職業院校實訓課程設計與實踐

吳曉霞 高斌斌 耿寶光

【摘要】本文以電機定子繞組大修為例介紹了實訓課程的設計，從教學背景、教學目標出發，采用產教融合、教師講授示范、學生實踐的教學方法，詳細介紹了電機定子繞組大修的步驟、展示了一種實訓過程中改進的無需首尾端檢測的繞組端部接線圖及展開圖，總結了該繞組的嵌線規律，分析了實訓過程中常見的電機故障及原因。實訓效果良好，值得推廣。

【關鍵詞】實訓課程? 定子繞組大修? 繞組展開圖? 嵌線規律

【中圖分類號】G71 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）34-0148-02

電機與拖動是機電一體化專業的一門必修基礎課程，在專業課程體系中起著非常重要的作用[1]。該課程的學習需要學生發揮較強的空間想象能力和抽象思維能力。傳統教學模式教師授課難度大，學生學習壓力大。課堂教學收效甚微。為了提高教學效果，現以三相異步電動機定子繞組大修為例將傳統課程講授進行重新設計。本文基于學生的職業能力培養目標，以典型的工作任務為載體，以學生為中心，將理論學習與實踐學習相結合。實訓設計與實踐過程如下。

一、教學背景

異步電動機定子繞組是電機的主要部件，要分析交流電機的原理和運行問題，必須先對定子繞組的構成和連接有一個基本的了解。同時定子繞組也是異步電動機故障的頻發部位。不同的電機，其定子繞組的布線規律不一樣，一旦定子繞組燒壞，繞組大修便成了機電維修人員的技術難題。

二、教學目標

1.能力培養目標

（1）掌握電機的基本結構及工作原理;（2）能讀識各種電動機定子繞組展開圖，學會定子端部接線圖、繞組展開圖的繪制;（3）掌握電機測試、檢修方法;（4）了解電機故障和維修的方法。

2.知識培養目標

（1）掌握電機繞組拆卸、繞制、嵌線及電機裝配過程;（2）掌握相關電工儀表使用，學會使用電機修理所用的專用工具;（3）能完成電動機運行前的測試工作;（4）能根據測試結果判斷電動機故障并排除故障。

三、教學方法

1.產教融合

產教融合可以促進就業和人才培養相結合，推動人力資源供給側的結構性改革，為企業培養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，直接向學生傳遞知識，避免了認識過程中的許多不必要的曲折和困難，能使深奧、抽象的電機知識變成具體形象，能排除學生對電機學習的畏難情緒，使學習成為輕松愉快的事情。

3.學生實踐

學生實踐把理論和實踐緊密地結合起來，學中做，做中學，邊學邊做，邊做邊學，為學生畢業后從事機電一體化相關工作打好基礎。

四、教學過程

繞組大修一般按下列幾個步驟進行：

1.記錄原始數據

在大修和拆除繞組過程中，記錄電機的繞組數據：定子槽數Z，極數2P、繞組的匝數N、線徑d1、并聯支路數。鐵芯數據：外徑D1、內徑D2、長度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，應清除槽內殘物，修正槽形，槽內要清潔光滑[4]。

3.選擇或制造繞線模

繞線模也應與這些繞組的形式相適應，實訓中根據舊線圈的周長制作模芯，通過經驗公式自行設計制作。以單層鏈式繞組為例介紹繞線模的設計計算方法。

（1）模芯寬度：Ty= π（D2+2h）（y-x）/Z。y為線圈節距;x為經驗數據（2極取1.5-2;4極取0.5-0.75;6極取0-0.25）。（2）模芯直線部分長度計算：L=l+2d。l為定子鐵心長。d為線圈直線部分伸出鐵心的單邊長，稱為放長量，通常取10～20mm。（3）模芯端部弧長半徑：R=Ty/X。X為經驗數據（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為每層導線匝數。實訓中小功率電動機δ通常取8～10mm。

4.準備絕緣材料

定子繞組的絕緣分槽絕緣、層間絕緣和端部相間絕緣。實訓中采用聚酯薄膜，槽底墊一層槽絕緣，絕緣覆蓋整個槽底。雙層繞組中上層與下層繞組之間要用層間絕緣隔開，層間絕緣的寬度應大于槽寬，保證槽內的上下層線圈嚴格地分開。繞組相間絕緣尺寸形狀根據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，先把線頭卡入繞線模的引槽內，按原始參數繞制線圈。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：

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

6.嵌線

嵌線工藝的關鍵是保證繞組的位置和次序正確，絕緣良好。要求每個學生在嵌線前，繪制出繞組端部接線圖和展開圖。繞組大修實訓中改進并繪制出的無需首尾端檢測的繞組端部接線圖及展開圖如圖1所示。以三相六極36槽單層鏈式繞組為例。

經計算極距τ=6，每極每相槽數q=2，槽距角а=30°，節距y=5（短距繞組）[1]。

繪制繞組展開圖時，三相繞組空間上互差120°電角度（即相差4個槽）。實訓中，經過反復摸索和實踐，從1號槽引出第一相首端A，5號槽引出第二相的首端B。第三相繞組首端C不從9號槽引出，而是在保證該相所有線圈元件放在槽里的有效導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。

嵌線規律：從1號槽開始嵌線，嵌一個槽空一個槽，再嵌一個槽再空一個槽……;所有線圈元件均為“首-首”（左-左）或“尾-尾”（右-右）相連;吊把數為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，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。用兆歐表測量繞組的對地絕緣和相間絕緣。

多數電機教材中繞組展開圖均為理論畫法，六個出線端首尾排列不規律，在進行端部接線時必須進行定子三相繞組首尾端的判別。對應的下線規律也不明顯，下線時出錯率較高。

本實訓中改進后的繞組展開圖，不僅嵌線規律明顯，而且還有一個很大的優點，即嵌好的三相繞組六個出線端首、尾端相互間隔，因此可以省掉首、尾端判別這一環節。六個出線端隔一個拿一個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

實訓中將一個易拉罐（模擬籠型轉子）沿軸向正中間穿一個小孔，穿入鋼絲后易拉罐能以鋼絲為軸靈活轉動。用三相壓調壓器向三相繞組通以20%～30%的額定電壓（注意逐步升壓，監視定子電流低于額定值避免燒毀電動機），置于定子中心位置的易拉罐開始轉動。此時電動機的轉子的旋轉過程直觀地展現在學生面前。

9.常見故障及原因分析

對實訓而言，繞組大修后常見故障及原因：

（1）電動機冒煙有異味，原因有：定子繞組短路。（2）電機不能啟動但有嗡嗡聲，原因有：調壓器二次側電壓太低;定子繞組一相斷路。（3）啟動電流過大，原因有：定子繞組一相接反;接地故障。（4）電動機三相電流有較大的不平衡，原因有：重嵌入定子繞組后，三相匝數不相等;定子繞組內部接線有錯誤;繞組的接地或局部短路。

五、結語

通過該實訓課程的改革與實踐，教師上課事半功倍，學生學習的積極性被充分調動，大大提高了學生的學習興趣。不僅為后續專業課程的學習提供幫助，而且為就業后適應工作崗位打下堅實的基礎。實訓過程及改進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：

[1]王秀和.電機學[M].3版.北京：機械工業出版社，2019.

[2]陳金剛，張紅枝，劉志堅.籠型三相異步電動機定子繞組燒壞原因解析[J].船電技術，2019（8）：59-61.

[3]楊海燕.淺析三相異步電動機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機繞組設計[J].電氣防爆，2014（4）：5-8.