電容分相起動式單相交流電機(jī)定子繞組的設(shè)計(jì)技巧

南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 朱國偉

電容分相起動式單相交流電機(jī)定子繞組的設(shè)計(jì)技巧

南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 朱國偉

單相交流電機(jī)的繞組形式有多種,而電容分相起動式以其起動快速,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合一個實(shí)例（電容分相起動式24槽4極單相交流電機(jī)）, 從計(jì)算參數(shù)→劃分極距→畫展開圖→畫端線圖, 介紹了電容分相起動式單相交流電機(jī)定子繞組的布線設(shè)計(jì)與技巧。理論與實(shí)驗(yàn)證明，只要按照本文布線設(shè)計(jì)的三點(diǎn)原則，就能設(shè)計(jì)出最佳的繞組形式。

電容分相起動式；槽距角；相帶；極距

1 計(jì)算參數(shù)

在電機(jī)布線的設(shè)計(jì)過程中涉及許多參數(shù)，但本文介紹的單相電機(jī)的布線設(shè)計(jì)中，只需以下四個參數(shù)[1]，這是電機(jī)布線的第一種技巧。

1.1 極距(τ)

定子線圈中通入交流電, 在定子內(nèi)圓柱面上會形成N、S …多對磁極, 布線規(guī)律不同就形成不同的磁極數(shù)。

一個磁極所包括的槽數(shù)叫極距(τ)，τ＝Z/2P，這里Z叫槽數(shù)，2P叫磁極個數(shù)，P叫磁極對數(shù)，那么，本例子中，極距：τ＝24/4＝6(槽)。

1.2 計(jì)算槽距角(a)

在電工理論中，P對磁極所產(chǎn)生的電角度為P×360 0，如P＝2時，定子所產(chǎn)生的電角度為2×360o＝720o。

相鄰兩槽之間的電角度叫槽距角(a)，a＝P×3600／Z，那么, 本例子中，槽距角為: a＝2×3600／24＝300。

1.3 計(jì)算相帶（Q）

單相交流電機(jī)中嵌放有U相繞組和V相繞組，每個磁極中都有U相繞組和V相繞組線圈，每個磁極中每相繞組所占有的槽數(shù)叫相帶(Q)。對于電容分相起動式電機(jī),U相繞組的相帶為QU＝2τ/3（槽）,V相繞組的相帶為QV＝τ/3（槽）[2,3]，那么，電容分相起動式24槽4極單相交流電機(jī)的相帶為: QU＝2×6/3＝4（槽）,QV＝6/3＝2（槽）。

1.4 計(jì)算相位差（Φ）

單相交流電機(jī)中分U相繞組和V相繞組。兩相繞組的頭U1與V1應(yīng)錯開的槽數(shù)叫相位差（Φ），Φ＝900/a（槽），那么，本例子中，相位差為Φ＝900/300=3(槽)。

2 標(biāo)出電流的瞬間方向

單相電機(jī)中，電流的瞬間方向有多種標(biāo)法，下面按最簡單的方法標(biāo)出，這是電機(jī)布線的第二種技巧。

2.1 標(biāo)出極距

先畫出定子上的Z槽，并標(biāo)上槽號，如圖1所示。再按τ的大小標(biāo)出極距，并按N、S …的規(guī)律標(biāo)出各磁極的名稱，那么，本例子中各極距，如圖1所示。

圖1 標(biāo)出極距

2.2 標(biāo)出相帶

在各極距中標(biāo)出各相帶,并按U－V …的規(guī)律標(biāo)出各相帶的名稱，那么，本例子中各相帶，如圖2所示。

圖2 標(biāo)出相帶

2.3 標(biāo)出電流的瞬間方向

按N極中瞬間電流方向朝上, S極中瞬間電流方向朝下的方法，標(biāo)出各槽中電流的瞬間方向，那么，本例子中電流的瞬間方向，如圖3所示。

圖3 標(biāo)出電流的瞬間方向

3 畫線圈展開圖（以單層一路為例）

3.1 先畫U相展開圖

以上是極距、相帶、電流方向的確定方法，下面還要確定繞組的形式。繞組的形式有多種，槽數(shù)、極數(shù)不同，形式就不同，實(shí)踐證明，只要遵守三點(diǎn)原則，就能設(shè)計(jì)出最佳的電機(jī)繞組，這是電機(jī)布線的第三種技巧。

