單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的布線設(shè)計(jì)與技巧

萬(wàn)玉吉

(南陽(yáng)農(nóng)業(yè)學(xué)校, 河南南陽(yáng) 471003)

0 引 言

單相電動(dòng)機(jī)的種類很多,但電容運(yùn)轉(zhuǎn)式以其運(yùn)行性能良好而得到了廣泛應(yīng)用,如電風(fēng)扇電機(jī)、排氣扇電機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)。本文將用通俗易懂的語(yǔ)言、清晰明了的步驟、形象直觀的插圖, 以16槽4極為例介紹單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與技巧。

1 計(jì)算參數(shù)

1.1 極距τ

在電磁場(chǎng)理論中,涉及到許多參數(shù), 但在電機(jī)的布線設(shè)計(jì)中,僅需掌握極距、槽距角、相帶、兩相位置這四個(gè)參數(shù),這是電機(jī)布線設(shè)計(jì)的技巧之一。

定子繞組通入交流電后,在定子內(nèi)圓上會(huì)形成多對(duì)磁極, 這些磁極同時(shí)旋轉(zhuǎn)。如單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式16槽4極電機(jī)所形成的磁極是N、S、N、S兩對(duì)磁極。

1.2 槽距角a

一對(duì)磁極所形成的電角度為360°, p對(duì)磁極所形成的電角度為p×360°。如16槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)為p=2,其定子內(nèi)圓上形成的電角度為2 ×360°=720°。

1.3 相帶Q

每個(gè)磁極中包含有兩相繞組,每極中每相繞組所占有的槽數(shù)稱為相帶Q。單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的相帶為(槽)。那么, 16槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的相帶(槽)。

1.4 兩相位置

單相交流電機(jī)中的兩相繞組分別為U相(或運(yùn)行)繞組、V相(或起動(dòng))繞組。 U相繞組的頭和尾分別用U1、U2表示;V相繞組的頭和尾分別用V1、V2表示。單相電動(dòng)機(jī)中兩相繞組的頭U1、V1要前后錯(cuò)開90°電角度。那么, 16槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的U1、V1應(yīng)錯(cuò)開90°或90°/a=90°/45°=2(槽)。

2 劃分相帶

電機(jī)相帶的劃分方法有多種,一種簡(jiǎn)易的劃分方法是只需畫槽、劃分相帶、標(biāo)出電流的瞬時(shí)方向即可, 這是電機(jī)布線設(shè)計(jì)的技巧之二。

2.1 畫出Z

畫出定子鐵心展開后的Z槽, 并標(biāo)上槽號(hào)。那么, 16槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的16槽展開圖,如圖1所示。

圖1 16槽展開圖

2.2 劃分相帶

先按τ的寬度劃分出各磁極的極距, 并按N、S的規(guī)律標(biāo)出各磁極的名稱。如圖2所示。

圖2 劃分相帶

再在各極距中按Q的寬度劃分出各相帶, 并按U-V-U-V…的規(guī)律標(biāo)出各相帶的名稱。

2.3 標(biāo)出電流的瞬時(shí)方向

按N極面下各槽中電流方向向上, S極面下各槽中電流方向向下的規(guī)律標(biāo)出各槽中電流的瞬時(shí)方向。如圖3所示。

圖3 標(biāo)出電流的瞬時(shí)方向

3 畫展開圖

畫展開圖之前, 首先要弄清線圈節(jié)距、繞組形式、接線規(guī)律這三個(gè)概念。

同一個(gè)線圈的兩個(gè)邊之間所間隔的槽數(shù)稱為節(jié)距y, 例如,線圈的左邊在第2槽, 右邊在第8槽, 那么,該線圈的節(jié)距為y=6槽。

每相繞組的形式有鏈?zhǔn)?單鏈、雙鏈), 即每組中各線圈節(jié)距相同, 只不過前后錯(cuò)開一槽;有同心式,即每組中各線圈的大小像同心圓;有交叉式, 即組與組之間的串聯(lián)是一個(gè)大組,一個(gè)小組。

每相中組與組之間的接線規(guī)律有反串, 即組與組之間是頭接頭或尾接尾的連接;有順串,即組與組之間是尾接頭或頭接尾的連接。

3.1 先畫U相繞組展開圖

電機(jī)展開圖的畫法有多種,但只要符合以下三點(diǎn)原則,就能畫出最簡(jiǎn)易的展開圖, 這是電機(jī)布線設(shè)計(jì)的技巧之三。

以U相為例說明線圈的節(jié)距、形式、接線規(guī)律應(yīng)符合的三點(diǎn)原則:①U相帶槽中所下的線圈形成U相繞組;②U相繞組的所有線圈要串聯(lián), 且要符合電流的瞬時(shí)方向;③線圈的節(jié)距要最短, 以便節(jié)省銅線。

