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电机绕组的绕制与嵌线


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电机绕组的绕制与嵌线 项目二 电机绕组的绕制与嵌线 实现目 标 主要内 容 教学方 法 实施场 景 教学工 具 应知 应会 项目评 价总结 项 目 导 入 项 目 实 施 通过对电机绕组的绕制和嵌线拆除,进一步了解电机的基本结构与原理,掌握绕 制嵌线步骤、工艺规范及注意事项,学会正确的使用专业工具。 1.定子绕组展开图的绘制。2.绕组的绕制。3

.绕组的嵌放和接线。 1、项目引导法 2、启发式教学 3、现场教学 实训室、多媒体教室 PPT、三相异步电动机、绕线嵌线工具 总学时 12

绕组展开图原理、步骤和方法;嵌线的工艺方法。 1.绕组的绕制;2.绕组展开图的绘制;3.应用专用工具嵌线。 能否正确绘制绕组展开图,能否绕制绕组,能否熟练嵌线

项目实施过程设计 从上一节的内容可以看出电机绕组的绕制和嵌线都是按照一定的规律排布和设置的。 定子绕组的这种绕制和嵌线方法能够有利于电动机内部产生旋转磁场,提出问题,学 生思考:绕组的绕制和嵌放是按照什么规律设置的?我们是否可以重新绕制定子绕组 并嵌放到电动机内部呢?从而引入本节内容。 1.绕线专用工具介绍(实物展示、PPT 演示、视频) PPT 演示、 (1)绕线机。在工厂中绕制线圈都采用专用的大型绕线机。对于普通小型电机的绕 组,可用小型手摇绕线机。 (2)绕线模。绕制线圈必须在绕线模上进行,绕线模一般用质地较硬的木质材料或硬 塑料制成,不易破裂和变形。

(3)划线板。由竹子或硬质塑料等制成,如图 3-6 所示,划线端呈鸭嘴形或匕首 形,划线板要光滑,厚薄适中,要求能划入槽内 2/3 处。 (4)压线板。一般用黄铜或低碳钢制成,形状如图 3—7 所示,当嵌完每槽导线 后,就利用压线板将蓬松的导线压实,使竹签能顺利打入槽内。

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2.定子绕组展开图的绘制(PPT 演示、模型展示、挂图) PPT 演示、模型展示、挂图) 现以 4 极 24 槽单层绕组的三相笼式异步电机为例来说明定子绕组展开图的绘制过 程。什么是展开图呢?设想用纸做一个圆筒来表示定子的内圆,用画在圆筒内表面上的 相互平行的直线表示定子槽内的线圈边,用数字标明槽的号数,如图 3—8(a)所示。 然后,沿 1 号槽与最末一个槽之问的点划线剪开,如图 3—8(b)所示。展开后就得到 如图 3—8(c)所示的平面图,把线圈和它们的连接方法画在这个平面图上,就是展开 图。

(1)定子绕组展开图的绘制步骤。 ①画槽标号。在纸上等距离地把所修电动机的定子槽画成平行线。因电动机定子 为 24 槽,故画 24 根平行线代表槽数,并标明每个槽的序号,如图 3-9(a)所示。 ②定极距(分极性)。从第一槽的前半槽起,至最末一槽的后半槽画长线,线的长 度代表电动机的总电角度。再按电动机的磁极数来等分,每一等份代表一个极距,相 当于 180。电角度,然后依次标出极性。极性的排列为 N、S、N、S…,如图 3-9(b)所 示。 ③标电流方向。按照同一极性下导线的电流方向相同,不同极性下导线的电流方 向相反的原则画出电流方向。在图 3-9(b)中设 N 极下各线圈边的电流方向都向上,则 S 极下各线圈边的电流方向都向下。 ④分相带。将每一极划分为 3 等份,即 60 度相带,在图 3-9(b)中每一相占两 槽;假如第 l 槽为 u 相的首端,则 l、2、7、8、13、14、19、20 槽均属于 u 相。V 相 首端应与 u 相首端相差 120。电角度,即 5、6、11、17、18、23、24 槽均属 V 相,其 他槽属于 w 相。最后在每一个三等份(即 60 度相带)上依次重复地标出相序号 u、V、 w。 ⑤分别连接各相绕组。按照采用的绕组类型及线圈节距,安置和连接每相线圈 组。在上图中,先将 u 相的两个线圈顺着电流方向连接成线圈组,再依照电流方向将 U 相各线圈连起来组成 u 相绕组,如图 3-9(c)所示。根据三相间隔 120 电角度的原 则,U 相、V 相和 W 相绕组的首端应依次各移过 l20 电角度,即移过一个极距的 2/ 3;如 u 相首端是从第一槽开始,那么,v 相的首端就从第 5 槽开始,w 相的首端就从 第 9 槽开始,再按上述方法将 V 相和 w 相的各线圈组串接起来,组成 V 相和 W 相绕 组,这样就构成了一个完整的三相定子绕组展开图,如图 3-9(d)所示。图中所示为 24 槽 4 极的定子绕组展开图,其极距ζP 为: ζP=Q/2P=24/4=6(槽) O O 相应的电度角为 180 ;U、V 相问间隔 l20 电角度;每极下相占 60 相带。 用上述方法画出的各相绕组在定子槽中的位置和所占的槽数清晰明了,可以清楚 地看出各相绕组的连接方式和端部接线的方法,因此展开图是嵌线的重要依据。 掌握上述的基本概述及绘制步骤后,就可以着手画展开图了。画展开图时,最好 用 3 种不同颜色的笔来画,这样就能更清楚、更容易地区别各相绕组定子槽内的分布 情况、安置位置以及连接方法。 (2)绕组的连接方法。三相 24 槽 4 极电机的单链绕组有短节距和全节距之分。图 3— 10 为单层链式短节距绕组展开图。画图时先将 u 相绕组画出,U 相绕组的有效边分别 安置在线槽 l~6、7~12、13~18、19~24 之中,然后再将各线圈连接起来,如图 3—11 所示。可以设定任意一个线槽为 U 相的首端。

