24槽三相异步电机链式绕法研究机电一体化专业大学论文.doc

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第II页

榆林职业技术学院神木校区
2014级毕业设计（论文）

24槽三相异步电机链式绕法研究

年 级: 14级机电2班
学 号: 14050209
姓 名: 段永岗
专 业: 机电一体化
指导老师: 杨帆

二〇一七年四月

榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）
院 系 专 业
年 级 姓 名

题 目

指导教师
评 语

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评 阅 人
评 语

评 阅 人 (签章)

成 绩

答辩委员会主任 (签章)

年 月 日

毕业设计（论文）任务书

班 级 14级机电2班 学生姓名 段永岗 学 号 14050209 专 业 机电一体化
发题日期： 年 月 日
题 目 24槽三相异步电机链式绕法研究
题目类型：工程设计 技术专题研究 理论研究 实验论证
一、 设计任务（课题背景、意义和培养目标，工程设计类应有技术经济分析要求）
1：电机是机电一体化中机和电的结合部分，是实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制的电磁机械装置。如：发电机、变压器、电动机都可以称作电机。同时，电动机、发电机作为各种生产机械和装备的动力设备和自动控制系统中的关键元件而发挥着其不可替代的作用。在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重要组成部分，被称为电气化的心脏，对国民经济的发展有着重要的作用，并随着国民经济和科学技术的发展而不断发展。
  2：由此，我们已经可以看出电机是任何一个国家基础建设所必不可缺的进行电能的生产、传输和分配中的主要设备，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证。   
3：据不完全统计，全国每年电动机烧毁的数量达20万台次以上，容量约0.4亿千瓦，全国每年仅因电动机停工停产所造成的损失达500亿元。因而确保电动机的正常运行就显得十分重要，因此做好电动机的维修和保护具有节能显著、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。
二、 具体工作内容（原始数据、技术要求、工作要求）
1:线圈12匝（每匝165圈）; 2：绕线机绕线模；3：兆欧表；4：万用表；5：转速表；6：钳形电流表；7：划线板；8：绝缘纸。
电压：380V;电流：22A;频率:50HZ;
1:嵌线工艺是比较细致的工作，需要事先了解绕组有关参数与型式，谨慎耐心; 对待，粗枝大叶忙乱容易出差错，或损坏导线绝缘留下故障隐患
2:嵌线前要检查线圈绝缘情况和匝数是否符合要求，整理好线圈外形，做好线头套管和端部绑扎工作，还有槽绝缘，相间绝缘，槽楔等。
3: 按原始记录定出嵌线时第1槽的位置，通常是使嵌线后引出线位置在机座出线口的两边。嵌线前要把槽绝缘纸垫好。
4:理直引线，并将第1相的第1个线圈带有引出线的一边（下层边）嵌入第1槽内，另一个有效边先不嵌入槽6内。本例为u相的第1个线圈边嵌入槽1，引出线为u1。然后空一槽24，再嵌入w相的1个线圈下层边嵌入槽23，另一个有效边先不嵌入槽4。再空一个槽22，嵌入v相的第1个线圈的下层边嵌入到槽21，另一个有效边按节距1-6嵌入到槽2内。再空一个槽20，嵌入u相的第2个线圈有效边到槽19，另一个有效边嵌入到槽24。
5:线圈与本相的第1个线圈的联接法是上层边与上层边相连或下层边与下层边相连，即是尾，尾或首，首相连。以后第二三相按空一槽嵌入一槽的次序，轮流把一二三相的第1个线圈嵌完，最后把第一二相的第1个线圈的起把边嵌入，整个绕组嵌完。剪掉露在铁心外的槽绝缘纸，然后封槽口和打入槽楔。绕组嵌完后要整理端部线圈形状，端部相间绝缘纸要垫好。然后进行侵漆和烘干工作。
三、 应交出的设计文件及实物（包括设计论文、论文字数、图纸规格、数量，外文翻译字数，程序清单或磁盘、实验装置或产品等）
1：毕业论文一篇；2：论文字数12000字 3：A4规格  4：档案袋一个；
5：外文翻译500字  
四、 指导教师提供的设计资料
1:《电机学》；2：《电动机维修实用技术手册》:3：《电机与电气控制技术》。      
五、 要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）
搜集24槽三相异步电机链式绕法的相关数据，以及24槽三相异步电机的发展方向，针对所要设计的24槽三相异步电机的相关资料进行分析和验算，查阅相关书籍。  
六、 设计进度安排
第一部分： 搜集资料、明确设计任务 （1 周）
第二部分： 完成开题报告、绪论、摘要及摘要翻译、绕制链式绕组完成机修 （6 周）
第三部分： 完成正文、绘制绕组展开图纸 （2 周）
第四部分： 完成论文、得出结论、准备答辩PPT （1 周）
评阅及答辩 （1 周）

