電機(jī)及電力拖動(dòng)課件-電樞繞組

電樞繞組電機(jī)中重要的組成部分，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電樞繞組的類型和結(jié)構(gòu)決定了電機(jī)的性能，如轉(zhuǎn)速、扭矩和效率等。繞組基本概念繞組由導(dǎo)線繞制而成，用于產(chǎn)生電磁場，完成能量轉(zhuǎn)換。繞組層繞組由多層導(dǎo)線組成，每層繞組稱為繞組層。繞組線圈繞組層通常由多個(gè)線圈組成，線圈由多個(gè)導(dǎo)線圈數(shù)組成。繞組設(shè)計(jì)的基本原則電磁感應(yīng)繞組設(shè)計(jì)遵循電磁感應(yīng)原理，通過電流產(chǎn)生的磁場實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)合理性合理設(shè)計(jì)繞組結(jié)構(gòu)，使磁場分布均勻，提高電機(jī)效率。材料選擇根據(jù)電機(jī)運(yùn)行條件選擇合適的導(dǎo)體材料和絕緣材料，保證電機(jī)可靠運(yùn)行。精確計(jì)算通過精確計(jì)算繞組參數(shù)，確保電機(jī)滿足額定功率和運(yùn)行效率的要求。繞組層結(jié)構(gòu)繞組層結(jié)構(gòu)是指繞組在定子或轉(zhuǎn)子上的排列方式，直接影響電機(jī)性能。繞組層結(jié)構(gòu)主要包括單層繞組和多層繞組，其中單層繞組更易于制造，多層繞組可以提高繞組的密度和效率。不同繞組層的電勢關(guān)系繞組層電勢第一層最高電勢第二層比第一層低第三層比第二層低............最后一層最低電勢繞組層之間存在電勢差，這對于電機(jī)正常工作至關(guān)重要。例如，在直流電機(jī)中，電樞繞組的每一層都連接到換向器上的不同位置，因此不同繞組層的電勢不同，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。對稱繞組的基本特點(diǎn)電流分布均勻?qū)ΨQ繞組中，各相繞組的電流大小相等，相位差為120度，使得電流分布均勻，減少了磁場畸變。磁場分布均勻?qū)ΨQ繞組產(chǎn)生的磁場在空間上均勻分布，可以提高電機(jī)效率，降低噪音。電氣性能穩(wěn)定對稱繞組具有良好的電氣性能，不易出現(xiàn)故障，延長了電機(jī)使用壽命。易于維修對稱繞組結(jié)構(gòu)簡單，易于維修，降低了維護(hù)成本。直流電機(jī)的繞組11.繞組類型直流電機(jī)繞組主要分為兩種：電樞繞組和勵(lì)磁繞組。22.電樞繞組電樞繞組是連接在電樞上的繞組，用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。33.勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組是用來產(chǎn)生磁場的繞組，它可以安裝在定子上或轉(zhuǎn)子上。44.繞組結(jié)構(gòu)直流電機(jī)繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式多種多樣，取決于電機(jī)類型和性能要求。交流電機(jī)的繞組繞組類型交流電機(jī)通常使用定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，根據(jù)磁場類型，可以分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。繞組結(jié)構(gòu)交流電機(jī)繞組一般采用多相繞組，通常為三相繞組，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。繞組連接根據(jù)繞組連接方式，可以分為星形連接和三角形連接，影響電機(jī)的運(yùn)行特性和效率。繞組設(shè)計(jì)交流電機(jī)繞組設(shè)計(jì)要考慮工作電壓、電流、頻率等因素，確保電機(jī)正常運(yùn)行和效率。單相電機(jī)的繞組單相感應(yīng)電機(jī)單相感應(yīng)電機(jī)使用單個(gè)相位的交流電工作，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，廣泛應(yīng)用于家用電器和小型機(jī)械中。繞組類型常見繞組類型包括單相繞組、雙相繞組和多相繞組，根據(jù)電機(jī)應(yīng)用和性能要求進(jìn)行選擇。