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图 3—10 三相 24 槽 4 极电动机的单链(短节距)绕组展开图 同理,W 相和 V 相绕组的安置和连接方法与 u 相是一样的,只不过 w 和 V 相绕组

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的首端相对第一相绕组的首端依次移过 l20 的电角度,即移过一个极距的 2/3。如果 u 相绕组的首端 U1 从第 6 号线槽引出,移过一个极距的 2/3,也就是 4 槽(6×2/ 3)。因此,w 相绕组的首端 W1 应从第 2 号线槽内引出,V 相绕组的首端 V1 应从第 l0 号 线槽内引出。注意 w 相绕组的各线圈的连接方向应与另外两相绕组相反,这样可使三 相绕组的 6 根首尾端引出线比较集中,便于和电动机接线板连接。 线圈与线圈的连接方法有反串联和顺串联两种。当每相绕组中线圈组的数目等于 电动机磁极数时,每相绕组中各线圈之问的连接次序就是首端接首端,尾端接尾端, 即反串联;当 每相绕组中线圈组的数目等于电动机磁极数的一半时,每相绕组中各线圈之间的连接 次序是 首端接尾端,即顺串联。这两种方法是绝大多数电动机同一相绕组中各线圈组问的连 接规律。

图 3—12 为单层链式全节距绕组展开图。图中每两只线圈连绕成一个线圈组,每 相共有 两个线圈组,正好等于电动机磁极数的一半,因而绕组的连接为顺串联。这个规律对 于任何 类型的绕组、不同槽数与极数的电动机都是适用的。

图 3—12 三相 24 槽 4 极电动机的单链绕组(全节距)展开图 3.绕组的绕制方法(互动方法、学生参与,现场教学) (1)绕线模尺寸的确定。在线圈嵌线过程中,有时线圈嵌不下去,或嵌完后难以整 形;线圈端部凸出,盖不上端盖,即便勉强盖上也会使导线与端盖相碰触而发生接地 短路故障。这些都是因为绕线模的尺寸不合适造成的。绕线模的尺寸选得太小会造成 嵌线困难;太大又会浪费导线,使导线难以整形且绕组电阻和端部漏抗都增大,影响

