基本介紹
- 中文名：定尺繞組
- 外文名：length winding
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簡介
電機定子是發電機和起動機等電機的重要組成部分[2][2]。定子是電動機重要的部分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機座三部分組成。定子的主要作用是產生旋轉磁場，而轉子的主要作用是在旋轉磁場中被磁力線切割進而產生（輸出）電流。我國電機配件配件市場分布東南沿海及長江三角洲地區。定子繞組是指安裝在定子上的繞組,也就是繞在定子上面的銅線 。繞組是由多個線圈或線圈組構成一相或整個電磁電路的統稱。電動機根據線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分散式兩類。集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。交流電動機定子絕大部分都是套用分散式繞組，根據不同機種、型號及線圈嵌繞的工藝條件，電動機各自設計採用不同的繞組型式和規格。
集中式繞組
集中式繞組套用於凸極式定子，通常繞製成矩形線圈，經紗帶包紮定型，再經浸漆烘乾處理後，嵌裝在凸形磁極的鐵心上[2]。一般換向器式電動機(包括直流電機和通用電動機)的激磁線圈以及單相罩極式凸極電動機的主極繞組都採用集中式繞組。
集中式繞組通常每極有一隻線圈，但也有採用庶極(隱極)形式的，如框架式罩極電動機就是用一隻線圈形成兩極的電動機。
分散式繞組
分散式繞組的電動機定子沒有凸形極掌，每個磁極由一個或幾個線圈按照一定的規律嵌裝布線組成線圈組，通電後形成不同極性的磁極，故也稱隱極式。根據嵌裝布線排列形式的不同，分散式繞組又可分為同心式和疊式兩類[2]。
同心式繞組
同心式繞組是由幾個形狀相似但大小不同的線圈，按同一中心位置嵌裝成回字形狀的線圈組。同心繞組可根據不同的布線方式而構成雙平面或三平面繞組。一般單相電動機及部分小功率或大跨距線圈的三相異步電動機的定子繞組採用這種型式。
疊式繞組
疊式繞組一般是由形狀、大小相同的線圈，分別以每槽嵌裝1個或兩個線圈邊，並在槽外端部逐個相疊均勻分布的形式。疊式繞組又分單層疊式和雙層疊式兩種。每槽只嵌入一個線圈邊的為單層疊式繞組，或稱單疊繞組；每槽嵌入兩個屬不同線圈組的線圈邊時是分置於槽中上、下層，為雙層疊式繞組，或稱雙疊繞組。根據嵌裝布線方式變化不同，疊式繞組又可派生出交叉式、同心交叉式以及單雙層混合式等型式。一般功率較大的三相異步電動機定子繞組較多採用雙層疊式；而小電機則多用單層疊式繞組中的派生型式，但極少採用單層疊式繞組。
轉子繞組
交流異步電動機的轉子繞組分鼠籠型與繞線型兩類[2]。
鼠籠型
鼠籠型結構較為簡單，一般由鋁水澆注轉子鐵心槽內並鑄造出兩端端環；也有用銅條嵌入再焊上銅質端環的。為了改善起動性能，鼠籠型又可製成深槽式及雙鼠籠等特殊型式。
繞線型
繞線型轉子繞組與定子繞組相同，它除可用上述各式繞組外，還可用波形繞組。波形繞組是由單匝或幾匝的桿形單元線圈，嵌裝後由兩個元件在端部焊接成一隻線圈，並形成整個繞組，其布接線原理與上述繞組不同，但外形與雙層疊繞組相似。波形繞組常套用於大型的交流電動機轉子繞組及直流電動機的電樞繞組。
極性關係
不同的接線形式可以形成不同的極性，電動機根據其極性關係，可分為顯極式與庶極式兩種類型。
顯極式繞組
一台具有四個凸極的電動機定子，它的每隻線圈形成一個磁極；而且相鄰兩隻線圈所形成的極性不同；在四個凸極上就形成了四個磁極。所以，在顯極式繞組中，每組線圈形成一個磁極，即繞組的線圈組數與磁極數相等。此外，為使相鄰磁極能呈N、s極性成對存在，則必須使相鄰兩組線圈裡的電流方向相反。因此相鄰兩個線圈組的連線方式必須是反接串聯，也就是電工術語稱之為“頭接頭”、“尾接尾”。 實際上，除直流電機及單相凸極式罩極電動機外，一般定子都沒有凸出的極掌[2]。