三點(diǎn)原則（以U相為例）：①U相帶中嵌放U相所有線圈；②U相帶中的所有線圈要串聯(lián)，且必須符合電流的瞬間方向；③所有線圈的總節(jié)距之和要最短，以利于節(jié)省銅材。

按原則①和②，本例子中的U相展開圖，如圖4所示，它有四種形式。

圖4 U相展開圖

再按照原則③的要求進(jìn)行分析，如下表。顯然，圖4 (b)和圖4 (d)的總節(jié)距最短，但又考慮到初學(xué)者對同心式下線較容易，故：本例子中的U相展開圖，采用圖4（b）為最佳，線圈形式叫同心式；接線規(guī)律叫反串；線圈節(jié)距是y1 =3槽，y2＝5槽。

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繞組形式繞組總節(jié)距節(jié)距最短的繞組：

圖4（a）是同心式1 (3+5+7+9)×2＝48槽不是；

圖4（b）是同心式2 （3+5）×4＝32槽是（適合初學(xué)者）；

圖4（c）是四鏈?zhǔn)?6×4×2＝48槽不是；

圖4（d）是雙鏈?zhǔn)?×2×4=32槽是(適合熟練者)。

3.2 再畫V相展開圖

先確定V1的位置。由1.4知，電容分相起動式24槽4極單相交流電機(jī)的U1與V1應(yīng)錯開3槽，由于U1在第3槽，故V1應(yīng)在第6槽。

再按照與U相繞組一樣的三點(diǎn)原則，布置V相繞組。由原則①和②可畫出本例子中的V相展開圖，如圖5所示，可分三種形式。

再按照原則③的要求進(jìn)行分析，如下表。顯然，圖5 (c)的總節(jié)距最短，故：本例子中的V相展開圖，采用圖5（c）最佳，線圈形式叫單鏈?zhǔn)?；接線規(guī)律叫反串；線圈節(jié)距是y=5槽。

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圖5 V相展開圖

繞組形式繞組節(jié)距節(jié)距最短的繞組：

圖5（a）是同心式 (5+7)×2＝24槽不是；

圖5 (b) 是雙鏈?zhǔn)?6×2×2＝24槽不是；

圖5 (c) 是單鏈?zhǔn)?5×4＝20槽是。

3.3 畫兩相展開圖

把圖4（b）和圖5(c)疊加，即可得出最佳的電容分相起動式24槽4極單相交流電機(jī)的兩相展開圖，如圖6所示。

圖6 兩相展開圖

圖7 各線圈編號

4 畫端線圖

端線圖就是實(shí)際下線圖，它能形象地表達(dá)出下線與接線的規(guī)律，通過下面的具體研究，可畫出形象、直觀的端線圖，這是電機(jī)布線的第四種技巧。

4.1 給各個線圈編號

給展開圖中各個線圈編號為①、②、③…，如圖7所示。

4.2 畫端線圖（即實(shí)際下線圖）

按①、③、⑤、⑦順序，先畫外檔V相的四組線圈；再按②、④、⑥、⑧順序，畫內(nèi)檔U相的四組線圈，如圖8所示。實(shí)際下線的順序也是這樣。

圖8 端線圖

4.3 連線

所有線圈都下到槽中之后，必須按照前面總結(jié)出的接線方法，線圈①、③、⑤、⑦反串成U相繞組；線圈②、④、⑥、⑧反串成V相繞組，如圖8所示。再按照電容起動式原理圖連線，如圖9所示。

圖9 電容起動式原理圖

圖9中，C叫起動電容，S叫起動開關(guān)。電機(jī)起動過程中S閉合，起動結(jié)束后S斷開。

[1]包玉華.電工學(xué)[M].北京:北京煤炭工業(yè)出版社,1992.

[2]賈大義.常用電機(jī)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:北京輕工業(yè)出版社,1996.

[3]楊天明.電動機(jī)繞組維修技術(shù)[M].北京:北京化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[4]黃永銘.電動機(jī)與變壓器[M].北京:高等教育出版社,1993.

[5]松柏.電動機(jī)修理技術(shù)[M].北京:北京科學(xué)技術(shù)出版社,1994.