單相電容運轉式電動機的布線設計與技巧

萬玉吉

(南陽農業(yè)學校, 河南南陽 471003)

0 引 言

單相電動機的種類很多,但電容運轉式以其運行性能良好而得到了廣泛應用,如電風扇電機、排氣扇電機、洗衣機電機。本文將用通俗易懂的語言、清晰明了的步驟、形象直觀的插圖, 以16槽4極為例介紹單相電容運轉式電動機的設計與技巧。

1 計算參數(shù)

1.1 極距τ

在電磁場理論中,涉及到許多參數(shù), 但在電機的布線設計中,僅需掌握極距、槽距角、相帶、兩相位置這四個參數(shù),這是電機布線設計的技巧之一。

定子繞組通入交流電后,在定子內圓上會形成多對磁極, 這些磁極同時旋轉。如單相電容運轉式16槽4極電機所形成的磁極是N、S、N、S兩對磁極。

1.2 槽距角a

一對磁極所形成的電角度為360°, p對磁極所形成的電角度為p×360°。如16槽4極單相電容運轉式電動機磁極對數(shù)為p=2,其定子內圓上形成的電角度為2 ×360°=720°。

1.3 相帶Q

每個磁極中包含有兩相繞組,每極中每相繞組所占有的槽數(shù)稱為相帶Q。單相電容運轉式電動機的相帶為(槽)。那么, 16槽4極單相電容運轉式電動機的相帶(槽)。

1.4 兩相位置

單相交流電機中的兩相繞組分別為U相(或運行)繞組、V相(或起動)繞組。 U相繞組的頭和尾分別用U1、U2表示;V相繞組的頭和尾分別用V1、V2表示。單相電動機中兩相繞組的頭U1、V1要前后錯開90°電角度。那么, 16槽4極單相電容運轉式電動機的U1、V1應錯開90°或90°/a=90°/45°=2(槽)。

2 劃分相帶

電機相帶的劃分方法有多種,一種簡易的劃分方法是只需畫槽、劃分相帶、標出電流的瞬時方向即可, 這是電機布線設計的技巧之二。

2.1 畫出Z

畫出定子鐵心展開后的Z槽, 并標上槽號。那么, 16槽4極單相電容運轉式電動機的16槽展開圖,如圖1所示。

圖1 16槽展開圖

2.2 劃分相帶

先按τ的寬度劃分出各磁極的極距, 并按N、S的規(guī)律標出各磁極的名稱。如圖2所示。

圖2 劃分相帶

再在各極距中按Q的寬度劃分出各相帶, 并按U-V-U-V…的規(guī)律標出各相帶的名稱。

2.3 標出電流的瞬時方向

按N極面下各槽中電流方向向上, S極面下各槽中電流方向向下的規(guī)律標出各槽中電流的瞬時方向。如圖3所示。

圖3 標出電流的瞬時方向

3 畫展開圖

畫展開圖之前, 首先要弄清線圈節(jié)距、繞組形式、接線規(guī)律這三個概念。

同一個線圈的兩個邊之間所間隔的槽數(shù)稱為節(jié)距y, 例如,線圈的左邊在第2槽, 右邊在第8槽, 那么,該線圈的節(jié)距為y=6槽。

每相繞組的形式有鏈式(單鏈、雙鏈), 即每組中各線圈節(jié)距相同, 只不過前后錯開一槽;有同心式,即每組中各線圈的大小像同心圓;有交叉式, 即組與組之間的串聯(lián)是一個大組,一個小組。

每相中組與組之間的接線規(guī)律有反串, 即組與組之間是頭接頭或尾接尾的連接;有順串,即組與組之間是尾接頭或頭接尾的連接。

3.1 先畫U相繞組展開圖

電機展開圖的畫法有多種,但只要符合以下三點原則,就能畫出最簡易的展開圖, 這是電機布線設計的技巧之三。

以U相為例說明線圈的節(jié)距、形式、接線規(guī)律應符合的三點原則:①U相帶槽中所下的線圈形成U相繞組;②U相繞組的所有線圈要串聯(lián), 且要符合電流的瞬時方向;③線圈的節(jié)距要最短, 以便節(jié)省銅線。