指导教师： 年 月 日
系主任审查意见：

审 批 人： 年 月 日

注：设计任务书审查合格后，发到学生手上。

榆林职业技术学院神木校区 2016年制

摘 要
1:电机是机电一体化中机和电的结合部分，是实现电能的生产;变换;传输;分配;使用和控制的电磁机械装置。如：发电机;变压器;电动机都可以称作电机。同时，电动机、发电机作为各种生产机械和装备的动力设备和自动控制系统中的关键元件而发挥着其不可替代的作用。在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重要组成部分，被称为电气化的心脏，对国民经济的发展有着重要的作用，并随着国民经济和科学技术的发展而不断发展。
2:我们已经可以看出电机是任何一个国家基础建设所必不可缺的进行电能的生产、传输和分配中的主要设备，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证。   

Abstract
The motor is a combination of machine and electric part of electromechanical integration, is the realization of the electric power production, transmission, transformation, distribution, use and control of the electromagnetic mechanical device. Such as: generators, transformers, motors can be called motor. At the same time, motors and generators play an irreplaceable role as the key components of the power equipment and automatic control system of various production machinery and equipment. In the national economy and production, the motor industry is an important part of the machinery industry, known as the electrification of the heart, plays an important role in the development of the national economy, and with the development of science and technology and the continuous development.

We can already see the motor is the main equipment of any national infrastructure essential for electricity production, transmission and distribution, its use is almost penetrated into all walks of life, is an important guarantee for industry, agriculture and national defense construction and people's lives were normal.

榆林职业技术学院神木校区毕业设计（论文）

目 录

摘 要 IV
Abstract V
电机绕组的设计与实训 I
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 3
2.3　交流绕组的基本知识 4
三 电机绕组的嵌线 7
3.1　绕线工具 7
3.2　绝缘材料与制作槽楔 7
3.3　链式绕组嵌线 7
3.4 同心式绕组嵌线 9
3.5 交叉式绕组嵌线 11
四 实训总结及心得体会 14

第VI页 共16页
24槽三项异步电机链式绕法研究(论文)

. 一 实训目的
1. 掌握三相异步电动机的结构，了解三相异步电动机的工作原理。
2. 熟悉电动机的嵌线工艺、装配流程。
3. 学会识读三相异步电动机定子绕组展开图，能根据绕组展开图分析常见三相异步电动机的定子绕组的接线规律及嵌线规律。
4. 学会识读、绘制三相异步电动机定子绕组端部接线图。
5. 掌握电动机的接线方法以及相应的绕线工具的使用。
6. 加强学生的实践操作技能，使同学们在原有理论基础上加以实践，更深刻的掌握电机的相关知识，做到理论与实践相结合，为以后的工作做铺垫。

