发电机定子绕组部分.doc

电动机绕组基本知识华力电机集团 企业职工培训教材要熟知的几个定理定律1 、电能生磁：1820年丹麦科学家奥斯特通过实验发现电流的周围存在着磁场。2、电流所产生的磁场方向如何判断呢？法国科学家安培通过实验制定了安培定则，又称右手螺旋定则，通过它我们既可以判断出电流产生的磁场方向，也可以在已知磁场方向时判断电流方向。安培定则如下：（1）直线电流时，以右手拇指指向电流方向，则弯曲四指的指向即为磁场的方向。（2）环行电流时，以右手弯曲的四指表示电流方向，则右手拇指所指方向即为磁场方向。3、变磁生电：1831年法拉第又发现当导体相对于磁场运动而切割磁力线或线圈中的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生感生电动势，若导体或线圈是闭合回路的一部分，则导体或线圈中将产生电流。4、直导体中产生的感生电动势方向用右手定则来判断：平伸右手，拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场N极，以拇指指向表示导体运动的方向，则其余四指的指向就是感生电动势的方向。5、电磁生力：实验证明通电导体在磁场中又会受到电磁力的作用。6、电磁力的方向可用左手定则判断：平伸左手使拇指垂直其余四指，手心正对磁场的N极，四指指向电流的方向，则拇指的指向就是通电导体的受力方向。三相异步电动机绕组 在学习三相异步电动机绕组之前，我们先简单来回顾一下三相异步电动机的工作原理。第一节 三相异步电动机的工作原理电动机分为固定部分的定子和旋转部分的转子，定子中的三相绕组是固定的，但它接通三相交流电后，会在定子与转子的气隙中产生旋转的磁场，促使转子也跟着旋转磁场旋转，因此旋转磁场的产生是三相交流异步电动机旋转的先决条件，下面首先具体介绍一下旋转磁场。一、旋转磁场1、 旋转磁场的产生在我们所讨论的三相异步电动机中，旋转磁场是由定子绕组中通入的三相正弦交流电产生的，其波形图如下图c所示，通电后每一相绕组都产生相应的磁场，下面我们以最简单的按星形连接的两极定子绕组为例，来证明三相绕组所产生的合成磁场是一旋转磁场。图a为两极三相绕组剖面排列图，图b为星形连接的三相绕组的电流的参考方向，为分析方便，我们规定每相绕组电流的正方向是从首端u1、v1、w1流入（用表示），从尾端u2、v2、w2流出（用 表示），当电流为正值时，电流的实际方向与规定的正方向相同，当电流为负值时，表明电流的实际方向与规定的正方向相反，而磁场的方向我们可根据电流的方向按右手螺旋定则来判定。从图中可以看出，三相绕组通电后所产生的合成磁场是一对磁极，即我们所说的两极电机，而且随着三相交流电变化一周，其所合成的磁场也按顺时针方向旋转了一周，由此可以证明三相定子绕组所产生的合成磁场是一旋转磁场。2、 旋转磁场的旋转方向 三相交流电按正序u-v-w顺时针接入电动机的u相、v相、w相绕组时,由此所产生的磁场的转向也是顺时针的（即由电流相位超前的绕组转向电流相位落后的绕组），如果任意调换电动机两相绕组所接交流电的相序，比如u相绕组仍接u相交流电，v相绕组接w相交流电，w相绕组接v相交流电，此时三个电流的相序是逆时针的，则由此产生的旋转磁场的转向也是逆时针的（也是由电流相位超前的绕组转向电流相位落后的绕组）。由此可以得出结论：电动机的旋转磁场的转向，也即电动机转子的转向是由接入三相绕组的电流相序决定的，即三相交流电按正序u-v-w分别对应接入电动机绕组u-v-w的时，电动机按顺时针方向旋转，而只要调换电动机任意两相绕组所接的电源相序，旋转磁场即反向转动，电动机也随之反转。