職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

吳曉霞 高斌斌 耿寶光

【摘要】本文以電機(jī)定子繞組大修為例介紹了實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)計(jì)，從教學(xué)背景、教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，采用產(chǎn)教融合、教師講授示范、學(xué)生實(shí)踐的教學(xué)方法，詳細(xì)介紹了電機(jī)定子繞組大修的步驟、展示了一種實(shí)訓(xùn)過程中改進(jìn)的無需首尾端檢測(cè)的繞組端部接線圖及展開圖，總結(jié)了該繞組的嵌線規(guī)律，分析了實(shí)訓(xùn)過程中常見的電機(jī)故障及原因。實(shí)訓(xùn)效果良好，值得推廣。

【關(guān)鍵詞】實(shí)訓(xùn)課程? 定子繞組大修? 繞組展開圖? 嵌線規(guī)律

【中圖分類號(hào)】G71 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）34-0148-02

電機(jī)與拖動(dòng)是機(jī)電一體化專業(yè)的一門必修基礎(chǔ)課程，在專業(yè)課程體系中起著非常重要的作用[1]。該課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生發(fā)揮較強(qiáng)的空間想象能力和抽象思維能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式教師授課難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大。課堂教學(xué)收效甚微。為了提高教學(xué)效果，現(xiàn)以三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組大修為例將傳統(tǒng)課程講授進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。本文基于學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，以典型的工作任務(wù)為載體，以學(xué)生為中心，將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合。實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐過程如下。

一、教學(xué)背景

異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是電機(jī)的主要部件，要分析交流電機(jī)的原理和運(yùn)行問題，必須先對(duì)定子繞組的構(gòu)成和連接有一個(gè)基本的了解。同時(shí)定子繞組也是異步電動(dòng)機(jī)故障的頻發(fā)部位。不同的電機(jī)，其定子繞組的布線規(guī)律不一樣，一旦定子繞組燒壞，繞組大修便成了機(jī)電維修人員的技術(shù)難題。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.能力培養(yǎng)目標(biāo)

（1）掌握電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理;（2）能讀識(shí)各種電動(dòng)機(jī)定子繞組展開圖，學(xué)會(huì)定子端部接線圖、繞組展開圖的繪制;（3）掌握電機(jī)測(cè)試、檢修方法;（4）了解電機(jī)故障和維修的方法。

2.知識(shí)培養(yǎng)目標(biāo)

（1）掌握電機(jī)繞組拆卸、繞制、嵌線及電機(jī)裝配過程;（2）掌握相關(guān)電工儀表使用，學(xué)會(huì)使用電機(jī)修理所用的專用工具;（3）能完成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前的測(cè)試工作;（4）能根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷電動(dòng)機(jī)故障并排除故障。

三、教學(xué)方法

1.產(chǎn)教融合

產(chǎn)教融合可以促進(jìn)就業(yè)和人才培養(yǎng)相結(jié)合，推動(dòng)人力資源供給側(cè)的結(jié)構(gòu)性改革，為企業(yè)培養(yǎng)出更多符合其需求的人才[2]。

2.教師講授示范

教師講授示范，直接向?qū)W生傳遞知識(shí)，避免了認(rèn)識(shí)過程中的許多不必要的曲折和困難，能使深?yuàn)W、抽象的電機(jī)知識(shí)變成具體形象，能排除學(xué)生對(duì)電機(jī)學(xué)習(xí)的畏難情緒，使學(xué)習(xí)成為輕松愉快的事情。

3.學(xué)生實(shí)踐

學(xué)生實(shí)踐把理論和實(shí)踐緊密地結(jié)合起來，學(xué)中做，做中學(xué)，邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué)，為學(xué)生畢業(yè)后從事機(jī)電一體化相關(guān)工作打好基礎(chǔ)。

四、教學(xué)過程

繞組大修一般按下列幾個(gè)步驟進(jìn)行：

1.記錄原始數(shù)據(jù)