12

二 异步电机的基础理论
2.1　三相异步电动机的结构
三相异步电动机主要由静止的定子和转动的转子两大部分组成。定子与转子间有一个很小的气隙。
（一） 定子
定子由机座、铁心和绕组三部分组成。
1.机座
机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。中小型异步电动机一般都采用铸铁机座，并根据不同的冷却方式而采用不同的机座型式，在机座内圆中固定着铁心。对于封闭式电动机，运行时产生的热量通过铁心传给机座，再从机座表面的散热片散发到空气中去。为了加强散热的能力，在机座的外表面有很多均匀分布的散热片，以增大散热面积。
2. 定子铁心
定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为了是异步电动机能产生较大的电磁转矩，因此，定子铁心由导磁性能好的厚度在0.35-0.5mm，且冲有一定槽型的硅钢片叠压而成。硅钢片表面涂有绝缘漆或氧化膜，片与片间相互绝缘，这样可以减少由于涡流造成的能量损失。铁心内圆冲有均匀分布的槽，在槽中安放绕组。
3.定子绕组
定子绕组的作用是通入三相对称交流电后产生旋转磁场。它由线圈按一定规律连接而成。三相异步电动机有三个独立的绕组，每个绕组包括若干线圈，每个线圈又有若干匝数构成。
（二） 转子
转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
1.转子铁心
转子铁心也是电动机主磁路的一部分，一般也由厚度为0.35-0.5mm冲槽的硅钢片叠成。铁心固定在转轴或转子支架上。
2.转子绕组
转子绕组分为鼠龙式和绕线式两种。
（1） 鼠龙式绕组
鼠龙式转子绕组是由嵌放在转子铁心
槽内的铜条组成。因转子铁心的两端各有一个铜端环，分别把所有铜条的两端都i焊接起来，形成一个短接回路。如果去掉铁心，只剩下它的转子绕组（包括铜条和铜环），很像一个笼子，所以称为鼠龙式转子，如图2-1：
（2）绕线式绕组
绕线式转子绕组与定子绕组一样，也是由绝缘导线做成的三相绕组。三相绕组通常接成星形，它的三个引出线接到三个滑环上。这三个滑环也固定在转轴上，并且彼此绝缘，滑环与安装在端盖上的电刷滑动接触。在一般工作情况下，绕线式转子绕组是被短接的，它可以是在电刷引出线端被端接，也可用装在转轴上的短路装置和装在端盖上的举刷装置，把三个滑环直接短接，同时还可把电刷举起，这样可避免电刷磨损，绕组式转子示意图如图2-2所示。
图2-2 绕组式转子
3.转轴
转轴一般是用中碳钢制成的。轴的两端用轴承支撑。在后端（轴向端叫前端）盖外面轴上装着风扇，供轴向通风用。

（三）气隙
气隙是定子与转子间的空隙。气隙的大小对电动机的性能影响很大，气隙过大，电动机空载电流大，电动机输出功率下降；气隙太小，定、转子间容易相碰而转动不灵活。
2.2　三相交流电机旋转磁场的产生
当三相定子绕组通入三相交流电时，在定子、转子与气隙中就会产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。
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。图2-3为定子绕组流入的三相交流电波图形。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）ωt=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）ωt＝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）ωt=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。三相（两极）绕组旋转磁场的形成如图2-4：
图2-3 三相对称电流的波形图

图2-4 三相（两极）绕组旋转磁场的形成
2.3　交流绕组的基本知识
（一）绕组、绕组展开图
绕组是电动机的电路部分，一般绕组都是由多个线圈或线圈组按一定的方式连接构成的，这种的绕组基本原件是线圈。常用的线圈形式及简化图形如图2-5所示。

1-线圈有效边 2-线圈端部
图2-5 常用线圈及其简化图

（二）极距τ
两个相邻磁极轴线之间的距离，称为极距，用字母τ表示。极距的大小也可以用铁芯上的线槽数表示，即
τ=z/2P
Z－定子铁芯总槽数
P－磁极对数
τ－极距
（三）线圈节距y
线圈节距是指一个线圈的两个有效边所跨定子圆周的距离，一般也用定子槽数表示，其表示方法与极距相似。
y=τ时，称整节距绕组；
y<τ时，称为短距绕组；
y>τ时，称为长节距绕组。
（四）电角度
电动机的圆周在几何上对应的角度为360°，这个角度称为机械角度。从磁场观点来看，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一对极，导体中所感生的正弦电势的变化亦为一个周期，变化一个周期即经过360°电角度，一对磁极占有的空间是3600电角度，因此：
电角度=P×机械角度
按上式求得的是铁心整个圆周的电角度，在后面的分析中，我们更多用到的是槽距角α，即相邻槽之间的电角度。由于定子槽在定子内圆上是均匀分布的，因而：
α=p×3600/z
在三相异步电机的同一相绕组中，任何两个相邻异性磁极绕组的相对位置相隔为180°电角度；任何两个相邻同性磁极绕组间的相对位置相隔为360°电角度。同理，三相绕组间的相对位置也应相隔120°电角度。
（五）每极每相槽数q
每极每相槽数是指每相绕组在每个磁极下所占有的定子槽数，即
q=z/2pm=τ/m
m－定子绕组相数
（六）相带
所谓相带，就是每个极距内属于每相的槽所占有的区域。一个磁极对应的电角度为180°，三相异步电动机m=3，每个磁极下分为3个相带，故每个相带占有的电角度为60°，称为60°相带。

