第3章 三相异步电动机绕组展开图的画法与嵌线技巧
阿聪是个细心人，他经常观察到，阿明在维修电动机之前，总要翻阅查看电动机绕组资料，有时还不停地做些记录和绘制绕组图。阿聪问：“这些密密麻麻的绕组图对维修有什么帮助吗？”“有帮助，”阿明回答：“电动机的绕组展开图是电动机原绕组情况的记录，也是线圈重绕后嵌放位置的依据，只有绘出绕组展开图并理解其原理，才能保证正确地嵌线和接线。”阿聪似懂非懂地点点头，看来，自己需要学习的东西还多着呢！
3.1 电动机绕组概述
3.1.1 基本概念
1. 线圈和绕组
线圈由绝缘导线按一定形状、尺寸在线模上绕制而成，可由一匝或多匝组成。单匝线圈、多匝线圈及其简化图如图3-1所示。线圈放在铁心槽内的部分称为有效边，槽外部分为端部部分，为节省材料，在嵌线工艺允许的情况下，线圈的端部应尽可能短。
图3-1 线圈示意图
绕组是电动机的电路部分，一般由多个线圈按一定的方式连接起来构成的。三相异步电动机的绕组主要有单层绕组、双层绕组、单双层混合绕组等多种形式，后文将分类介绍这几种绕组的连接方法及嵌线技巧。
2. 绕组展开图
在电动机维修时，经常会遇到绕组烧毁的现象，需要重新绕制绕组。在嵌线前，必须弄清楚电动机定子绕组原来是怎样绕制的，画出定子绕组展开图或参考绕组展开图手册。那么，什么是展开图呢？
设想把定子沿轴向切开拉平，略去定子铁心部分，并把定子槽中的绕组用简化图的形式表示，所绘出的绕组平面原理图就是绕组展开图，如图3-2所示。
图3-2 定子绕组展开图
绕组展开图是指绕组的连接规律，即电动机原绕组情况的记录，它是线圈重绕后嵌放位置的依据。维修时，只有看懂展开图，才能保证正确的嵌线和接线。
3. 槽数Z、极对数p和极数2p
槽数就是铁心上线槽的总数，用字母Z表示。极数就是旋转磁场的极数。若每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120°，则产生的旋转磁场具有一对极，即p=1，p就是极对数。若定子每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端之间只相差60°角，则产生的旋转磁场具有两对极，即p=2。
由于电动机的极数总是成对出现的，所以，电动机的极数就是2p。
4. 极距τ
极距是指沿定子铁心内圆，每个磁极（N极或S极）所占的范围，其符号为τ。极距的大小既可用槽数表示，也可用圆周长度表示，用槽数表示比较方便。若极距用槽数表示，则它等于定子铁心中的总槽数（Z）除以电动机磁极数（2p），即
若极距τ用长度表示，则有
式中，Di为定子铁心内径（cm）。
例如，图3-3所示是一台24槽4极（p=2）电动机截面展开图（局部），极距τ=24 ÷ 4=6。
图3-3 24槽4极（p=2）电动机截面展开图（局部）
5. 节距y
节距也称跨距，是指一组线圈在铁心内的两边之间所跨占的槽数，常用y表示。根据它与极距τ的大小，线圈可分为三种：当y=τ时，称为整距线圈；当y＜τ时，称为短距线圈；当y＞τ时，称为长距线圈。
例如，对于图3-3所示的24槽4极（p=2）电动机，其极距为6槽。嵌线时，若把一只线圈的一条边嵌在第1槽，另一条边嵌在第7槽，则节距y=6，此时，y=τ，称这个线圈为整距线圈。若一只线圈的一条边在第1槽，另一条边在第6槽，中间相隔5槽，则节距y=5，y＜τ，则这个线圈为短距线圈。同理，若一只线圈的一条边在第1槽，另一条边在第8槽，中间相隔7槽，则节距y=7，y＞τ，则这个线圈为长距线圈。
总结提高
整距线圈可以产生较大的电动势，但存在温升高、效率低、材料费等缺点，因而一般很少采用；长距线圈的端部连线较长，材料较费，仅在一些特殊电动机上采用；短距线圈相应缩短了端部连线长度，可节约线材，减少绕组电阻，从而降低了电动机的温升，提高了电动机的效率，并能增加绕组机械强度，改善电动机性能和增大转矩，所以目前应用比较广泛。
6. 机械角度与电角度
一个圆周所对应的几何角度为360°，称为机械角度。而从电磁方面来看，导体每经过一对磁极N、S，电动势就完成一个交变周期。若磁场在空间按正弦波分布，则经过N、S一对磁极，恰好相当于正弦曲线的一个周期，如有导体去切割这种磁场，经过N、S一对磁极，导体中所感生的正弦电动势的变化也为一个周期，变化一个周期即经过360°电角度，一对磁极占有的空间是360°电角度。若电动机有p对磁极，电动机圆周按电角度计算就为p × 360°，而机械角度总是360°，因此有
p对磁极电角度=p×机械角度
图3-4所示为电角度与机械角度的关系图。