繞組結(jié)構(gòu)繞組通常由線圈組成，線圈繞在定子或轉(zhuǎn)子鐵芯上，形成特定的磁場分布，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。繞組連接繞組連接方式影響電機(jī)的運(yùn)行特性，例如啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、效率和功率因素，需要根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。三相電機(jī)的繞組星形連接三相繞組的三個(gè)端點(diǎn)連接在一起，形成中性點(diǎn)，稱為星形連接。三角形連接三相繞組的三個(gè)相繞組首尾相連，形成閉合回路，稱為三角形連接。繞組類型三相電機(jī)繞組常見類型包括：籠型繞組、繞線式繞組和雙層繞組等。繞組誤差及其分類11.匝間短路兩個(gè)或多個(gè)相鄰線圈之間的絕緣層損壞，導(dǎo)致電流繞過線圈，造成局部過熱。22.相間短路不同相繞組之間的絕緣層損壞，導(dǎo)致相間電流流動(dòng)，嚴(yán)重影響電機(jī)運(yùn)行。33.繞組開路繞組線路斷開，導(dǎo)致該相繞組無法工作，電機(jī)性能下降。44.繞組匝數(shù)誤差繞組實(shí)際匝數(shù)與設(shè)計(jì)值不符，導(dǎo)致電機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。繞組誤差的產(chǎn)生原因1制造誤差繞組的制作工藝及精度2安裝誤差繞組的安裝位置和角度3材料誤差導(dǎo)體截面積和絕緣材料的尺寸4環(huán)境因素溫度、濕度和振動(dòng)制造誤差會(huì)導(dǎo)致繞組的匝數(shù)、線徑或間距不一致，從而影響磁場分布和電機(jī)的性能。安裝誤差會(huì)造成繞組的位置和角度不準(zhǔn)確，導(dǎo)致磁場不均勻，進(jìn)而影響電機(jī)的效率和性能。材料誤差可能導(dǎo)致繞組的導(dǎo)體截面積或絕緣材料的尺寸不符合要求，造成繞組的電流承受能力下降或絕緣性能變差。環(huán)境因素如溫度變化、濕度和振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致繞組的變形或老化，從而影響其性能。繞組誤差對電機(jī)性能的影響繞組誤差會(huì)影響電機(jī)性能，例如降低效率、增加功率損耗、降低輸出功率等。繞組誤差也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度升高，甚至引發(fā)過熱故障，降低電機(jī)使用壽命。繞組誤差的檢測方法電氣測試使用萬用表或其他測試儀器測量繞組電阻、絕緣電阻等參數(shù)。示波器測試觀察繞組電流波形，判斷是否存在短路、開路或其他故障。磁場測試使用磁場傳感器測量繞組磁場強(qiáng)度，判斷是否存在磁路故障。溫度測試檢測繞組溫度，判斷是否存在過熱或發(fā)熱異常。繞組誤差的消除措施繞組制作工藝改進(jìn)精確的繞組工藝是消除誤差的關(guān)鍵。應(yīng)采用高精度繞線機(jī)和專業(yè)人員進(jìn)行繞組，確保線圈尺寸和間距一致。使用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)線和絕緣材料可以有效降低繞組的機(jī)械和電氣性能的誤差，保證電機(jī)穩(wěn)定工作。繞組測試和校準(zhǔn)定期對繞組進(jìn)行測試和校準(zhǔn)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正誤差，確保繞組的性能滿足要求。測試方法包括電阻測試、絕緣測試、匝數(shù)測試和平衡測試，可以有效檢測繞組的物理和電氣參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。繞組匝數(shù)的確定繞組匝數(shù)是電機(jī)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參數(shù)，它直接影響著電機(jī)的電磁性能和輸出功率。1電壓電機(jī)工作電壓決定繞組匝數(shù)。2電流電機(jī)額定電流與繞組匝數(shù)成反比。3磁場繞組匝數(shù)影響磁場強(qiáng)度，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)矩和功率。4效率合適的匝數(shù)可以提高電機(jī)效率，減少能量損耗。