隱極式繞組
相鄰兩組線圈的極性是相同的，都是s極，由於同極性相斥的原理，使線圈形成的磁場經相鄰凸極返回構成閉合磁路；從而使沒有線圈的凸極上產生異極性N磁極。所以，在庶極式繞組中，每個線圈組將形成一對磁極，每相繞組的線圈組數為磁極數的一半。
在庶極式繞組中，因為每組線圈所產生的磁極極性都相同，因而所有線圈裡的電流方向都相同，即相鄰兩個線圈組是順接串聯。這種接線方式便是電工俗稱的“首尾相接”，即“尾接頭”連線[2]。
電機繞組是由線圈組構成一相或整個電磁電路的組合體；而線圈組則由一個或多個線圈順接串聯而成。因此線圈是電動機繞組的基本元件，也是以絕緣導線(圓形或矩形截面導線)按一定形狀繞制而成。線圈可以是一匝，也可由數百上千匝繞成，其匝數的多少主要取決於電源電壓和電動機電磁部分的參數，並由計算確定。
電動機線圈的形狀有多種，但其基本結構由三部分組成，即嵌入鐵心槽內的直線部分稱有效邊，而一隻線圈有兩個有效邊，是產生電磁能量轉換的有效部分；連線兩有效邊的部分，線上圈嵌裝後處於鐵心兩端槽外，稱線圈端部，它是線圈構成必不可少的部分，但不能作能量轉換；引線是線圈繞制後的首、尾線頭，也是引接線圈電流的連線點。
定子繞組接地故障的檢修
三相異步電動機的絕緣電阻較低，雖經加熱烘乾處理，絕緣電阻仍很低，經檢測發現定子繞組已與定子鐵心短接，即繞組接地，繞組接地後會使電動機的機殼帶電，繞組過熱，從而導致短路，造成電動機不能正常工作。
定子繞組接地的原因
定子繞組的接地一般由以下幾個情況[3]：
(1).繞組受潮，長期備用的電動機，經常由於受潮而使絕緣電阻值降低，甚至失去絕緣作用；
(2).絕緣老化，電動機長期過載運行，導致繞組及引線的絕緣熱老化，降低或喪失絕緣強度而引起電擊穿，導致繞組接地；
(3).繞組製造工藝不良，以致繞組絕緣性能下降；
(4).鐵心矽鋼片凸出，或有尖刺等損壞了繞組絕緣。或定子鐵心與轉子相擦，使鐵心過熱，燒毀槽楔或槽絕緣；
(5).繞組端部過長，與端蓋相碰；
(6).引線絕緣損壞，與機殼相碰；
(7).電動機受雷擊或電力系統過電壓而使繞組絕緣擊穿損壞等；
(8).槽內或線圈上附有鐵磁物質，在交變磁通作用下產生振動，將絕緣磨穿，若鐵磁物質較大，則易產生渦流，引起絕緣的局部熱損壞等。
定子繞組接地故障的檢查方法
(1)觀察法：繞組接地故障經常發生在繞組端部或鐵心槽口部分，而且絕緣常有破裂和燒焦發黑的痕跡。因而當電動機拆開後，可先在這些地方尋找接地處，如果引出線和這些地方沒有接地的跡象，則接地點可能在槽里。
(2)兆歐表檢查法：用兆歐表檢查時，應根據被測電動機的額定電壓來選擇兆歐表的等級。500V以下的低壓電動機，選用500V的兆歐表；3kV的電動機採用1000V的兆歐表；6kV以上的電動機應選用2500V的兆歐表。測量時，兆歐表的一端接電動機繞組，另一端接電動機機殼。按120r/min的速度搖動搖柄，若指針指向零，表示繞組接地；若指針搖擺不定，說明絕緣已被擊穿；如果絕緣電阻在0.5MΩ以上，則說明電動機絕緣正常。
(3)萬用表檢查法：檢測時，先將三相繞組之間的連線線拆開，使各相繞組互不接通。然後將萬用表的量程旋到R×10kΩ擋位上，將一隻表筆碰觸在機殼上，另一隻表筆分別碰觸三相繞組的接線端。若測得的電阻較大，則表明沒有接地故障；若測得的電阻很小或為零，則表明該相繞組有接地故障[4]。
(4)校驗燈檢查法：將繞組的各相接頭拆開，用一隻40-100w的燈泡串接於220V相線與繞組之間，如圖所示，一端接機殼，另一端依次接三相繞組的接頭，若校驗燈亮，表示繞組接地；若校驗燈微亮，說明繞組絕緣性能變差或漏電。
定子繞組接地故障的檢修
