电机绕组的设计

电机实训报告电机绕组的设计与实训学院(系)年级专业学生姓名指导教师日期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；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；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：目录一实训目的...............................................1二异步电机的基础理论.....................................22.1三相异步电动机的结构...............................22.2三相交流电机旋转磁场的产生.........................42.3交流绕组的基本知...................................6三电机绕组的嵌线.........................................83.1绕线工具...........................................83.2绝缘材料与制作槽楔.................................83.3链式绕组嵌线.....................................83.4同心式绕组嵌线.....................................113.5交叉式绕组嵌线.....................................14四实训总结及心得体会....................................15电机实训报告1一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。电机实训报告2二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、电机实训报告3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，见图电机实训报告41—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流电机实训报告5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。电机实训报告62.3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，进电机实训报告7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