3、 旋转磁场的旋转速度刚才我们所举的例子当中所产生的旋转磁场合成的只是一对磁极，该电动机即称为两极电动机，当三相交流电变化一周时，两极电动机产生的旋转磁场也正好旋转一周，所以两极旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即三相交流电的频率f，由于我国工业及生活用电的频率一般为50HZ，即每秒钟三相交流电变化50次，同时旋转磁场也旋转了50转，转速一般用分钟表示，所以两极电动机的同步转速为 ns=6050=3000转/分钟 如果三相绕组通电后合成的磁场有两对磁极即四极电机，则当三相交流电完成一周交变时，其合成磁场只旋转了半圈，所以四极电动机旋转磁场的转速只有两极电动机旋转磁场转速的一半，即ns=6050/2=1500转/分钟。以此类推，三相异步电动机定子绕组如有p对磁极，则旋转磁场的转速ns=60f/p,其中ns指旋转磁场的转速 f指三相交流电的频率 p指磁极对数。二、三相异步电动机的工作原理1、 三相异步电动机的转动原理（1） 转子感生电流的产生 当电动机的定子绕组通以三相对称交流电时，在定子和转子间便产生以转速ns旋转的旋转磁场(电能生磁)，由于转子开始时是静止的，所以转子导体将被旋转磁场切割，根据相对运动的原理，我们也可以把磁场看成不动，而转子导体相对磁场旋转切割磁力线从而产生感生电动势（即1831年法拉第发现的电磁感现象也称“动磁生电”），由于转子导体两端已被短路环短接，导体已构成闭合回路，所以转子导体内也相应产生感生电流。（2） 转子电磁力矩的产生 有感生电流的转子导体即为通电导体，通电导体在磁场中就会受到电磁力的作用（电磁生力），产生电磁力矩带动转子旋转，而且我们还可以根据左手定则判断出转子导体的旋转方向，与旋转磁场的方向是相同的，只不过是以略小于旋转磁场转速ns的速度运转的。（如图所示）2、 三相异步电动机的转速与转差率电动机的转子产生感生电流并受电磁转矩作用产生旋转,主要是由于转子和旋转磁场间存在着相对运动，也就是说二者之间保持着一定的转速差，这是异步电动机能正常运行的必要条件，如果转子转速达到旋转磁场的转速，即达到同步转速时，二者间相对静止，转子导体也就不再作切割磁力线的运动，于是转子导体也就不能产生感应电动势，当然也不可能有感生电流和电磁转矩，转子转速就会开始变慢，而另一方面，一旦转子转速变慢，转子与旋转磁场间又重新产生相对运动，使转子重新受到电磁转矩的作用，迫使转子加快转速，这对矛盾的结果，必然会使转子转速最后基本稳定在某一转速n上，由于这类电机的转速n总是低于同步转速ns，所以把这类电机叫做异步电动机，又因为这类电动机的转子电流是由电磁感应产生的，所以也把它们叫做感应电动机。 为表示三相异步电动机的转速和同步转速之间的关系，我们引入转差率的概念，所谓转差率就是同步转速ns与转子转速n之差对同步转速ns之比，用s表示，即：s=(ns-n)/ns 转差率是电动机的一个重要参数，我们要记住其三个特定的工作点：（1） 电动机启动的瞬间，旋转磁场虽已产生但转子尚未转动，此时n=0,则s=1；（2） 电动机空载运行时，空载阻力很小，转速很高n0约等于ns，所以s很小，一般在0.005左右；（3） 电动机额定运行时，有额定转速nN，额定转差sN，0sN1800C 电机运行时，各部位的工作温度不应超过上面所规定的绝缘材料允许的工作温度。 绝缘材料在热因子的作用下，其性能逐渐劣化导致热老化现象。热老化的程度决定了材料的寿命。绝缘材料的寿命与工作温度的高低有极大的关系。总体来说，绝缘材料的使用寿命可按100C规则估算。（即工作温度每增加约100C，绝缘材料的寿命也减少一半）2、按工艺特征分类 绝缘材料按其加工过程的工艺特征分为六大类，即漆、树脂和胶类；浸渍纤维制品类；层压制品类；塑料类；薄膜、粘带和复合制品类。绝缘材料按其使用范围及形态，在各大类中又分为小类，每一大类中都有若干小类。为区分绝缘材料的类别，国家规定对绝缘材料进行统一编号，如1032，4330等。