在大修和拆除繞組過程中，記錄電機(jī)的繞組數(shù)據(jù)：定子槽數(shù)Z，極數(shù)2P、繞組的匝數(shù)N、線徑d1、并聯(lián)支路數(shù)。鐵芯數(shù)據(jù)：外徑D1、內(nèi)徑D2、長(zhǎng)度l、槽深h。

2.拆除舊繞組

拆除舊繞組一般是先加熱通電，使其絕緣軟化，然后取出繞組。拆除繞組后，應(yīng)清除槽內(nèi)殘物，修正槽形，槽內(nèi)要清潔光滑[4]。

3.選擇或制造繞線模

繞線模也應(yīng)與這些繞組的形式相適應(yīng)，實(shí)訓(xùn)中根據(jù)舊線圈的周長(zhǎng)制作模芯，通過經(jīng)驗(yàn)公式自行設(shè)計(jì)制作。以單層鏈?zhǔn)嚼@組為例介紹繞線模的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

（1）模芯寬度：Ty= π（D2+2h）（y-x）/Z。y為線圈節(jié)距;x為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（2極取1.5-2;4極取0.5-0.75;6極取0-0.25）。（2）模芯直線部分長(zhǎng)度計(jì)算：L=l+2d。l為定子鐵心長(zhǎng)。d為線圈直線部分伸出鐵心的單邊長(zhǎng)，稱為放長(zhǎng)量，通常取10～20mm。（3）模芯端部弧長(zhǎng)半徑：R=Ty/X。X為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（2極取1.49;4極取1.53;6極取1.58）。（4）模芯厚度：δ=1.1nd1。δ為模芯厚度;n為每層導(dǎo)線匝數(shù)。實(shí)訓(xùn)中小功率電動(dòng)機(jī)δ通常取8～10mm。

4.準(zhǔn)備絕緣材料

定子繞組的絕緣分槽絕緣、層間絕緣和端部相間絕緣。實(shí)訓(xùn)中采用聚酯薄膜，槽底墊一層槽絕緣，絕緣覆蓋整個(gè)槽底。雙層繞組中上層與下層繞組之間要用層間絕緣隔開，層間絕緣的寬度應(yīng)大于槽寬，保證槽內(nèi)的上下層線圈嚴(yán)格地分開。繞組相間絕緣尺寸形狀根據(jù)繞組端部的形狀而定，相間絕緣使兩相繞組隔開，并與槽絕緣相接[3]。

5.繞制新線圈

繞線時(shí)，先把線頭卡入繞線模的引槽內(nèi)，按原始參數(shù)繞制線圈。一相繞組繞制完成后，拆開繞線模，取出所有線圈元件，整齊放置。再裝好繞線模，同樣方法繞制另外兩相。

注意事項(xiàng)：

（1）線圈繞制過程中如果出現(xiàn)斷線需要接線，把斷口留在端線處，兩根線頭剪至適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，先套上絕緣套管，把線頭端部大約20mm的導(dǎo)線絕緣刮干凈，然后把兩根線頭擰在一起，再把絕緣套管套至接口處;（2）繞每個(gè)線圈元件第一匝時(shí)注意將扎線用漆包線壓入扎線槽，以便繞完后扎成一束;（3）繞線時(shí)漆包線要排列整齊，繞向一致，不得交叉，不得彎曲和打結(jié);（4）繞線時(shí)各相首尾端要留出適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度以備端部接線。

6.嵌線

嵌線工藝的關(guān)鍵是保證繞組的位置和次序正確，絕緣良好。要求每個(gè)學(xué)生在嵌線前，繪制出繞組端部接線圖和展開圖。繞組大修實(shí)訓(xùn)中改進(jìn)并繪制出的無需首尾端檢測(cè)的繞組端部接線圖及展開圖如圖1所示。以三相六極36槽單層鏈?zhǔn)嚼@組為例。

