电机生产工艺实习

实训报告

一、实训目的

（1）深入了解电机的内部结构，加强对电机定子绕组的认识；

（2）熟练掌握电机绕组拆卸、装配过程，掌握一定的电机装配常识及电机下线的基本工序与工艺技巧；

（3）了解电机下线及总装所用工具、仪表、材料的正确使用方法，掌握电机通电试机前的基本测试项目及方法；

（4）巩固已学过的理论、方法，提高发现、分析和解决问题的能力。

二、三相异步电机基本结构原理简述

（1）三相异步电动机的基本结构

异步电动机是基于旋转磁场理论，将交流电能转换为机械能的一种旋转电机。

三相鼠笼式异步电动机的基本结构有定子和转子两大部分。定子主要由定子铁芯、定子三相对称绕组和机座等组成，是电动机的静止部分。

机座也称机壳，除了固定定子铁芯，方便安装，机壳上还有电机铭牌和接线盒。

三相定子绕组一般有六根引出线，出线端从机座外面的接线盒引出，再接三相交流电源。根据三相电源相电压/线电压的数值关系不同，应先将三相定子绕组可以接成星形（Y）或三角形（△），然后与三相交流电源相连。一般在接线盒盖的内侧都会注明两种解法的具体端接形式。

电机铭牌上标明了电机的定子绕线接法、转速转矩等，电机的型号除了表明电机的中心高，还表示了电机的极数。如“YP2-71M1-2”表明这是一台YP2系列短铁芯异步电动机，它的轴中心到底座安装平面的高度为71mm，极数为2。“YP2-71M1-4”是一台安装尺寸与“YP2-71M1-2”相同的4极异步电机。同样，“YP2-71M1-6”即为6极。

转子主要由转子铁心、转轴、铸铝转子导条及轴承组成。转子导条为铝水浇铸而成，一般手段无法将导条从转子铁芯中分离出来。

（2）三相异步电动机的运行原理

三相异步电动机的绕组有两部分，即嵌置在定子铁心槽内与电源相联接的定子绕组，以及经短路后自成回路的转子绕组。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，电动机定、转子气隙中将产生一个旋转磁场。旋转磁场切割定、转子绕组而分别在其中感生电动势，转子电动势则在自成闭合回路中的转子绕组内产生短路电流。转子电流与气隙中旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，使转子以机械能去拖动负载旋转。

转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线，所以转子的转速永远也不可能达到同步速，异步电动机由此取名。因为转子电流是靠定子侧旋转磁场感应产生的，在不引起理解错误的情况下异步电机又称为感应电动机。

三、实训过程记录

1.电机拆装过程记录

三相异步电动机的拆卸分为定转子分离、绕组拆除两部分

（1）用螺丝刀拧下后端风扇罩上的3个定位螺钉，取下风扇罩。用扳手拧下电机前后端盖上的8个六角螺栓。打开接线盒，拆下所有螺母，取下所有6个接线端子。再拆下整个接线盒和露出的陶瓷接线座。取下陶瓷线座及下面的橡胶绝缘皮后，会露出一个小型的定子铁芯定位螺丝，拧下此螺丝及机座底部对称位置的另一个定子铁芯定位螺丝后，才可将定子铁芯拆下。拧下两个定位螺丝后，将机座竖直放置。用木棒抵住铁芯，敲击木棒顶端将定子铁芯顶出机座。

图中为定子与转子分离

（2）选定一槽开始取出绕组。注意铁芯的放置方式，从下方的槽开始取线。取下一槽的线圈之后不要急于取出此元件的另一边。取下一槽线圈后，接着取临近一槽（相自己靠近方向）的线圈。到一个极相组的线圈全部出槽后再将线圈从定子腔内取出。

图中为线圈从定子中拆下

（3）将所有线圈取下后，注意分组和整形。如果线圈有损伤则需要重新绕组线圈。清点所有分解出来的元件种类、数量，设计表格登记造册。

图中为整理之后的线圈元件

2.测绘项目

拆解完成后，查阅定义，测算以下数据：铁芯长、定转子槽数、每极每相槽数、定子槽距角（机械/电角度）、极距、节距、元件数、线圈匝数、每槽导体数。

铁芯长:8cm

定子槽数;18

转子槽数:16

每极每相槽数:

每极每相槽数是指每相绕组在每一个磁极所分占的槽数，每极每相绕组内应绕的线圈数就依据它确定，通常用q来表示：

，为定子绕组相数

经计算q为3

定子槽距角（机械/电角度）:

槽距角

电机铁心两相邻槽之间的电气角度称为槽距角，通常用表示：

，为定子槽数

经计算为20度

机械角度与电气角度

从空间几何的角度把圆等分成360°，这个360°称为的机械角度。电工学中计量电磁关系的角度单位叫做电气角度，它是将正弦交流电的每一周在横坐标上等分为360°，也就是导体空间经过一对磁极时在电磁上相应变化了360°电气角度。

电气角度与机械角度在电机中的关系为：

，为极对数

极距:

绕组的极距是指每磁极所占铁心圆周表面的距离。一般常指电机铁心相邻两磁极中心所跨占的槽距，定子铁心以内圆气隙表面的槽距计算；转子则以铁心外圆气隙表面的槽距来计算。

通常极距以槽数表示：

，为定子内径

经计算极距为9

节距:

电机绕组每个线圈两元件边之间所跨占到的铁心槽数叫做节距，也称跨距，用表示。节距的表示方法常用的有两种，例如“”表示一个线圈的两个元件边所在位置之间隔有8个槽。同样的线圈，在生产中常用“”的形式，表示此线圈的一个边嵌放1号定子槽，另一边钱放在9号槽中，这样的表示方式更加具体。

经计算节距为8

元件数：9

线圈匝数:

电机内的绕组是由各种大小不一形状各异的线圈组成的。由于每线圈都有两个元件边嵌入铁心槽内，也就是说每个线圈要嵌入两个槽。在单层绕组中因每槽内只嵌一个线圈元件边，所以总线圈数就只等于总槽数的一半；双层绕组中因每槽内上下层要嵌入两个线圈元件边，因此它的总线圈数就等于的铁心槽数。

经测量线圈数为9

每槽导体数：0.5

3.绕组绕制过程记录

（1）绕组绕制，检查线模的尺寸与作业的电机型号的线圈尺寸要求是否相符。将各卷导线抽头抽出聚拢，一起套入导线保护套。将保护套置于绕线夹板内，用夹板夹紧，松紧程度适当。将线模安置于绕线机出轴上，装入压板用螺母固定。将绕线机计数器拨至“0”，把绑扎棉纱线嵌入线模的扎线槽中。将玻璃丝管套入需要的并绕根数进行绕线，绕至需要匝数后停机，用棉纱线把绕好的绕线扎紧。拆下螺母和压板，卸下线模后取出线圈，至于搁架上。两根出线应留有约10cm的出线用于端接，并应各套上一段6cm左右的玻璃丝管。

4.绕组下线过程记录

（1）检查定子铁芯槽是否平整，无毛刺、焊渣，否则需用锉刀休整。将已裁剪好的槽绝缘纸纵向折成"U"形插入槽中，绝缘纸光面向里，便于向槽内嵌线。下线前检查：a、槽绝缘露出铁芯两端的长度是否对称，均为5mm左右；b、槽绝缘在槽中的位置是否均匀，是否有单边现象（覆盖半边，裸露半边）。

如图为放入U型绝缘纸

（2）绕组下线。

每一槽嵌线时都要注意注意：a、下线前先把线圈边捏紧、搓扁，方便通过槽口。在准备下线的槽口预先放置两片引导纸片，引导导线进入槽内的同时防止槽口铁质刮蹭导线漆膜；b、已嵌好线的槽要插入折成“”型的覆盖绝缘，防止绕线漏出；c、插好覆盖后，用压线板把线圈压紧、压平，再插入槽楔；d、吊边处理的线圈要垫上纸片，放置漆膜损伤；e、最终6个接线端子用三种不同颜色的电工胶带标识。