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了电动机的电气性能。因此,绕线模尺寸必须合适。 选择绕线模的方法:在拆线时应保留一个完整的旧线圈,作为选用新绕组的尺寸 依据。新线圈尺寸可直接从旧线圈上测量得出。然后用一段导线按已决定的节距在定 子上先测量一下,试做一个绕线模模型来决定绕线模尺寸。端部不要太长或太短,以 方便嵌线为宜。 (2)绕线注意事项。 ①新绕组所用导线的粗细、绕制匝数以及导线面积,应按原绕组的数据选择。 ②检查一下导线有无掉漆的地方,如有,需涂绝缘漆,晾干后才可绕线。 ③绕线前,将绕线模正确地安装在绕线机上,用螺钉拧紧,导线放在绕线架上,将 线圈始端留出的线头缠在绕线模的小钉上。 ④摇动手柄,从左向右开始绕线。在绕线的过程中,导线在绕线模中要排列整 齐、均匀、不得交叉或打结,并随时注意导线的质量,如果绝缘有损坏应及时修复。 ⑤若在绕线过程中发生断线,可在绕完后再焊接接头,但必须把焊接点留在线圈 的端接部分,而不准留在槽内,因为在嵌线时槽内部分的导线要承受机械力,容易被 损坏。 ⑥将扎线放入绕线模的扎线口中,绕到规定匝数时,将线圈从绕线槽上取下,逐 一清数线圈匝数,不够的添上,多余的拆下,再用线绳扎好。然后按规定长度留出接 线头,剪断导线,从绕线模上取下即可。 ⑦采用连绕的方法可减少绕组间的接头。把几个同样的绕线紧固在绕线机上,绕 法同上,绕完一把用线绳扎好一把,直到全部完成。按次序把线圈从绕线模上取下, 整齐地放在搁线架上,以免碰破导线绝缘层或把线圈搞脏、搞乱,影响线圈质量。 ⑧绕线机长时间使用后,齿轮啮合不好,标度不准,一般不用于连绕;用于单把 绕线时也应即时校正,绕后清数,确保匝数的准确性。 4.嵌线的基本方法(互动方法、学生参与,现场教学) (1)绝缘材料的裁制。为了保证电动机的质量,新绕组的绝缘必须与原绕组的绝缘 相同。小型电动机定子绕组的绝缘,一般用两层 0.12mm 厚的电缆纸,中间隔一层玻璃 (丝)漆布或黄蜡绸。绝缘纸外端部最好用双层,以增加强度。槽绝缘的宽度以放到槽 口下角为宜,下线时另用引槽纸,如图 3—13 所示。 如果是双层绕组,则上下层之间的绝缘一定要垫好,层间绝缘宽度为槽中间宽度 的 1.7 倍,使上下层导线在槽内的有效边严格分开。为了方便,不用引槽纸也可以, 只要将绝缘纸每边高出铁心内径 25~30mm 即可,如图 3—14 所示。 我 们 用 0.2mm 厚的绝缘纸(复合纸)长度=槽长+5×2=90+10=100mm,宽度=槽深×2×2=15×2× 2=60mm。

图 3-13 伸出槽外的绝缘 图 3-14 绝缘的大小 线圈端部的相间绝缘可根据线圈节距的大小来裁制,保持相间绝缘良好。 (2)嵌线方法。 ①单链短节距绕组的嵌线的方法(线圈展开图参见图 3—10)。 a.先将第一个线圈的一个有效边嵌入槽 6 中,线圈的另一个有效边暂时还不能嵌 入 1 槽中。因为线圈的另一个有效边要等到线圈十一和十二的一个有效边分别嵌入槽 2、槽 4 中之后,才能嵌到槽 l 中去。为了防止未嵌入槽内的线圈边和铁心角相磨破坏 导线绝缘层,要在导线的下面垫上一块牛皮纸或绝缘纸。嵌线示意图如图 3-15 所示。