按照①和②可畫出16槽4極單相電容運轉式電動機的U相展開圖,如圖4 所示,它有三種形式,每一種形式設計出的電機都能正常運轉。再按照③的要求進行分析,圖4a的總節(jié)距為(3 +5)×2 =16槽, 圖4b的總節(jié)距為4 ×2 ×2 =16槽, 圖4c的總節(jié)距為3 ×4 =12槽。顯然,圖4c的總節(jié)距最短,故U相展開圖采用圖4c為最佳,繞組形式為單鏈式;接線規(guī)律為反串;線圈節(jié)距為y=3槽。

圖4 U相展開圖

3.2 再畫V相繞組展開圖

首先按照兩相(U1與V1)相差90°的布置原則確定V1的位置。如16槽4極單相電容運轉式電動機的U1與V1應相差2 個槽距, 即U1在第2槽時,V1應在第4槽。

再按照與圖4c同樣的三點設計原則,畫出V相繞組,即按照與U相同樣的規(guī)律復制出V相, 只不過兩相前、后錯開2個槽距。那么, 16 槽4極單相電容運轉式電動機的兩相展開圖,如圖5所示。

圖5 兩相展開圖

4 畫端線圖(或實際下線圖)

端線圖既能表達出實際下線規(guī)律, 又能表達出接線規(guī)律,通過下面兩步的介紹, 就可畫出形象直觀的端線圖,這是電機布線設計的技巧之四。

4.1 先給各線圈編號

給展開圖中各線圈依次編號為①、②、③、…,如圖6所示。

4.2 雙平面下線法

先下外檔V相的四個線圈②、④、⑥、⑧;再下內檔U相的四個線圈①、③、⑤、⑦, 如圖7 所示。采用雙平面下線法時,端線不夠美觀, 但比較容易,適合初學者。

4.3 單平面下線法

由圖6可知, 線圈組⑧、⑦、⑥、…依次錯開1槽,因此,在畫端線圖或實際下線時從第16槽開始,沿順時針方向按線圈組的編號(即采用隔一槽下一個線圈的規(guī)律)依次下每個線圈,如圖8 所示。具體下線順序:⑧線圈下第16和第3槽, ⑦線圈下第14和第1 槽, ⑥線圈下第 12和第15 槽, …, 采用“隔一下一” 的規(guī)律, 自然容易下線。采用單平面下線法時,端線整齊美觀,但需要吊把,適合熟練者。

采用單平面下線法時, 每個線圈的一個邊在外檔,另一個邊在內檔, 在實際下線時要注意吊把, 本例中, 開始的線圈⑧的第3槽先不下,等到最后一個線圈下完之后, 再把第3槽下進槽中,這就是吊把。

5 連 線

不論是哪種下線方法, 所有線圈下完之后, 線圈①、③、⑤、⑦反串形成U相繞組;線圈②、④、⑥、⑧反串形成V相繞組,如圖7 和圖8所示。再按照電容運轉式原理圖連線, 如圖9所示, 其中C為起動電容。如果電機的旋轉方向不對, 對調 U1與U2的位置或對調V1與V2的位置即可改變電機的旋轉方向。

圖9 電容運轉式電動機原理圖

6 結 語

每種電機的線圈節(jié)距或繞組形式可以有多種,但都要按最佳的一種方法設計。本例中的16 槽4極單相電容運轉式電動機最佳的設計是單鏈式, 但如果設計成同心式或雙鏈式,電氣性能照樣可以,只不過線圈節(jié)距變大,浪費銅線。

掌握了本文介紹的設計技巧,對于電機的大修、空殼電機的重繞、電機的改繞將會起到很好的作用,至于線圈的匝數(shù)、漆包線的線徑可參考原來的參數(shù)或參考同功率的電機查得。

[1] 包玉華.電工學[M] .北京:煤炭工業(yè)出版社, 1992.

[2] 黃永銘.電動機與變壓器[M] .高等教育出版社, 1993.

[3] 松柏.電動機修理技術.[M] .北京:科學技術出版社, 1994.

[4] 賈大義.常用電機原理與設計[M] .北京:輕工業(yè)出版社,1996.

[5] 楊天明.電動機繞組維修技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.