电容分相起动式单相交流电机定子绕组的设计技巧

南阳农业职业学院 朱国伟

电容分相起动式单相交流电机定子绕组的设计技巧

南阳农业职业学院 朱国伟

单相交流电机的绕组形式有多种,而电容分相起动式以其起动快速,转速稳定，结构简单等优点得到了广泛的应用。本文结合一个实例（电容分相起动式24槽4极单相交流电机）, 从计算参数→划分极距→画展开图→画端线图, 介绍了电容分相起动式单相交流电机定子绕组的布线设计与技巧。理论与实验证明，只要按照本文布线设计的三点原则，就能设计出最佳的绕组形式。

电容分相起动式；槽距角；相带；极距

1 计算参数

在电机布线的设计过程中涉及许多参数，但本文介绍的单相电机的布线设计中，只需以下四个参数[1]，这是电机布线的第一种技巧。

1.1 极距(τ)

定子线圈中通入交流电, 在定子内圆柱面上会形成N、S …多对磁极, 布线规律不同就形成不同的磁极数。

一个磁极所包括的槽数叫极距(τ)，τ＝Z/2P，这里Z叫槽数，2P叫磁极个数，P叫磁极对数，那么，本例子中，极距：τ＝24/4＝6(槽)。

1.2 计算槽距角(a)

在电工理论中，P对磁极所产生的电角度为P×360 0，如P＝2时，定子所产生的电角度为2×360o＝720o。

相邻两槽之间的电角度叫槽距角(a)，a＝P×3600／Z，那么, 本例子中，槽距角为: a＝2×3600／24＝300。

1.3 计算相带（Q）

单相交流电机中嵌放有U相绕组和V相绕组，每个磁极中都有U相绕组和V相绕组线圈，每个磁极中每相绕组所占有的槽数叫相带(Q)。对于电容分相起动式电机,U相绕组的相带为QU＝2τ/3（槽）,V相绕组的相带为QV＝τ/3（槽）[2,3]，那么，电容分相起动式24槽4极单相交流电机的相带为: QU＝2×6/3＝4（槽）,QV＝6/3＝2（槽）。

1.4 计算相位差（Φ）

单相交流电机中分U相绕组和V相绕组。两相绕组的头U1与V1应错开的槽数叫相位差（Φ），Φ＝900/a（槽），那么，本例子中，相位差为Φ＝900/300=3(槽)。

2 标出电流的瞬间方向

单相电机中，电流的瞬间方向有多种标法，下面按最简单的方法标出，这是电机布线的第二种技巧。

2.1 标出极距

先画出定子上的Z槽，并标上槽号，如图1所示。再按τ的大小标出极距，并按N、S …的规律标出各磁极的名称，那么，本例子中各极距，如图1所示。

图1 标出极距

2.2 标出相带

在各极距中标出各相带,并按U－V …的规律标出各相带的名称，那么，本例子中各相带，如图2所示。

图2 标出相带

2.3 标出电流的瞬间方向

按N极中瞬间电流方向朝上, S极中瞬间电流方向朝下的方法，标出各槽中电流的瞬间方向，那么，本例子中电流的瞬间方向，如图3所示。

图3 标出电流的瞬间方向

3 画线圈展开图（以单层一路为例）

3.1 先画U相展开图

以上是极距、相带、电流方向的确定方法，下面还要确定绕组的形式。绕组的形式有多种，槽数、极数不同，形式就不同，实践证明，只要遵守三点原则，就能设计出最佳的电机绕组，这是电机布线的第三种技巧。

三点原则（以U相为例）：①U相带中嵌放U相所有线圈；②U相带中的所有线圈要串联，且必须符合电流的瞬间方向；③所有线圈的总节距之和要最短，以利于节省铜材。

按原则①和②，本例子中的U相展开图，如图4所示，它有四种形式。

图4 U相展开图

再按照原则③的要求进行分析，如下表。显然，图4 (b)和图4 (d)的总节距最短，但又考虑到初学者对同心式下线较容易，故：本例子中的U相展开图，采用图4（b）为最佳，线圈形式叫同心式；接线规律叫反串；线圈节距是y1 =3槽，y2＝5槽。

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绕组形式绕组总节距节距最短的绕组：

图4（a）是同心式1 (3+5+7+9)×2＝48槽不是；

图4（b）是同心式2 （3+5）×4＝32槽是（适合初学者）；

图4（c）是四链式 6×4×2＝48槽不是；

图4（d）是双链式4×2×4=32槽是(适合熟练者)。

3.2 再画V相展开图

先确定V1的位置。由1.4知，电容分相起动式24槽4极单相交流电机的U1与V1应错开3槽，由于U1在第3槽，故V1应在第6槽。

再按照与U相绕组一样的三点原则，布置V相绕组。由原则①和②可画出本例子中的V相展开图，如图5所示，可分三种形式。

再按照原则③的要求进行分析，如下表。显然，图5 (c)的总节距最短，故：本例子中的V相展开图，采用图5（c）最佳，线圈形式叫单链式；接线规律叫反串；线圈节距是y=5槽。

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图5 V相展开图

绕组形式绕组节距节距最短的绕组：

图5（a）是同心式 (5+7)×2＝24槽不是；

图5 (b) 是双链式 6×2×2＝24槽不是；

图5 (c) 是单链式 5×4＝20槽是。

3.3 画两相展开图

把图4（b）和图5(c)叠加，即可得出最佳的电容分相起动式24槽4极单相交流电机的两相展开图，如图6所示。

图6 两相展开图

图7 各线圈编号

4 画端线图

端线图就是实际下线图，它能形象地表达出下线与接线的规律，通过下面的具体研究，可画出形象、直观的端线图，这是电机布线的第四种技巧。

4.1 给各个线圈编号

给展开图中各个线圈编号为①、②、③…，如图7所示。

4.2 画端线图（即实际下线图）

按①、③、⑤、⑦顺序，先画外档V相的四组线圈；再按②、④、⑥、⑧顺序，画内档U相的四组线圈，如图8所示。实际下线的顺序也是这样。

图8 端线图

4.3 连线

所有线圈都下到槽中之后，必须按照前面总结出的接线方法，线圈①、③、⑤、⑦反串成U相绕组；线圈②、④、⑥、⑧反串成V相绕组，如图8所示。再按照电容起动式原理图连线，如图9所示。

图9 电容起动式原理图

图9中，C叫起动电容，S叫起动开关。电机起动过程中S闭合，起动结束后S断开。

[1]包玉华.电工学[M].北京:北京煤炭工业出版社,1992.

[2]贾大义.常用电机原理与设计[M].北京:北京轻工业出版社,1996.

[3]杨天明.电动机绕组维修技术[M].北京:北京化学工业出版社,2006.

[4]黄永铭.电动机与变压器[M].北京:高等教育出版社,1993.

[5]松柏.电动机修理技术[M].北京:北京科学技术出版社,1994.