(1)接地點在槽口當接地點在端部槽口附近且又沒有嚴重損傷時，則可按下述步驟進行修理：a.在接地的繞組中，通人低壓電流加熱，在絕緣軟化後打出槽楔；b.用劃線板把槽口的接地點撬開，使導線與鐵心之間產生間隙，再將與電動機絕緣等級相同的絕緣材料剪成適當的尺寸，插人接地點的導線與鐵心之間，再用小木錘將其輕輕打人；c.在接地位置墊放絕緣以後，再將絕緣紙對摺起來，最後打人槽楔[2]。
(2)槽內線圈上層邊接地可按下述步驟檢修：a.在接地的線圈中通人低壓電流加熱，待絕緣軟化後，再打出槽楔；b.用劃線板將槽機絕緣分開，在接地的一側，按線圈排列的順序，從槽內翻出一半線圈；c.使用與電動機絕緣等級相同的絕緣材料，墊放在槽內接地的位置；d.按線圈排列順序，把翻出槽外的線圈再嵌人槽內；e.滴人絕緣漆，並通人低壓電流加熱、烘乾；f.將槽絕緣對摺起來，放上對摺的絕緣紙，再打人槽楔。
(3)槽內線圈下層邊接地可按下述步驟檢修：a.線上圈內通人低壓電流加熱。待絕緣軟化後，即撬動接地點，使導線與鐵心之間產生間隙，然後清理接地點，並墊進絕緣；b.用校驗燈或兆歐表等檢查故障是否消除。如果接地故障已消除，則按線圈排列順序將下層邊的線圈整理好，再墊放層間絕緣，然後嵌進上層線圈；c.滴人絕緣漆，並通人低壓電流加熱、烘乾；d.將槽絕緣對摺起來，放上對摺的絕緣紙，再打人槽楔[5]。
(4)繞組端部接地可按下述步驟檢修；a.先把損壞的絕緣刮掉並清理乾淨；b.將電動機定子放人烘房進行加熱，使其絕緣軟化；c.用硬木做成的打板對繞組端部進行整形處理。整形時，用力要適當，以免損壞繞組的絕緣；d.對於損壞的繞組絕緣，應重新包紮同等級的絕緣材料，並塗刷絕緣漆，然後進行烘乾處理。
定子繞組短路故障的檢修
定子繞組短路是異步電動機中經常發生的故障，繞組短路可分為匝間短路和相間短路，其中相間短路包括相鄰線圈短路、極相組之間短路和兩相繞組之間的短路。匝間短路是指線圈中串聯的兩個線匝因絕緣層破裂而短路，相間短路是由於相鄰線圈之間絕緣層損壞而短路，一個極相組的兩根引線被短接，以及三相繞組的兩相之間因絕緣損壞而造成的短路[4]。
繞組短路嚴重時，負載情況下電動機根本不能啟動。短路匝數少，電動機雖能啟動，但電流較大且三相不平衡，導致電磁轉矩不平衡，使電動機產生振動，發出“嗡嗡”響聲，短路匝中流過很大電流，使繞組迅速發熱、冒煙並發出焦臭味甚至燒壞。
定子繞組短路的原因
定子繞組短路的原因主要有以下幾種情況：(1)修理時嵌線操作不熟練，造成絕緣損傷，或在焊接引線時烙鐵溫度過高、焊接時間過長而燙壞線圈的絕緣；(2)繞組因年久失修而使絕緣老化，或繞組受潮，未經烘乾便直接運行，導致絕緣擊穿；(3)電動機長期過載，繞組中電流過大，使絕緣老化變脆，絕緣性能降低而失去絕緣作用；(4)定子繞組線圈之間的連線線或引線絕緣不良；(5)繞組重繞時，繞組端部或雙層繞組槽內的相間絕緣沒有墊好或擊穿損壞；(6)由於軸承磨損嚴重，使定子和轉子鐵心相擦產生高熱，而使定子繞組絕緣燒壞；(7)雷擊、連續啟動次數過多或過電壓擊穿絕緣[5]。
定子繞組短路故障的檢查
(1)觀察法：觀察定子繞組有無燒焦絕緣或有無濃厚的焦味，可判斷繞組有無短路故障。也可讓電動機運轉幾分鐘後，切斷電源停車之後，立即將電動機端蓋打開，取出轉子，用手觸摸繞組的端部，感覺溫度較高的部位即是短路線匝的位置。
(2)萬用表（兆歐表）法：將三相繞組的頭尾全部拆開，用用萬表或兆歐表測量兩相繞組間的絕緣電阻，其阻值為零或很低，即表明兩相繞組有短路。
(3)直流電阻法：當繞組短路情況比較嚴重時，可用電橋測量各相繞組的直流電阻，電阻較小的繞組即為短路繞組（一般阻值偏差不超過5%可視為正常）。若電動機繞組為三角形接法，應拆開一個連線點再進行測量。
定子繞組短路故障的檢修
(1)端部修理法：如果短路點線上圈端部，是因接線錯誤而導致的短路，可拆開接頭，重新連線。當連線線絕緣管破裂時，可將繞組適當加熱，撬開引線處，重新套好絕緣套管或用絕緣材料墊好。當端部短路時，可在兩繞組端部交疊處插人絕緣物，將絕緣損壞的導線包上絕緣布[5]。