本次实训采用线圈下线，嵌线完成后再接线的方式。下线时注意将所有的出线端从定子的同一端（面端）引出，方便接线。另一端（底端）不留引出线。

此电机采用18槽2极单层交叉式绕组，其下线操作的顺序为：

①取A相绕组一个大跨距的线圈，水平拿起，将靠近自己的一边（应该被放置在2#槽的元件边）到2#槽中，远离自己的另一边（应该被放置在10#槽的元件边）先吊边。注意整理所吊边的形状使不干扰后面的操作。再取A相第二个大线圈元件，将近边（应该被放置在1#槽的元件边）嵌放在1#槽中，另一边（应该被放置在9#槽的元件边）元件边吊边。

②取C相绕组一个小跨距的线圈。隔1个槽，将此线圈的近边嵌放在17#槽中，另一边吊边。

③取B相绕组一个大线圈，隔2个槽嵌放到14#槽，注意此时另一边不再吊边，而是直接嵌放进3#槽中（沉边）。

④之后的新取来的元件在隔一槽嵌放近一边之后，另一边就可以直接沉边，不再需要的吊边处理了。

⑤其他系安全全部嵌放好后，再来处理最先被吊边的3个元件边。

图中一部分元件边已放入，另一部分还处于吊边状态

⑥嵌线完成后，解开所有的线圈扎线，在线圈之间垫放相间绝缘。按照三种极对数电机的各自连线形式端接。端接时先将引出线末端打磨去漆（可以用砂纸、小刀、捏夹等刮掉漆膜），两根线各套上φ1mm的玻璃丝管，在在其中一根预套一段φ5mm丝管。去漆部分扭结点焊后，把预套上的φ5mm管褪到连接处，将裸铜部分保护起来。6个接电源的出线端套上φ1mm玻璃丝管后焊上接线鼻。注意各段预留出线的长度不宜过短或过长。

如图为装好了层间绝缘的定子

5.电机完整装配后的测试记录及分析

装配完成的电机如上图

三相异步电动机的电气性能测试项目主要有如下几项。

（1）判别三相绕组首尾端

若接端线是注意槽编号或接线端子标识，一般可以直接判断各接线鼻的名号。当电动机接线板损坏，定子绕组的6 个线头分不清楚时，不可盲目接线，以免引起电动机内部故障，因此必须分清6个线头的首尾端后才能接线。具体操作如下：

①先将6个线头两两分组，分清三相绕组各相的两个线头，并将各相绕组端子假设为U1和U2、V1和V2、W1和W2。取A相两个端子，人为确定其一为U1，另一个为U2。V1和V2、W1和W2暂不能确定。

②U1、U2间加直流电（干电池），万用表测V1和V2间电位（微安档）。注视万用表，U相通电瞬间，若万用表示数为正，则接电池正极的线头（U1）与万用表负极所接的线头同为首端或尾端，即红笔接的是V2，黑笔接的是V1；如万用表示数为负，则接电池正极的线头与万用表正极所接的线头同为首端或尾端。

③同样方法测C相首尾顺序。

图3-4电源法测三相绕组首尾端原理

    （2）用万用表测试三相直流电阻平衡

6个接线鼻两两测试直流电阻，判断哪两个为一相绕组的首端尾端，并测试三相电阻是否平衡。否则重新检查各处端接是否接牢，各处绝缘是否有不严密的地方。设计表格记录三相电阻值。

用万用表依次测量ABC三相，每相的线圈电阻。我们组测的时候三相电阻只能测出2相。A相电阻：12.6Ω， B相电阻：12.8Ω。

（3）用兆欧表测试绝缘耐压

检测三相绕组每相对地的绝缘电阻和相间绝缘电阻。具体方法为：将兆欧表输出电压调至1000V，根据已判断出的6个端子的相属关系，将L端接A相任一端，E端接B相任一端。起动兆欧表输出，测试两相间绝缘耐压。同样方式测其他相。再将L端接绕组端子，E端接定子铁芯，启动兆欧表测试相绕组对地绝缘耐压。各绝缘阻值不得小于0.5MΩ。

测试时将兆欧表输出电压调至1000V，依次测量定子铁芯和A，B，C三相间的绝缘电阻以及A，B，C三相之间的绝缘电阻，若兆欧表的读数显示为1MΩ，说明绕制的定子三相绕组符合要求。