經(jīng)計(jì)算極距τ=6，每極每相槽數(shù)q=2，槽距角а=30°，節(jié)距y=5（短距繞組）[1]。

繪制繞組展開圖時(shí)，三相繞組空間上互差120°電角度（即相差4個(gè)槽）。實(shí)訓(xùn)中，經(jīng)過反復(fù)摸索和實(shí)踐，從1號(hào)槽引出第一相首端A，5號(hào)槽引出第二相的首端B。第三相繞組首端C不從9號(hào)槽引出，而是在保證該相所有線圈元件放在槽里的有效導(dǎo)體同一極相組電流方向相同、相鄰極相組電流方向相反的前提下，從3號(hào)槽引出該相的尾端Z（60°相帶），從左到右依次連接各相所有線圈元件，這樣最終從33號(hào)槽引出該相繞組的首端C。C位于第一相繞組的尾端X和第二相繞組的尾端Y之間。

嵌線規(guī)律：從1號(hào)槽開始嵌線，嵌一個(gè)槽空一個(gè)槽，再嵌一個(gè)槽再空一個(gè)槽……;所有線圈元件均為“首-首”（左-左）或“尾-尾”（右-右）相連;吊把數(shù)為2。

嵌線順序：1-3-（5-36）-（7-2）-（9-5）……（31-26）-（33-28）-（35-30）-32-34。

7.端部檢查及接線

接線完成后檢查繞組端部是否過長(zhǎng)，有沒有碰觸端蓋或距離過近的可能，檢查鐵芯槽兩端出口處絕緣是否破裂，檢查槽楔是否松動(dòng)。用兆歐表測(cè)量繞組的對(duì)地絕緣和相間絕緣。

多數(shù)電機(jī)教材中繞組展開圖均為理論畫法，六個(gè)出線端首尾排列不規(guī)律，在進(jìn)行端部接線時(shí)必須進(jìn)行定子三相繞組首尾端的判別。對(duì)應(yīng)的下線規(guī)律也不明顯，下線時(shí)出錯(cuò)率較高。

本實(shí)訓(xùn)中改進(jìn)后的繞組展開圖，不僅嵌線規(guī)律明顯，而且還有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，即嵌好的三相繞組六個(gè)出線端首、尾端相互間隔，因此可以省掉首、尾端判別這一環(huán)節(jié)。六個(gè)出線端隔一個(gè)拿一個(gè)擰在一起即為星型接法，按出線順序兩兩擰在一起即為三角形接法。

8.通電試驗(yàn)

實(shí)訓(xùn)中將一個(gè)易拉罐（模擬籠型轉(zhuǎn)子）沿軸向正中間穿一個(gè)小孔，穿入鋼絲后易拉罐能以鋼絲為軸靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。用三相壓調(diào)壓器向三相繞組通以20%～30%的額定電壓（注意逐步升壓，監(jiān)視定子電流低于額定值避免燒毀電動(dòng)機(jī)），置于定子中心位置的易拉罐開始轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過程直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前。

9.常見故障及原因分析

對(duì)實(shí)訓(xùn)而言，繞組大修后常見故障及原因：

（1）電動(dòng)機(jī)冒煙有異味，原因有：定子繞組短路。（2）電機(jī)不能啟動(dòng)但有嗡嗡聲，原因有：調(diào)壓器二次側(cè)電壓太低;定子繞組一相斷路。（3）啟動(dòng)電流過大，原因有：定子繞組一相接反;接地故障。（4）電動(dòng)機(jī)三相電流有較大的不平衡，原因有：重嵌入定子繞組后，三相匝數(shù)不相等;定子繞組內(nèi)部接線有錯(cuò)誤;繞組的接地或局部短路。

五、結(jié)語(yǔ)

通過該實(shí)訓(xùn)課程的改革與實(shí)踐，教師上課事半功倍，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性被充分調(diào)動(dòng)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。不僅為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供幫助，而且為就業(yè)后適應(yīng)工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)訓(xùn)過程及改進(jìn)后的繞組端部接線圖及展開圖的繪制方法值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[3]楊海燕.淺析三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組首尾端的判別[J].輕工科技，2017（10）：67-68.

[4]余海剛.防爆雙繞組雙速三相異步電動(dòng)機(jī)繞組設(shè)計(jì)[J].電氣防爆，2014（4）：5-8.