繞組電流密度的計(jì)算繞組電流密度是指繞組截面積上的電流強(qiáng)度，是繞組設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。電流密度過高會(huì)導(dǎo)致繞組發(fā)熱，影響電機(jī)效率和壽命，電流密度過低則會(huì)降低電機(jī)功率密度，增加電機(jī)體積和重量。繞組電流密度的計(jì)算方法：電流密度=繞組電流/繞組截面積，單位為安培/平方毫米(A/mm2)。繞組電流密度的選擇，需要綜合考慮電機(jī)類型、工作環(huán)境、散熱條件等因素。繞組導(dǎo)體截面積的確定繞組導(dǎo)體截面積決定了繞組的電流承載能力。合適的截面積可以確保繞組在正常工作條件下不會(huì)過熱。電流密度額定電流繞組導(dǎo)體截面積電流密度額定電流繞組導(dǎo)體截面積截面積過小會(huì)導(dǎo)致繞組過熱，甚至燒毀；截面積過大則會(huì)增加繞組的重量和成本。繞組導(dǎo)體絕緣層設(shè)計(jì)絕緣等級根據(jù)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境和工作電壓選擇合適絕緣等級。常用等級包括H級（180°C）、F級（155°C）和B級（130°C）。絕緣材料絕緣材料應(yīng)具有良好的電氣絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能。常見絕緣材料包括漆包線、玻璃纖維、云母紙等。絕緣層厚度絕緣層厚度需滿足電機(jī)運(yùn)行電壓和電流要求，同時(shí)應(yīng)考慮散熱性能和機(jī)械強(qiáng)度。絕緣層測試絕緣層設(shè)計(jì)完成后需進(jìn)行嚴(yán)格測試，確保其符合設(shè)計(jì)要求，避免電機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生絕緣故障。繞組導(dǎo)體固定方法綁扎固定將導(dǎo)體綁扎在槽內(nèi)，并用絕緣材料固定，常見于小型電機(jī)。楔形固定將楔形塊嵌入槽內(nèi)，將導(dǎo)體壓緊，提高固定強(qiáng)度，適合于大中型電機(jī)。壓板固定將導(dǎo)體壓在壓板下，利用壓板的彈性力固定導(dǎo)體，用于高轉(zhuǎn)速電機(jī)。焊接固定將導(dǎo)體焊接在端部，形成牢固的連接，應(yīng)用于需要高可靠性的電機(jī)。繞組接線方式及其特點(diǎn)星形接線三相繞組的三個(gè)端點(diǎn)連接在一起，形成一個(gè)中性點(diǎn)，稱為星形接線。星形接線適用于三相四線制系統(tǒng)，中性點(diǎn)接地，可有效降低電壓波動(dòng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。三角形接線三相繞組的三個(gè)端點(diǎn)首尾相連，形成一個(gè)閉合回路，稱為三角形接線。三角形接線適用于三相三線制系統(tǒng)，其線電壓等于相電壓，適用于負(fù)載電流較大的場合。Y形接線Y形接線是一種特殊的星形接線，其中中性點(diǎn)連接到電源的零線。Y形接線適用于需要中性線接地的場合，能夠更好地抑制諧波，提高系統(tǒng)效率。Δ形接線Δ形接線是一種特殊的三角形接線，其中三相繞組的三個(gè)端點(diǎn)連接成一個(gè)三角形。Δ形接線適用于負(fù)載電流較大的場合，其線電壓等于相電壓的√3倍，可降低線路損耗。電機(jī)繞組絕緣材料絕緣等級電機(jī)繞組絕緣材料的等級由其耐熱等級決定，通常用字母表示。電氣強(qiáng)度絕緣材料能夠承受的電壓強(qiáng)度，直接影響電機(jī)的工作電壓和安全性能。耐熱性絕緣材料在高溫下保持其絕緣性能的能力，決定了電機(jī)的工作溫度范圍。防潮性能絕緣材料能夠抵抗潮濕環(huán)境的能力，對電機(jī)在潮濕環(huán)境下的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。繞組絕緣的設(shè)計(jì)11.絕緣材料的選擇絕緣材料要耐高溫、耐油、耐潮、耐腐蝕，并具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能。22.絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)絕緣結(jié)構(gòu)要保證繞組的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度，防止絕緣層之間發(fā)生短路。