《電機(jī)與變壓器》中圓形接線圖極相組排列次序的質(zhì)疑和建議

摘要：教學(xué)中掌握定子繞組的基本結(jié)構(gòu)、連接方法及展開(kāi)圖的繪制，有利于學(xué)生高質(zhì)量、高效率地掌握知識(shí)、技能。

關(guān)鍵詞：定子繞組；展開(kāi)圖；極相組排列次序

《電機(jī)與變壓器》是全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校維修電工類(lèi)和機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)理論課。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、運(yùn)行特性分析是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)《電機(jī)與變壓器》課程時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組相關(guān)知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)是了解掌握三相異步電動(dòng)機(jī)課程重點(diǎn)和難點(diǎn)最重要的內(nèi)容之一。電動(dòng)機(jī)定子繞組是三相異步電動(dòng)機(jī)的主要構(gòu)成部分，是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，也是容易受到損傷的部位。目前損壞的電動(dòng)機(jī)中，80%左右要維修繞組。所以掌握定子繞組的基本結(jié)構(gòu)、連接方法及展開(kāi)圖的繪制，了解常見(jiàn)故障的處理方法都十分有必要。

要使學(xué)生學(xué)好這一內(nèi)容，主要的問(wèn)題是要把圖解分析與實(shí)物聯(lián)系起來(lái)。全國(guó)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校維修電工類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材《電機(jī)與變壓器》第三版，對(duì)不同類(lèi)型的繞組及其特點(diǎn)和連接規(guī)律以及每一種繞組的展開(kāi)圖的畫(huà)法都作了詳細(xì)的講解。展開(kāi)圖的畫(huà)法步驟清楚，尤其是按相鄰相帶電流方向相反，畫(huà)出所有槽內(nèi)有效邊的參考方向的描述，校正了第一版和第二版的不當(dāng)說(shuō)法。但由于三相繞組的展開(kāi)圖中，線圈邊的重疊看起來(lái)比較復(fù)雜。因此在工廠實(shí)際接線時(shí)，為了能清楚地看出各線圈之間的聯(lián)接方式，常采用一種簡(jiǎn)化了的圓形接線參考圖。畫(huà)接線圖時(shí)，不管每極每相有幾個(gè)槽，也不管一個(gè)極相組內(nèi)有幾個(gè)線圈，每一個(gè)極相組都用一根帶有箭頭的短圓弧線來(lái)表示，箭頭所指方向表示參考電流方向。展開(kāi)圖中把屬于同一相的極相組順著電流參考方向串接（或并接）成相繞組，又便于畫(huà)圓形接線參考圖，使展開(kāi)圖與圓形接線圖的極相組電流方向一致，有利于學(xué)生高質(zhì)量、高效率地掌握知識(shí)、技能。

但《電機(jī)與變壓器》教材第一、二、三版介紹的圓形接線圖都是按逆時(shí)針標(biāo)示各相帶的符號(hào)和連接方向，筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中，感受到這種畫(huà)法沒(méi)有起到相應(yīng)的積極作用，相反，由于它的一些缺陷和弊端對(duì)課程的教學(xué)帶來(lái)了負(fù)面的影響。究其原因，主要是圓形接線圖和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成中三相繞組的分布剖面圖不一致，使學(xué)生的理解和反應(yīng)相對(duì)滯后。為此，對(duì)圓形接線圖的教學(xué)提出了新的思路。

一、 圓形接線圖的繪制，應(yīng)根據(jù)U1—W2—V1—U2—W1—V2 的相帶分布規(guī)律，從任一弧段開(kāi)始按順時(shí)針?lè)较驑?biāo)示出各相帶的符號(hào)

1. 有利于和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的概念相聯(lián)系

采用圖解法分析定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成時(shí)，強(qiáng)調(diào)了三點(diǎn)，一是三相定子繞組為三相對(duì)稱(chēng)繞組，即繞組U1U2、V1V2、W1W2的結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，在空間位置互差120°電角度；二是通入三相定子繞組的電流為三相對(duì)稱(chēng)交流電流，即三相電流iu、iv、iw的有效值相等、頻率相等、相位互差120°電角度；三是三相繞組分布圖是垂直轉(zhuǎn)子軸線的剖面圖。