四、实训总结与心得体会

思考题：

（1）由于绕组匝数减少较多，装配好的电机实际不能上电运行。分析：如果仍接额定220V市电会有什么结果，为什么？如果有可调电源，需要如何调整电源的电压或者频率来满足电机的安全运行条件？同时电机的启动/额定/最大转矩值如何变化？

答：如果仍接额电电压可能会烧毁电机，因为改变绕组数据对电机影响很大。减少匝数那就是增大电动机空载电流。如定子绕组匝数过少，将会影响电动机的启动力矩。因为电动机的启动力矩随着漏电抗的增大而降低，而漏电抗却与绕组匝数的平方成正比，显然每相绕组匝数过少，将引起漏电抗小，使电机转矩变大。

（2）原设计50Hz电源使用的三相异步电机改用电压不变的60Hz电源，绕组应如何改造？依据是什么?

答：1、磁通与电压与频率的比值成正比，电压相同，频率升高，磁通减小，铁芯不会饱和，可以使用 

2、频率升高，转速升高，相同功率是，输出转矩下降。 

3、离开具体参数谈效率，与频率没有必然联系，但是，一般而言，电机工作在额定参数下（包括额定频率），效率最高。 

（3）检测发现三相绕组有一相断路，电机气隙中磁场会发生何种变化？会对电机的启动/运行产生什么影响？如果有一相绕组的首位端接反（一相反接），电机还能否空载起转？能否带额定负载？

答：三相电动机运行中有一相断开，其气隙磁场由原来的圆形旋转磁场转换为幅值变动、非恒速旋转的椭圆形旋转磁场。气隙磁场的椭圆度随转差率s变化，s愈大，磁场的椭圆度愈大，其机电转换能力愈差。 缺相时电机电流的变化: 正常起动或运行时，三相电机为对称负载，三相电流大小相等，小于或等于额定值。出现一相断线后，三相电流不均衡或过大。 起动时缺相：电动机不能起动、其绕组电流为额定电流的4～7倍。发热量为正常温升的16～49倍，因其迅速超过允许温升而使电动机烧毁。 运行中缺相： 当满载时缺相，电动机处于过流状态?即电流超过额定电流，电动机会从疲转变为堵转，未断相的线电流增加更多，引起电动机迅速烧毁。 轻载运行电动机断相时，未断相的绕组电流迅速增加，使这相绕组由于温升过高而被烧毁。 缺相运行对于长期工作制运行的鼠笼式电动机的危害很大，这类电动机被烧毁的事故中60%～70％是由于缺相运行引起的。故对电动机的缺相防护十分重要。

如果有一相绕组的首位端接反, 三相绕组不能形成旋转磁场，而是脉动磁势（其中一相磁势相反）。后果就是不能启动，长时间会烧坏电机。

（4）取下面的绕组接线图作为分析对象：画出绕组展开图（只画一项）

实训总结：

本次实训为期两天，在这次实训中，我们近距离接触到了三相异步电动机，从电机的结构的认识，运行原理的理解，到电机的拆卸，绕组取出，绕组绕制，定转子和绕组各项参数的测量，再到绕组下线，电机的组装。我们亲手参与了电机安装与拆卸的每一个过程。亲手拆螺丝，绕制线圈，熟悉了电机的内部结构，也对于电机有了更深入的认识。

心得体会：

在实训中也有一些令人印象深刻的体会，最明显的在于下线环节，对于我们新手来说，初次下线的难度颇高，2极电机的定子槽很窄，手艺不熟练很难操作。这导致我们下线花了很长的时间。期间我们也很着急，失败过多次，很让人气馁。但最终我们逐渐摸索出来经验和技巧，同时减少了线圈匝数，最终将线圈完整的放入了定子槽中。不过遗憾的是由于线圈匝数的减少，我们组装的电机并不能在标准220V电源上运行，因而无法测试最终性能。在实验中我们也吃了不少苦头，手很容易就被扎破了，可能之前我们还以为实训是一件很简单的事，但是实训过后，我知道了原理简单的电动机其实内部也蕴含了丰富的电机学知识，完全弄懂它并非易事，需要全面的理论，丰富的经验，娴熟的技巧，当然，更需要耐心，细心，去认识事物，探索原理。不光是电机学，任何学科，都是这样。下载本文