心内圆所占的范围称为极距。极距t可用磁极所占范围的长度或定子槽数z1表示

式中D——定子铁心内径

z1——定子铁心槽数

（5）节距y

一个线圈的两个有效边所跨定子内圆上的距离称为节距。一般节距y用槽数表示。当 时，称为整距绕组，当y＜t 时，称为短距绕组，当y＞t 时，称为长距绕组。长距绕组端部较长，费铜料，故较少采用。 （6）槽距角a

相邻两槽之间的电角度称为槽距角，槽距角a 用下式表示 槽距角a 的大小即表示了两相邻槽的空间电角度，也反映了两相邻槽中导体感应电动势在时间上的相位移。 （7）每极每相槽数q

每一个极下每相所占有的槽数称为每极每相槽数，以q表示 式中 m1——定子绕组的相数

三 电机绕组的嵌线

3.1 绕线工具

手工绕线的工具有:竹制或钢制的滑片，钢的压脚，钢制通针，小铁锤，剪刀，顶哨棒，垫打板，裁纸刀，榔头等。

3.2 绝缘材料与制作槽楔

绝缘材料：绝缘纸。将绝缘纸剪成放进槽后比槽稍高能将线包住的长方形（一般电机的槽绝缘用DMD复合箔（白色），强度较好；而隔相纸可采用青壳纸（绿色）），将已裁剪好的槽绝缘纸纵向折成“U”字形插入槽中，绝缘纸光面向里，便于向槽内嵌线，槽绝缘纸两端伸出铁心的长度均匀。制作竹楔，与槽差不多宽，差不多长，为塞紧导线，防止外翘。

制作槽楔：按照槽的长短来截取槽楔的长度，再根据槽的大小来确定槽楔的宽度，最后将槽楔嵌入槽中。

3.3 链式绕组嵌线

链式绕组是由不同节距的线圈组成的，各个线圈一环套一环，形如长链。单层绕组是指每个槽内只有一条线圈有效边、整个绕组的线圈数字等于定子槽数一半的绕组，可分为链式绕组、同心式绕组和交绕组等形式。

各相带槽号分配表：

下线原则：嵌一空一吊把三。

A相绕组为例的展

开图：

B相绕组为例的展开图

：

C相绕组为例的展开图

：

A相线圈的链接顺序可表

示为：

B相线圈的连接顺序可表

示为：

C相线圈的连接顺序可表示

为：

3.4同心式绕组嵌线

下线原则：嵌二空二吊把四。

A相绕组为例的展开

图:

B相绕组为例的展开图:

C相绕组为例的展开

图:

A相线圈的连接顺序可表

示：

B相线圈的连接顺序可表

示:

C相线圈的连接顺序可表

示:

3.5交叉式绕组嵌线

交叉式绕组的画法我们仍以4极为例,说明交叉式绕组的画法。电机型号:Ｙ112-4,绕组形式:单层交叉式,定子槽数Ｚ1=36槽,极数2Ｐ=4极,相数ｍ=3相,节距ｙ=1-9,2-10(大线圈),1-8(小线圈)。试画出绕组展开图。如上图所示：

四 实训总结及心得体会

经过短短就十天的电机实训，我深深体会到了自己在专业只是方面的欠缺和不足。对这次实训，颇有体会。本次实训的任务是对自己的专业知识的认识，通过老师的讲解和自己的实践动手，进一步加深了我的专业知识。实训期间，通过学习绕线，嵌线，我们作出了自己的工艺品。本次实训有很大的感触，第一就是一定要有心细、谨慎的工作作风，在接线的时候一定要相当的认真，哪里接错了一根线路都不会出效果。一次在接好线路后一定要仔细检查一遍线路。在做的过程要讲求用电的安全，不许用手触及各电气元件的异电部分及电动机的转动部分。也要求操作的时候要心细、谨慎，避免触电及意外的受伤。

通过这实训，也培养了我们的规范化的工作作风，由于我们是四个人为一个小组，这次也培养了我们的团结协作的团队的精神。四个人分工合作完成项目。这次最大的收获是使我进一步理解了三相异步电动机的工作原理，掌握了电机具体的拆卸与制造步骤，并且学会了分析一些简单的电机故障。从而将电机理论应用到了实践当中，将理论具体化，发现了理论与实际的差距和理论对实践的指导意义。通过两星期的实习，我了解到很多工作常识，也得到意志上锻炼，有辛酸也有快乐，这是我大学生活中的又一笔宝贵的财富，对我以后的学习和工作将有很大的影响。