专题二十六 单相异步电动机的绕组（教案）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题二十六 单相异步电动机的绕组（教案）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测 一、考纲解读 1.掌握欧姆定律、基尔霍夫定律的应用，理解电路中电压、电流、电阻的关系，能分析简单直流电路。重点考核串并联电路的计算及节点、回路方程的建立能力。 2.理解变压器的电磁感应原理，掌握变压比、变流比及阻抗变换公式。熟悉单相变压器的结构（铁芯、绕组），能分析空载与负载运行时的电磁关系。 3.掌握变压器的效率、损耗（铜损、铁损）计算，理解外特性与电压调整率。重点考核额定容量、额定电流的计算及负载变化对输出电压的影响。 4.熟悉安全用电规范，掌握变压器绕组极性测定方法（直流法、交流法）。能设计实验验证变比关系，分析实验数据并处理误差。 二、知识点梳理 单相异步电动机的励磁绕组都在定子上，一般包含工作绕组和启动绕组，统称定子绕组。定子绕组通以交流电，在气隙中建立旋转磁场，使转子产生感应电动势，产生电磁转矩，实现电气和机械的能量转换，所以绕组是电动机中的关键部件。单相异步电动机的定子绕组有集 中绕组和分布绕组两类，凸极式罩极电动机每个极上绕有集中绕组，这种绕组结构简单，易于绕制，易于装配，但电磁性能差，漏磁通较多。一部分单相异步电动机的定子绕组线圈的有效边嵌在均匀分布的圆周上定子槽内，属于分布绕组的形式，较好改善电动机电磁性能，使漏磁通减少、减少损耗。分布绕组又有单层绕组、双层绕组和正弦绕组之分。同三相异步电动机一样，单相异步电动机的定子绕组分类形式很多，如可分为单层绕组和双层绕组；叠绕组、波绕组、同心绕组、交叉绕组、链式绕组；整距绕组和短距绕组；还有交叉同心式和交叉链式等形式。由于单相异步电动机尺寸较小，为便于嵌线，提高槽面积利用率(槽满率),一般都用单层绕组。而同心绕组由于线圈端部较短和绕组电阻及定子漏抗较小，便于改善电机运行性能，用得最多。同心绕组又可分为一般同心绕组和正弦绕组。有关绕组的基本概念与三相异步电动机绕组的基本概念相同，不再重复。 一、单层绕组 单相异步电动机使用单层分布绕组较多，其形式与三相异步电动机单层绕组相似，也有叠式、链式、交叉式、同心式等。 1.单层叠绕组 这种绕组采用整距(单相24槽四极分相电动机单层叠绕组排列接线展开图如图5-41所示),绕组间的连线是顺接串联(首尾相接),属于庶极式绕组。 由图可见，工作绕组和启动绕组由互不交叉的两部分线圈组成，其端部排列是不均匀的。但这种绕组可使电动机制成分割式定子，嵌线时采用“吊把”法，吊把线圈的数目等于节距y,可把整组线圈的另一边按顺序嵌入相应定子槽内；当一组嵌完后，再依次嵌入第二组线圈。 2.单层交叉式绕组 这种绕组节距必为偶数，绕组的组间接线采用反接串联的单层整距绕组。如图5-42所示，图中线圈节距y=6,这种绕组嵌线时，先将两个线圈的有效边分别嵌入相邻的两槽内，空出两槽后，便可分别将其余各线圈依据此规律按顺序嵌入相应槽内，直至完成。 3.单层链式绕组 这种绕组的节距必须为奇数。如图5-43所示，图中线圈节距y=5,虽然比极距缩短一槽，但从两极的槽中心跨距来看，仍属整距绕组。嵌线时采用隔槽下线，即嵌一槽，空一槽，依次进行。 4.电容运转电动机绕组 单相电容运转电动机工作时，启动绕组不脱离电源，而串联电容器并联于线路上进行分相。因此，实质上是工作绕组和启动绕组相同的两相绕组。 绕组通常采用同心式线圈反接串联方式。当每极每相槽数为偶数时，单相18槽二极电容运转电动机绕组排列接线展开图如图5-44所示。 由图可见，绕组实际嵌放槽数(16)少于定子槽数(18),有两槽是空槽。这是为避免绕组成为分数槽而造成绕组安排上的困难。这样空出两槽是允许的，但必须使空出的槽安排在定子的对称位置上。当每极每相槽数为奇数时，如采用绕组间反接串联方式时，就必须采用单双线圈交叉排列方式，如图5-45所示。 5.单层同心式绕组 单层同心式绕组在单相异步电动机中应用较多，它也是采用短距线圈的整距绕组。