三 电机绕组的嵌线
3.1　绕线工具
一、电工钳
（1）钢丝钳是用于夹持或弯折薄片形、圆柱形金属零件及切断金属丝，其旁刃口也可用于切断细金属丝。
（2）尖嘴钳是一种常用的钳形工具。用途主要用来剪切线径较细的单股与多股线，以及给单股 导线接头弯圈、剥塑料绝缘层等，能在较狭小的工作空间操作，不带刃口者只能夹捏工作，带刃口者能翦切细小零件，它是电工（尤其是内线电工）、仪表及电讯器材等装配及修理工作常用工具常用的工具之一
二、螺丝刀
一种用来拧转螺丝钉以迫使其就位的工具,通常有一个薄楔形头,可插入螺丝钉头的槽缝或凹口内――学名改锥，是拆卸和紧固螺丝的工具。
三、电工刀
电工刀是电工常用的一种切削工具。不用时,把刀片收缩到刀把内。刀片根部与刀柄相铰接，其上带有刻度线及刻度标识，前端形成有螺丝刀刀头，两面加工有锉刀面区域，刀刃上具有一段内凹形弯刀口，弯刀口末端形成刀口尖，刀柄上设有防止刀片退弹的保护钮。多功能电工刀的锯片,可用来锯割木条、竹条,制作木榫、竹榫。多功能电工刀除了刀片外，还有锯片、锥子、扩孔锥等。
除此之外，绕线工具还有绕线机绕线模，外径千分尺，錾子，钢筋棍，榔头，划线片，划针，压脚，橡胶锤，清槽片，几种型号挫刀，万用表，摇表，电烙铁，裁纸刀，无毛刺木棒或黄铜棒等。
3.2　绝缘材料与制作槽楔
材料有：漆包线，绝缘漆，绝缘纸，白纱带，竹片，黄蜡套管，焊锡，松香或焊锡膏等。
目前，用在电机上的槽楔大致分为4类：
1.成型绝缘。用绝缘料直接热压而成，这在中小型电机的定子上使用很广泛。
2.引拔槽楔。一般采用树脂类材料，生产过程与拉铜丝的方式差不多。在中小型电机的定、转子上均可以使用。
3.层压板。一般材料为玻璃丝纤维加树脂，热压成型后，再根据要求切割而成。适用于各类产品。但成本高，绝缘性能及等级均比较高。
4.竹签。自动切割或手工制作。适用于B级绝缘及以下电机的定、转子。
3.3　链式绕组嵌线
以三相异步电动机的定子槽数Z=24，极数2P=4为例，说明定子单层链式绕组展开图的画法。
（1）数据计算
P=2P/2=2
τ=z/2P=24/4=6
q=z/2mP=24/(4×3)=2
α=P×3600/z=3600×2/24=300
（2）相带顺序：如表1所示
（3）U、V、W三相绕组电流流向，如图3-1所示：
（4） 绕组展开图
因为P=2，所以将线槽4等分，得到每极6槽，又因每极距内有三个相带，得到每极每相2槽，将每相线槽适当连接，即可构成绕组展开图，如图3-2所示。各相绕组起端应彼此间隔1200电角度。
表1：三相2极24槽电动机链式绕组的相带顺序
U1
W2
V1
U2
W1
V2
1、2
3、4
5、6
7、8
9、10
11、12
13、14
15、16
17、18
19、20
21、22
23、24