各位数字的含义如下： 第一位数字代表绝缘材料所属的大类； 第二位数字代表绝缘材料所属的小类；第三位数字代表绝缘材料的耐热等级，分别用16代表AC六个耐热等级；第四位数字代表材料序号，以表示同类绝缘材料在配方、成分及性能上的差异。三、绝缘结构与绝缘材料的选用原则 电机绝缘结构包括匝间绝缘、槽绝缘、层间绝缘、相间绝缘及引接线绝缘等，它是由不同绝缘材料组成的整体。正确地选择绝缘材料和绝缘结构，不但可以提高电机的使用寿命，而且可以降低电机的制造成本。电机绝缘结构与绝缘材料的选用原则如下：1、尽可能降低绝缘材料及绝缘处理的成本 在保证电机使用可靠的前提下，要尽量选用成本低廉、来源丰富、绝缘水平较高的绝缘材料。2、电机绝缘必须适应环境条件 电机绝缘受环境条件的影响较大，一般电机的绝缘结构是按环境温度不超过400C、海拨高度不超过1000m、无特殊化学腐蚀剂侵蚀的正常条件确定的。但事实上，许多电机需运行在高温、高湿、有化学腐蚀的特殊环境中，绝缘的可靠性和使用寿命将受到这些因素的严重影响。因此，在选择绝缘材料及其结构时，还要结合电机使用的环境条件加以综合考虑。3、绝缘材料的耐热等级应与电机各部位的实际温度相匹配 在同一绝缘结构中，不一定都必须用同一耐热等级的材料。电机各部位的绝缘，究竟采用何种材料为宜，应视各部位的实际运行温度或可能出现的短时最高温度而定。4、绝缘结构的整体工艺性能要好 一般来说，采用复合材料比单一材料多层组合的工艺性要好。5、绝缘结构的相容性要好 绝缘材料间的相容性对绝缘的寿命影响极大。不相容的绝缘结构，即使材料的耐热等级很高，也会导致绝缘的过早失效。电磁线漆膜与绝缘漆之间、有机绝缘材料与绝缘漆之间、绝缘漆与绝缘漆之间，都可能存在不相容的问题。因此，在选用绝缘结构时，应避免将不相容的绝缘材料组成绝缘体系。第七节 交流低压电机绕组的绝缘结构 交流低压电机的额定电压在3KV以下，常有220/380V、230/400V、380/660V、400/690V、525V、1140V等几个等级。低压电机绝缘结构的包括匝间绝缘、槽绝缘（对地绝缘）、层间绝缘（双层绕组）、端部相间绝缘和引接线绝缘等。低压电机的额定电压不高，因而决定绝缘结构的主要因素是绝缘的耐热性能、力学性能、耐环境性能。不同的绕组形式，对应的绝缘结构也有所差别，下面主要看一下有关散嵌绕组的绝缘结构。一、匝间绝缘 散嵌绕组以电磁线本身的绝缘作为匝间绝缘，如漆包线的漆膜、玻璃丝包线外包的玻璃丝或薄膜绕包线外包的薄膜等。一般而言，对于包覆完全的各种电磁线，其匝间绝缘的电气强度都有一定的裕度，但一旦出现针孔、漏包或绕嵌过程中出现的损伤，就有可能导致匝间故障。因此，保证电磁线制造时蔽覆完全和绕制嵌装过程中免受损伤，是防止匝间故障的根本途径。在无特殊要求的电机中，为提高电机的槽满率和材料利用率，应优先选用漆膜较薄的高强度漆包线。对于频繁起动和制动的电动机，为提高导线绝缘的机械强度，应选用玻璃丝包线。对于电压在1000V以上的电动机，为了提高绝缘的机械强度和电气强度宜选用玻璃丝包漆包线或薄膜绕包线。二、槽绝缘 散嵌绕组的槽绝缘是嵌线之前插入槽内的，通常采用薄膜复合材料，也有多层绝缘组成复合槽绝缘。 槽绝缘各层绝缘的作用不同，靠近槽壁的绝缘纸主要起机械保护作用，以防止槽壁损伤主绝缘；靠近导线的一层绝缘纸的作用是防止嵌线过程中损伤主绝缘。而这两层之间的绝缘（主绝缘）是承受电气击穿强度。由于槽绝缘承受的机械力随电机容量增加而增加，所以槽绝缘厚度亦随电机容量和电压等级的提高而相应增加。例如：采用DMDM的小型交流电动机，当中心高为80112mm时，槽绝缘厚度为0.25mm；中心高为132160mm时，槽绝缘厚度为0.3mm；中心高为180280mm时，槽绝缘厚度增加到0.35mm。 在槽绝缘加工过程中，必须注意三个问题：一是槽绝缘宽度应根据槽形尺寸裁剪，不要过宽过窄。二是槽