图3-4 电角度与机械角度的关系图
7. 槽距角α
槽距角α是指相邻槽之间的电角度。由于定子槽在定子内圆上是均匀分布的，若Z为定子槽数，p为极对数，则槽距角为
例如，图3-3所示的为24槽4极（p=2）电动机截止展开图（局部）中，可以看出
总结提高
对于三相电动机，由于三相电流在相位上彼此相差120°的电角度，故布线时三相首尾应彼此相隔120°/α槽。例如，36槽4极电动机，槽距角为20°，故布线时三相首尾应彼此隔6槽。同理，可以计算出其他三相电动机的布线方法。
8. 每极每相槽数
在三相电动机中，每个磁极所占的槽数要均等地分配给三个绕组，每个极下每相所占的槽数称为每极每相槽数，用字母q表示，用公式表示为
式中，m为相数；p 为极对数。
例如，对于图3-3所示的24槽4极（p=2）电动机，有
。
9. 相带
每个磁极下每相绕组所占的区域称为相带，在三相绕组中，每个极距内分属U、W、V三相，每个极距为180°电角度，故每个相带为60°。三相异步电动机一般都采用60°相带的三相对称绕组。
10. 极相组
一个磁极下属于同一相的q个绕组元件按一定方式连接而成的线圈组称为极相组。同一个极相组中所有线圈的电流方向相同。
11. 显极式接线和隐极式接线
电动机的定子绕组的连接方式分为显极式与隐极式（又称庶极式）两种。
（1）显极式接线
同相相邻极相组按“尾接尾”、“头接头”相连接称为显极式连接。其特点是相邻磁极的极相组里的电流方向相反，每相绕组的极相组数等于磁极数，如图3-5所示。
图3-5 显极式接线
（2）隐极式接线
同相相邻极相组按“尾接头”、“头接尾”相连接称为隐极式接线。其特点是所有极相组里的电流方向相同。隐极连接法每组线圈组不但各自形成磁极，而且相邻两组线圈组之间还形成磁极。可见这种接法的极相组数为磁极数的一半，即每相绕组的极相组数等于磁极对数，如图3-6所示。由于采用隐极接法的绕组电气性能较差，现在已很少采用。
图3-6 隐极式接线
12. 并联支路数
图3-7（a）所示是24槽4极三相异步电动机U相绕组的一种连接方法，U相的4个线圈采用显极法进行反串联连接，此时，称该绕组是一路串联的，并联支路数为a=1。
图3-7 并联支路数
如果将4个线圈反串联连接改为两路并联，如图3-7（b）所示，此时称该绕组的并联支路数为a=2。应注意的是，槽内电流方向应该与一路串联完全一致，并且每槽导线根数为一路串联时的2倍，而导线截面积则减小为一路串联时的1/2，以使总的电气性能保持不变。
3.1.2 三相绕组的要求
1. 三相绕组的基本要求
三相异步电动机绕组的构成主要从设计制造和运行两方面考虑。绕组的形式多种多样，具体要求为
① 三相绕组的波形应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，绕组的损耗要小，用量要省。
② 三相绕组各相的电动势要求对称，各相的电阻和电抗要相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝数都相同，且各相绕组在空间的分布应彼此相差120 °电角度。
③ 绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。
④ 制造、安装、检修要方便。
三相交流绕组在槽内嵌放完毕后共有6个出线端引到电动机机座上的接线盒内。高压大、中型容量的异步电动机三相绕组一般采用星形连接；小容量的异步电动机三相绕组一般采用三角形连接。
2. 三相交流绕组的分布、排列与连接要求
三相异步电动机绕组的作用是产生旋转磁场，要求绕组是对称的三相绕组，其分布、排列与连接应按下列要求进行：
① 各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以使磁场对称。为此，先将定子槽数按极数均分（称为分极），每一等分代表180°电角度，再把每极下的槽数分为3个区段（相带），每个相带占60°电角度（称为分相）。
② 各相绕组在每对极下的排列顺序按U1、W2、V1、U2、W1、V2分布，这样，各相绕组所在的相带U1、V1、W1或U2、V2、W2的中心线恰好相差120°电角度。例如，槽距角为α，则相邻两相绕组错开的槽数为120°/α。
③ 同一相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方向应相同，而在异性磁极下的电流方向相反。
④ 把属于各相导体顺着电流方向连接起来，以便得到三相对称绕组。