和用圖解法分析旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向一樣，圓形接線圖也是按照定子繞組不動(dòng)，分別通入三相交流電，通過(guò)比較可以直觀地看出三相定子繞組產(chǎn)生的三相合成磁場(chǎng)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而且由U相電流的繞組轉(zhuǎn)向V相電流的繞組，即由超前電流的繞組向滯后電流相的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是iu接U相， iv接V相， iw接 W相繞組的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的情況。三相定子繞組不變，改變接入三相繞組的三相交流電流的相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即反向旋轉(zhuǎn)。可見(jiàn)，強(qiáng)調(diào)的是三相對(duì)稱(chēng)繞組在空間位置上互差120°電角度。若非要把三相繞組按順時(shí)針?lè)较蚺帕懈臑槟鏁r(shí)針?lè)较颍侔茨鏁r(shí)針?lè)较蚍謩e通入三相交流電，則會(huì)使產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向是逆時(shí)針的，這個(gè)結(jié)果與交流電動(dòng)機(jī)順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎D(zhuǎn)的慣例相悖，容易給缺乏感性知識(shí)的學(xué)生帶來(lái)概念上的疑慮。

2. 有利于繞組嵌線工藝的規(guī)范操作

在生產(chǎn)實(shí)際中，電機(jī)繞組下線的方向有順時(shí)針的也有逆時(shí)針的。參看多種資料與教材，描述的方法不盡相同，這給操作人員和初學(xué)者帶來(lái)很大的不便，甚至困惑不解，客觀上降低了勞動(dòng)效率，也影響了生產(chǎn)維修的質(zhì)量。

如果根據(jù)U1U2、V1V2、W1W2的相帶分布規(guī)律，從任一角度開(kāi)始順時(shí)針標(biāo)出各相帶的符號(hào)，可是廣大操作工人和初學(xué)者更容易理解旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成的條件，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理與生產(chǎn)實(shí)踐相融會(huì)貫通，使其概念清楚，少走彎路。

3. 有利于與繞組展開(kāi)圖聯(lián)系分析

繞組的結(jié)構(gòu)通常用展開(kāi)圖來(lái)表示。在繪制展開(kāi)圖時(shí)，最要注意的是講清楚繞組的布置和連接的基本要求，要特別強(qiáng)調(diào)按照U1—W2—V1—U2—W1—V2相序標(biāo)明相帶，是自左到右進(jìn)行的。在教材中說(shuō)明圓形接線圖的畫(huà)法時(shí)還于第(2)條指出：極相組的排列順序應(yīng)與展開(kāi)圖一致，順次給每個(gè)極相組編號(hào)，如第一極相組編號(hào)為（以例5-4為例）1，第二極相組編號(hào)為2，以此類(lèi)推，共有12個(gè)極相組。根據(jù)60°相帶原則，對(duì)應(yīng)為U1—W2—V1—U2—W1—V2，則U相的極相組號(hào)為1、4、7、10；V相的極相組號(hào)為3、6、9、12；W相的極相組號(hào)為2、5、8、11。箭頭方向表示相鄰的極相組參考電流方向相反。但三個(gè)版本教材中繪制的圓形接線圖（例第三版圖略），都是按逆時(shí)針?lè)较驑?biāo)示出各相帶的符號(hào)。若按教材圖里所示，那么相對(duì)應(yīng)的展開(kāi)圖則會(huì)從右向左繪制和閱讀，極易引起概念上的混淆。

針對(duì)教材和資料中對(duì)圓形接線參考圖三相繞組相帶分布規(guī)律的不同描述，本人認(rèn)為對(duì)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中不但沒(méi)有好處，反而有害。是否能找到一種既符合三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理， 又有利于與展開(kāi)圖和圓形接線圖概念的聯(lián)系分析，還有利于生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的便捷方法呢？

1)在描述三相繞組分布圖是垂直轉(zhuǎn)子軸線的剖面圖時(shí)，應(yīng)指明是從電動(dòng)機(jī)的前端（軸伸端）看進(jìn)去得出的剖面圖；

2)根據(jù)慣例，明確交流電動(dòng)機(jī)順時(shí)針為正轉(zhuǎn)；

3)在描述展開(kāi)圖時(shí)，表明是從定子鐵心的外軸向圓心方向觀察而得到的展開(kāi)圖。

三、 結(jié)語(yǔ)

有人認(rèn)為，只要調(diào)換電動(dòng)機(jī)任意兩項(xiàng)繞組所接的電源接線（相序），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)也反轉(zhuǎn)，故圓形接線圖與展開(kāi)圖的繞組分布及連接方向不一致也無(wú)所謂。這種觀點(diǎn)顯然走彎路，徒增了許多麻煩，況且生產(chǎn)實(shí)際中，許多電動(dòng)機(jī)就不允許反轉(zhuǎn)。若按上述三條建議，在繪圖時(shí)注意概念的同化，不僅有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)掌握知識(shí)、培養(yǎng)能力、發(fā)展智力；也有利于在生產(chǎn)實(shí)際中靈活地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度；也符合由易到難、由簡(jiǎn)到繁的認(rèn)知規(guī)律，使學(xué)生頭腦中形成適當(dāng)?shù)闹R(shí)結(jié)構(gòu)，既考慮知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，減少學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，收到事半功倍的效果。（新鄉(xiāng)市高級(jí)技工學(xué)校）