按照①和②可畫出16槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的U相展開圖,如圖4 所示,它有三種形式,每一種形式設(shè)計(jì)出的電機(jī)都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。再按照③的要求進(jìn)行分析,圖4a的總節(jié)距為(3 +5)×2 =16槽, 圖4b的總節(jié)距為4 ×2 ×2 =16槽, 圖4c的總節(jié)距為3 ×4 =12槽。顯然,圖4c的總節(jié)距最短,故U相展開圖采用圖4c為最佳,繞組形式為單鏈?zhǔn)?接線規(guī)律為反串;線圈節(jié)距為y=3槽。

圖4 U相展開圖

3.2 再畫V相繞組展開圖

首先按照兩相(U1與V1)相差90°的布置原則確定V1的位置。如16槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的U1與V1應(yīng)相差2 個(gè)槽距, 即U1在第2槽時(shí),V1應(yīng)在第4槽。

再按照與圖4c同樣的三點(diǎn)設(shè)計(jì)原則,畫出V相繞組,即按照與U相同樣的規(guī)律復(fù)制出V相, 只不過兩相前、后錯(cuò)開2個(gè)槽距。那么, 16 槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的兩相展開圖,如圖5所示。

圖5 兩相展開圖

4 畫端線圖(或?qū)嶋H下線圖)

端線圖既能表達(dá)出實(shí)際下線規(guī)律, 又能表達(dá)出接線規(guī)律,通過下面兩步的介紹, 就可畫出形象直觀的端線圖,這是電機(jī)布線設(shè)計(jì)的技巧之四。

4.1 先給各線圈編號(hào)

給展開圖中各線圈依次編號(hào)為①、②、③、…,如圖6所示。

4.2 雙平面下線法

先下外檔V相的四個(gè)線圈②、④、⑥、⑧;再下內(nèi)檔U相的四個(gè)線圈①、③、⑤、⑦, 如圖7 所示。采用雙平面下線法時(shí),端線不夠美觀, 但比較容易,適合初學(xué)者。

4.3 單平面下線法

由圖6可知, 線圈組⑧、⑦、⑥、…依次錯(cuò)開1槽,因此,在畫端線圖或?qū)嶋H下線時(shí)從第16槽開始,沿順時(shí)針方向按線圈組的編號(hào)(即采用隔一槽下一個(gè)線圈的規(guī)律)依次下每個(gè)線圈,如圖8 所示。具體下線順序:⑧線圈下第16和第3槽, ⑦線圈下第14和第1 槽, ⑥線圈下第 12和第15 槽, …, 采用“隔一下一” 的規(guī)律, 自然容易下線。采用單平面下線法時(shí),端線整齊美觀,但需要吊把,適合熟練者。

采用單平面下線法時(shí), 每個(gè)線圈的一個(gè)邊在外檔,另一個(gè)邊在內(nèi)檔, 在實(shí)際下線時(shí)要注意吊把, 本例中, 開始的線圈⑧的第3槽先不下,等到最后一個(gè)線圈下完之后, 再把第3槽下進(jìn)槽中,這就是吊把。

5 連 線

不論是哪種下線方法, 所有線圈下完之后, 線圈①、③、⑤、⑦反串形成U相繞組;線圈②、④、⑥、⑧反串形成V相繞組,如圖7 和圖8所示。再按照電容運(yùn)轉(zhuǎn)式原理圖連線, 如圖9所示, 其中C為起動(dòng)電容。如果電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不對(duì), 對(duì)調(diào) U1與U2的位置或?qū)φ{(diào)V1與V2的位置即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

圖9 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)原理圖

6 結(jié) 語(yǔ)

每種電機(jī)的線圈節(jié)距或繞組形式可以有多種,但都要按最佳的一種方法設(shè)計(jì)。本例中的16 槽4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)最佳的設(shè)計(jì)是單鏈?zhǔn)? 但如果設(shè)計(jì)成同心式或雙鏈?zhǔn)?電氣性能照樣可以,只不過線圈節(jié)距變大,浪費(fèi)銅線。

掌握了本文介紹的設(shè)計(jì)技巧,對(duì)于電機(jī)的大修、空殼電機(jī)的重繞、電機(jī)的改繞將會(huì)起到很好的作用,至于線圈的匝數(shù)、漆包線的線徑可參考原來的參數(shù)或參考同功率的電機(jī)查得。

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