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空一槽暂 时不嵌线

暂时不嵌入槽内

第 l 号线槽 第 3 号线槽

(a) (b) 图 3—15 三相 24 槽 4 极电动机的单链绕组嵌线程序示意图 b.空一个槽(7 号槽)暂时不下线,再将第二个线圈的一个有效边嵌入槽 8 中。同 样,线圈二的另一个有效边要等线圈十二的一个有效边嵌入槽 4 以后才能嵌入槽 3 中,如图 3—15(a)所示。然后,再空一个槽(9 号槽)暂不嵌线,将线圈三的一个有效 边嵌入槽 l0 中。这时,由于第一、二线圈的有效边已嵌入槽 6 和槽 8 中去了,所以, 第三个线圈的另一个有效边就可以嵌入槽 5 中。接下来的嵌法和第三个线圈一样,依 次类推,直到全部线圈的有效边都嵌入槽中后,才能将开始嵌线的线圈一和线圈二的 另一个有效边分别嵌入槽 1 和槽 3 中去,如图 3—15(b)所示。 ②单链全节距绕组的嵌线方法(线圈展开图参见图 3—12)。全节距线圈的嵌线方 法和上面介绍的嵌线方法基本相同,不同的是每两只线圈连绕一起作为一个线圈组。 所以在嵌线时要将第一组的两只线圈的有效边分别嵌入槽 7 和槽 8 中,第一组线圈的 另外两只有效边暂时不嵌入槽 l 和槽 2 中;然后,空两个槽(9、10)不嵌线;再嵌另一 组的两只线圈的有效边(4 个有效边都可以嵌入槽 ll、12 及 5、6 内);然后,再空两 个槽(13、14)不嵌线,再将另一组的两只线圈的有效边嵌入槽 15、16 及 9、10 中;依 次类推,将全部线圈的有效边都嵌入槽内,最后将第一组线圈的两个有效边嵌入槽 l、2 中。 (3)嵌线的主要工艺要求。嵌线是电机装配中的主要环节,必须按特定的工艺要求 进行。 ①嵌线。嵌线前,应先把绕好线圈的引线理直,并套上黄蜡管,将引槽纸 放入槽内,但绝缘纸要高于槽口 25~30mm,在槽外部分张开。为了加强槽口两端绝缘 及机械强度,绝缘纸两端伸出部分应折叠成双层,两端应伸出铁心 1Omm 左右。然后, 将线圈的宽度稍微压缩,使其便于放入定子槽内。 嵌线时,最好在线圈上涂些蜡,这样有利于嵌线。然后,用手将导线的一边疏散 开,用手指将导线捻成一个扁片,从定子槽的左端轻轻顺入绝缘纸中,再顺势将导线 轻轻地从槽口左端拉入槽内。在导线的另一边与铁心之间垫一张牛皮纸,防止线圈未 嵌入的有效边与定子铁心摩擦,划破导线绝缘层。若一次拉入有困难,可将槽外的导 线理好放平,再用划线板把导线一根一根地划入槽内,如图 3—16 所示。 嵌线时要细心。嵌好一个线圈后要检查一下,看其位置是否正确,然后,再嵌下 一个线圈。导线要放在绝缘纸内,若把导线放在绝缘纸与定子槽的中问,将会造成线 圈接地或短路。注意,不能过于用力把线圈的两端向下按,以免定子槽的端口将导线 绝缘层划破。 ②压导线。嵌完线圈,如槽内导线太满,可用压线板沿定子槽来回地压几次,将 导线压紧,以便能将竹楔顺利打入槽口,但一定注意不可猛撬。如果是双层线圈,则 当下层线圈嵌完以后,用压线板压在线圈上,用小锤轻轻敲打,将嵌在槽内的线敲打 紧凑,再垫好层间绝缘纸,为下一步嵌放上层线圈做好准备。端部槽口转角处,往往 容易凸起,使线嵌不进去,可用竹板垫着轻轻敲打至平整为止。 ③封槽口。嵌完后,用剪子将高于槽口 5mm 以上的绝缘纸剪去。用划线板将留下 的 5mm 绝缘纸分别向左或向右划入槽内。将竹楔一端插入槽口,压入绝缘纸,用小锤 轻轻敲入。竹楔的长度要比定子槽长 7mm 左右,其厚度不能小于 3mm,宽度应根据定 子槽的宽窄和嵌线后槽内的松紧程度来确定,以导线不发生松动为宜,如图 3—17 所 不。

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竹楔 封口 层间绝缘

图 3-l6 嵌线示意图

图 3—17 封槽口

④端部相间绝缘。线圈端部、每个极相端之间必须加垫绝缘物。根据绕组端部的 形状,可将相问绝缘纸剪裁成三角形等形状,高出端部导线约 5~8mm,插入相邻的两 个绕组之间,下端与槽绝缘接触,把两相绕组完全隔开。双层绕组相问绝缘可采用两 层绝缘纸中间夹一层 0.18mm 的绝缘漆布;单层绕组相问绝缘可用两层 0.18mm 的绝 缘漆布或一层聚脂薄酯复合青壳纸。 ⑤端部整形。为了不影响通风散 热,同时又使转子容易装入定子内膛, 必须对绕组端部进行整形,形成外大里 小的喇叭口,如图 3—18 所示。整形方 法:用手按压绕组端部的内侧,或用橡 胶锤敲打绕组,严禁损伤导线漆膜和绝 缘材料,使绝缘性能下降,以致发生短 路故障。 ⑥包扎。端部整形后,用白布带对绕组 线圈进行统一包扎,因为虽然定子是静 止不动的,但电动机在启动过程中,导线将受电磁力的作用而掀动。 (4)绕组接线。绕组的接线分为内部接线和外部接线两部分。内部接线就是下线完 毕后,把线圈的组与组连接起来,根据电动机的磁极数和绕组数,按照绕组的展开图 把每相绕组顺次连接起来,组成一个完整的三相绕组线路;外部接线,就是将三相绕 组的 6 个线端(其中有 3 个首端、3 个尾端)。按星形或三角形连接到接线排上,如图 3—19 所示。

(a)接线盒中 6 个引线端的排列 (b)定子绕组的星形连接 连接 图 3—19 绕组的外部接线

(C)定子绕组的三角形

总结: 总结: 总结本节内容和注意事项。 作 1、绘制绕组展开图 业 2、分组合作,每人至少操作各个步骤一次

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