图3-1 链式绕组U、V、W三相绕组电流流向

图3-2 三相4极24槽电动机链式绕组
（5）检查方法
设U、W相电流为正，V相为负，设U1→U2、W1→W2、V1→V2的方向，看电流方向是否正确，或检查是否形成四个磁极。
（6）端部接线规律、嵌线规律
设线圈左边线头为头，右边线头为尾，根据绕组展开图可确定24槽4极三相异步电动机链式定子绕组端部接线规律为：头接头，尾接尾。
24槽4极三相异步电动机链式定子绕组嵌线规律为：嵌一空一吊把三。
3.4 同心式绕组嵌线
以三相异步电动机定子槽数Z=24，同步转速n=3000r/min为例，说明单层同心式绕组展开图的画法。
（1）计算数据
P=60f/n=60×50/3000=1
τ=z/2P=24/2=12
q=z/2mP=24/(2×3×1)=4
α=P×3600/z=3600×1/24=150
（2） 相带顺序：如表2所示
表2：三相2极24槽电动机同心式绕组相带顺序
U1
W2
V1
U2
W1
V2
1、2、3、4
5、6、7、8
9、10、11、12
13、14、15、16
17、18、19、20
21、22、23、24

（4）U、V、W三相绕组电流流向，如图3-3所示：

图3-3 同心式绕组U、V、W三相绕组电流流向

（3） 绕组展开图
画出24条短线代表线槽，并标上序号。因为P=1，是二极电机，所以将所有线槽二等分，得到每极12个槽，因三相绕组每极距内有三个相带，故每个相带有4个槽。将每极每相的4个槽出线端分别折向两边，与相邻极下属于同一相得槽导体连接。构成大小线圈相套的四个线圈组，线圈组之间反相串联，连接好的U相绕组如图3-4所示：

图3-4 同心式绕组U相绕组

根据绕线构成原则，三相绕组首、末端相互差1200电角度，所以V、W两相首端应分别在第11、19槽内，末端分别在第23、7槽内。将V、W两相绕组的线圈作与U相线圈相同的排列和连接，得到如图3-3所示的三相单层绕组的展开图。
（4）检查方法
假设三相交流电中U、W相为正，V相电流必为负。即设电流流入绕组的方向分别为U1→U2、W1→W2、V1→V2，顺着电流的方向，在每一槽上画一个箭头，待全部箭头画完后，可以看到同方向的箭头表示同一极，全部定子槽恰好形成两个磁极。
同心式绕组的特点是线圈绕组中各线圈节距不等，各线圈的轴线重合。优点是端接部分互相错开，重叠层数较小，便于布置、散热较好；缺点是线圈大小不等，绕线不方便。
（5）端部接线规律、嵌线规律

图3-5 三相2极24槽电动机同心式绕组

如图3-5所示，定子绕组上均匀分布着四个线圈，大线圈套小线圈，共分两组，每组线圈内部接线规律为首尾相连，设两组线圈左边线头（端部按顺时针方向连接线圈先到的线头）为头，右边线头（端部按顺时针方向连接线圈后到的线头）为尾，则线圈之间连线为尾接尾。连线过程如下：选3号槽线头为U1(第一个线圈和第一组线圈的头，U相绕组的头)，则13号槽线头（第一组线圈的大线圈的尾）与4号槽线头（第一组线圈小线头的头）相连，12号槽的线头（第一组线圈小线圈和第一组线圈的尾）与1号槽线头（第二组线圈小线圈和第二组线圈的尾）相连，16号槽的线头（第二组小线圈的头）与2号槽的线头（第二组大线圈的尾）相连，15号槽的线头为U2（第二组大线圈的头即U相绕组的尾）。
根据绕组展开图可知：定子绕组嵌线规律为嵌二空二，吊把4
四 实训总结及心得体会

实训是培养高素质工程技术人才的一个重要实践性教学环节，是将学校教学与生产实际相结合，理论与实践相联系的重要途径。其目的是使我们通过实训在专业知识和人才素质两方面得到锻炼和培养，从而未毕业后走向工作岗位尽快成为业务骨干打下良好的基础。这次实训对我来说非常有意义，在实训过程当中我学到很多关于异步电动机方面的知识。
1. 通过实验我认识到：做实验过程中要遵照流程按步骤进行。
2. 通过电机实习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。
3. 绕电机主要是要细心，防止把线弄断，或者造成短路。
电动机是将电能转换为机械能，现代各种生产机械都广泛应用于电动机来驱动，电动机将在工业当中发挥着巨大的作用。
最后，感谢王老师和隋老师对我们的耐心教导，在这次电机实训的过程中，你们不但使我们对所学习的知识加深了了解，更加重要的是更正了我们的劳动观点和提高了我们的独立工作能力。