(2)拆修重嵌法：在故障線圈所在槽的槽楔上，刷塗適當溶劑（丙酮40%，甲苯35%，酒精25%)，約半小時後，抽出槽楔並逐匝取出導線，用聚氯膠帶將絕緣損壞處包紮好，重新嵌回槽中。如果故障在底層導線中，則必須將妨礙修理操作的鄰近上層線圈邊的導線取出槽外，待有故障的線匝修理完畢後，再依次嵌回槽中。
(3)局部調換線圈法：如果同心繞組的上層線圈損壞，可將繞組適當加熱軟化，完整地取出損壞的線圈，仿製相同規格的新線圈，嵌到原來的線槽中。對於同心式繞組的底層線圈和雙層疊繞組線圈短路故障，可採用“穿繞法”修理。
(4)截除故障點法：對於匝間短路的一些線圈，在繞組適當加熱後，取下短路線圈的槽楔，並截斷短路線圈的兩邊端部，小心地將導線抽出槽外，接好餘下線圈的斷頭，而後再進行絕緣處理。
定子繞組斷路故障的檢修
當電動機定子繞組中有一相發生斷路，電動機星形接法時，通電後發出較強的“嗡嗡”聲，啟動困難，甚至不能啟動，斷路相電流為零。當電動機帶一定負載運行時，若突然發生一相斷路，電動機可能還會繼續運轉，但其他兩相電流將增大許多，並發出較強的“嗡嗡”聲。對三角形接法的電動機，雖能自行啟動，但三相電流極不平衡，其中一相電流比另外兩相約大70%，且轉速低於額定值[5]。
定子繞組斷路的原因
定子繞組斷路的原因一般包括：(1)繞組端部伸在鐵心外面，導線易被碰斷，或由於接線頭焊接不良，長期運行後脫焊，以致造成繞組斷路；(2)導線質量低劣，導線截面有局部縮小處，原設計或修理時導線截面積選擇偏小，以及嵌線時刮削或彎折致傷導線，運行中通過電流時局部發熱產生高溫而燒斷；(3)接頭脫焊或虛焊，多根並繞或多支路並聯繞組斷股未及時發現，經一段時間運行後發展為一相斷路，或受機械力影響斷裂及機械碰撞使線圈斷路；(4)繞組內部短路或接地故障，沒有發現，長期過熱而燒斷導線等。
定子繞組斷路故障的檢查方法
(1)觀察法：仔細觀察繞組端部是否有碰斷現象，找出碰斷處。
由於跑單相運行而燒毀的電機，其繞組特徵很明顯，拆開電機端蓋，看到電機繞組端部的1/3或2/3的極相組燒黑或變為深棕色，而其中的一相或兩相繞組完好或微變色，則說明是跑單相運行造成的。
(2)萬用表法：將電動機出線盒內的連線片取下，用萬用表或兆歐表測各相繞組的電阻，當電阻大到幾乎等於繞組的絕緣電阻時，表明該相繞組存在斷路故障[5]。
(3)電阻法：用直流電橋測量三相繞組的直流電阻，如三相直流電阻阻值相差大於2%時，電阻較大的一相即為斷路相。對於每相繞組均有兩個引出線引出機座的電動機，可先用萬用表找出各相繞組的首末端，然後用直流電橋分別測量各相繞組的電阻Ru、Rv和Rw，最後再進行比較。
定子繞組斷路故障的檢修
(1)當繞組導線接頭焊接不良時，應先拆下導線接頭處包紮的絕緣，斷開接頭，仔細清理，除去接頭上的油污、焊渣及其他雜物。如果原來是錫焊焊接的，則先進行搪錫，再用烙鐵重新焊接牢固並包紮絕緣，若採用電弧焊焊接，則既不會損壞絕緣，接頭也比較牢靠。
(2)引線斷路時應更換同規格的引線，若引線長度較長，可縮短引線，重新焊接接頭。
(3)槽內線圈斷線的處理。出現該故障現象時，應先將繞組加熱，翻起斷路的線圈，然後用合適的導線接好焊牢，爆炸絕緣後再嵌回原線槽，封好槽口並刷上絕緣漆，另外，也可以調換新線圈。有時遇到電動機急需使用，一時來不及修理，也可以採取跳接法，直接短接斷路的線圈，但此時應降低負載運行，如果繞組斷路嚴重，則必須拆除繞組重繞。
(4)當繞組端部斷路時，可採用電吹風機對斷線處加熱，軟化後把斷頭端挑起來，刮掉斷頭端的絕緣層，隨後將兩個線端插人玻璃絲漆套管內，並頂接在套管的中間位置進行焊接，焊好後包紮相應等級的絕緣，然後再塗上絕緣漆晾乾，修理時還應注意檢查鄰近的導線，如有損傷也要進行接線或絕緣處理。