33.絕緣層的厚度絕緣層的厚度要根據(jù)工作電壓、工作溫度、環(huán)境條件等因素確定。44.絕緣層的測試對絕緣層進(jìn)行測試，確保其性能符合設(shè)計(jì)要求。繞組絕緣完整性檢測繞組絕緣完整性檢測是電機(jī)安全運(yùn)行的重要保障，能有效防止因絕緣故障導(dǎo)致的電機(jī)損壞甚至火災(zāi)事故。1目視檢查檢查繞組表面是否有裂紋、破損、污垢等。2兆歐表測試測量繞組與機(jī)殼之間、相間絕緣電阻，判斷絕緣是否良好。3高壓測試對繞組施加高壓，檢查絕緣強(qiáng)度，確保其能承受額定電壓。4泄漏電流測試測量繞組的泄漏電流，判斷絕緣是否老化，是否存在微漏電流。這些檢測方法可以有效評估繞組絕緣的完整性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣問題，并采取措施預(yù)防故障發(fā)生。繞組溫升計(jì)算繞組溫升是電機(jī)運(yùn)行中一個(gè)重要的參數(shù)，直接影響著電機(jī)的壽命和性能。溫升過高會(huì)導(dǎo)致絕緣老化、材料性能下降，甚至造成電機(jī)燒毀。80℃最大允許溫升40℃正常工作溫度10℃環(huán)境溫度繞組溫升計(jì)算通常采用熱平衡方程，考慮熱量產(chǎn)生和散失。計(jì)算結(jié)果需與電機(jī)銘牌上的溫升限值比較，確保電機(jī)安全運(yùn)行。繞組的防潮措施干燥處理在電機(jī)繞組安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行干燥處理?？梢允褂煤嫦浠驘犸L(fēng)循環(huán)系統(tǒng)來干燥繞組，以去除內(nèi)部水分。密封保護(hù)電機(jī)外殼應(yīng)采用密封材料，如硅橡膠或環(huán)氧樹脂，以防止潮氣進(jìn)入。密封材料應(yīng)具有良好的抗老化性能，以保證長期的防潮效果。防潮涂層在繞組表面涂覆防潮涂層，可以有效地防止潮氣滲入繞組內(nèi)部。防潮涂層應(yīng)具有良好的附著力、耐腐蝕性和耐溫性。通風(fēng)系統(tǒng)在電機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)，可以加速內(nèi)部濕氣的排放。通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)合理布局，以確保良好的通風(fēng)效果。繞組的耐高溫措施11.熱傳導(dǎo)通過導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，例如鋁或銅，將熱量從繞組傳遞到外部環(huán)境。22.熱對流使用風(fēng)扇或冷卻液來強(qiáng)制熱量從繞組表面帶走。33.熱輻射通過涂層或表面處理來增加繞組的輻射面積，以散熱。44.絕緣材料選擇耐高溫性能良好的絕緣材料，例如云母、玻璃纖維等。繞組故障診斷溫度過高繞組溫度過高，可能是絕緣老化、接觸不良或過載等原因?qū)е碌?。電流異常電流異常，可能是繞組短路、斷路或匝間短路等原因?qū)е碌?。振?dòng)噪聲電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生異常振動(dòng)或噪聲，可能是繞組松動(dòng)、匝間短路或軸承故障等原因?qū)е碌摹＝Y(jié)構(gòu)與繞組的相互關(guān)系1電樞結(jié)構(gòu)電樞的結(jié)構(gòu)決定了繞組的布置方式，進(jìn)而影響電機(jī)的運(yùn)行性能。2繞組類型不同類型的繞組適合不同的電樞結(jié)構(gòu)，例如，雙層繞組適合于疊片式電樞，而單層繞組適合于鼓形電樞。3導(dǎo)線尺寸電樞的尺寸和形狀決定了繞組導(dǎo)線的尺寸和形狀，進(jìn)而影響電機(jī)的效率和功率密度。繞組結(jié)構(gòu)對電機(jī)性能的影響繞組結(jié)構(gòu)A繞組結(jié)構(gòu)B繞組結(jié)構(gòu)影響電機(jī)性能，包括效率、功率密度、扭矩、溫升和噪音等。不同的繞組結(jié)構(gòu)會(huì)對電機(jī)的性能產(chǎn)生不同的影響。電機(jī)繞組設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)性能電機(jī)繞組設(shè)計(jì)對電機(jī)的性能有直接的影響，包括效率、功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。繞