绕组采用组间反接串联，工作绕组和启动绕组可以分别嵌线，可将工作绕组全部嵌完再嵌启动绕组，嵌线时不用吊把，所以嵌线或修理启动绕组都很方便，如图5-46所示。具体画展开图的步骤可按下面叙述进行。 在电容启动单相异步电动机中，工作绕组占总槽数的2/3,启动绕组占1/3。在电容启动及运行电动机(双值电容电动机)中工作绕组和启动绕组各占总槽数的一半。工作和启动两绕组的轴线在空间相隔90°电角度。启动绕组的匝数一般为工作绕组匝数的1/2~2/3,其导线截面积通常为工作绕组的1/2～1/3。 图5-47所示为单相四极24槽电容启动异步电动机单层同心式绕组展开图。图中，U1U2为工作绕组，Z1Z2为启动绕组，整个圆周为2×360°=720°电角度，每隔一个槽为30°电角度。工作绕组占总槽数的2/3(占120°相带),占16个槽。启动绕组占总槽数的1/3(占60°相带),占8个槽。工作绕组和启动绕组轴线相距90°电角度，符合两相绕组产生圆形旋转磁场的要求。 画绕组展开图时： (1)分极、分相带方法同三相异步电动机一样，如图5-47(a)所示。 计算工作绕组每极每相槽数 启动绕组每极每相槽数 (2)根据工作绕组和启动绕组所占的相带进行绕组连接。这台电动机要求把工作绕组的线圈组串联成一路，如图5-47(b)所示。启动绕组的线圈也串联成一路，所以在相邻两个磁极下，线圈组之间的首端与首端相接(即头-头),末端与末端相接(即尾-尾),然后由U1U2引出，Z1Z2引出接电容器，再进行电气连接，如图5-47(c)所示。 二、双层绕组 同心式分布绕组能自行消除三次谐波，但不能消除高次谐波(5次、7次等)。为了削弱高次谐波的影响，可采用2/3节矩的短节距双层绕组，可以改善启动性能和运行性能。但在小型电动机中，由于定子内径小，嵌线困难，很少采用；在定子内径较大，多极时经常采用。 如图5-48所示，常用的吊式电风扇绕组展开图，18极36槽，采用双层绕组。很明显，每极只有两个槽，工作绕组和启动绕组各占一个槽，每只线圈节距为2,工作绕组和启动绕组的线圈总数都是18个。图中只画出一个绕组，另一个绕组的连接法与这个绕组相同。 三、正弦绕组 当绕组内通过单相交流电时，产生磁场，磁场的波形与绕组的形式和位置有关。非正弦形的磁场可以看成是一个基波(正弦波)和一系列高次谐波的合成。由于高次谐波的作用，产生一系列附加转矩，使启动和运行性能劣化。为了改善单相异步电动机的启动和运行性能，希望获得正弦曲线形的磁场波形。单相异步电动机采用一种能产生接近正弦波形磁场的绕组，称为正弦绕组。这种绕组一般是同心式绕组，工作绕组放在槽的下层，启动绕组放在槽的上层。同一绕组中各个绕组元件的匝数不等，线圈匝数按正弦规律分布，这种分布规律的绕组可得到理想的正弦波形的磁场。正弦绕组有如下特点：①正弦绕组的基波绕组系数比普通绕组低，说明正弦绕组用铜量比普通绕组多，得到好的波形是以多用铜为代价的；②正弦绕组的谐波强度都几乎等于零，说明正弦绕组能有效地消除各次谐波；③齿谐波不能被正弦绕组消除，可以证明齿谐波具有与基波相同的绕组系数。正弦绕组虽然多用一些铜，但它的优点十分突出，在单相电机(包括单相同步电动机)中得到广泛应用。因此，在拆修这类电动机绕组时，应仔细查清绕组的布置，详细记录各绕组的匝数，按原数据进行修复，以保证修理后的电动机具有与原电动机相同的性能。 例如，一台180 W单相电容启动异步电动机，采用两相正弦绕组，定子有24槽，4极，下层为工作绕组，上层为启动绕组，每极6槽，4个绕组元件，如图5-49所示。 采用正弦绕组时，定子铁心槽数基本上按工作绕组和启动绕组对等分配，而且把两种绕组按不同数量分布在定子各槽中。正弦绕组既有同心式绕组的特点，又有双层绕组的特点。 掌握正弦绕组一般的分配规律，既可以对一般正弦绕组电动机进行维修，又可以将其他绕组的电动机改装为正弦绕组的电动机，下面提供一种切实可行的计算方法。 (1)根据工作和启动绕组总串联导体数Ne、Ng,依据磁极对数p计算出工作和启动绕组每个磁极下的匝数。 (2)根据电动机定子槽数确定工作绕组每极下线圈组数。进而可确定每组线圈的匝数。 (3)计算槽距角的电角度 (4)计算极距 (5)计算工作绕组和启动绕组每极下各线圈的正弦值。 (6)计算工作绕组和启动绕组每极下各线圈的正弦值的总和。 (7)依据正弦值总和及各线圈正弦值，计算各线圈占总匝数的百分比。 (8)依据每极下工作和启动绕组总匝数及各线圈占总匝数百分比计算各个线圈的匝数。 正弦绕组各线圈匝数不等，使绕组复杂，各槽的槽满率也不一样，有些槽的槽满率比较低，因此铁心的利用率较差，这是正弦绕组的主要缺点。但是，正弦绕组是一种高精度的特殊双层绕组，由于它能削减高次谐波的磁通势，减弱附加转矩与降低附加损耗，提高效率，改善启动性能以及运行特性，而优先应用于自动化控制用电动机。现在已经普及到一般用途的单相电动机绕组，故我国生产的单相电动机多采用正弦绕组。 三、真题练讲 1.（2023年河南省统一考试）一台单相变压器额定容量为10kVA，额定电压为10kV/0.4kV，其变比为（ ）。 A.25:1 B.1:25 C.50:1 D.1:50 答案：A 解析：变比K=U1/U2=10000/400=25:1，故选择A。 2.（2022年河南省统一考试）变压器空载运行时，铁损主要由（ ）引起。 A.绕组电阻 B.铁芯涡流 C.负载电流 D.电源频率 答案：B 解析：空载时铁损包括磁滞损耗和涡流损耗，主要由铁芯涡流产生，故选B。 3.（2024年山东省统一考试）某变压器额定效率为95%，输出功率为95kW时，输入功率为（ ）。 A.100kW B.90.25kW C.105kW D.99.75kW 答案：A 解析：效率η=P2/P1，故P1=95/0.95=100 kW，选A。 4.（2025年河南省统一考试）变压器绕组极性测定常用方法是（ ）。 A.伏安法 B.电桥法 C.直流法 D.瓦特表法 答案：C 解析：直流法通过观察毫伏表指针偏转判断同名端，是绕组极性测定的常用方法，选C。 5.（2021年江苏省统一考试）三相变压器Y,d11连接组别中，高压侧线电压超前低压侧线电压（ ）。 A.30° B.60° C.90° D.120° 答案：A 解析：Y,d11表示高压侧线电压超前低压侧30°，选A。 四、限时练讲 1.按相数分，变压器可分为（ ）。 A.单相、三相 B.油浸式、干式 C.升压、降压 D.电力、特殊用途 答案：A 解析：变压器按相数分为单相和三相，选A。 2.某变压器一次绕组匝数为1000，二次绕组匝数为200，当一次电压为220V时，二次电压为（ ）。 A.11V B.44V C.55V D.110V 答案：B 解析：电压比U1/U2=N1/N2，故U2=220×200/1000=44 V，选B。 3.变压器输入功率为100kW，输出功率为96kW，其效率为（ ）。 A.96% B.98% C.94% D.92% 答案：A 解析：效率η=96/100×100%=96%，选A。 4.三相变压器D,y11连接中，低压侧绕组为（ ）。 A.星形 B.三角形 C.延边三角形 D.开口三角形 答案：A 解析：D,y11表示高压侧三角形连接，低压侧星形连接，选A。 5.变压器负载运行时，铜损与（ ）成正比。 A.电压平方 B.电流平方 C.频率平方 D.匝数平方 答案：B 解析：铜损PCu=I2 R，与电流平方成正比，选B。 6.变压器外壳接地属于（ ）。 A.工作接地 B.保护接地 C.防雷接地 D.防静电接地 答案：B 解析：外壳接地防止漏电伤人，属于保护接地，选B。 7.测定变压器变比时，应使用（ ）。 A.直流电源 B.交流电源 C.脉冲电源 D.稳恒电源 答案：B 解析：变压器基于电磁感应原理，需用交流电源，选B。 8.某变压器将8Ω负载变换为200Ω，其变比为（ ）。 A.5:1 B.1:5 C.25:1 D.1:25 答案：A 解析：阻抗比Z1/Z2=K2，故K=√200/8=5:1，选A。 9.简述变压器的工作原理。 答案：变压器利用电磁感应原理工作。当一次绕组接入交流电源，产生交变磁通，通过铁芯耦合到二次绕组，在二次绕组中感应出电动势。根据匝数比K=N1/N2，实现电压变换。能量通过磁场传递，理想情况下输入功率等于输出功率。 10.如何测定变压器绕组的极性？ 答案：常用直流法：将直流电源接一次绕组，毫伏表接二次绕组。闭合开关瞬间，若表针正向偏转，则电池正极与毫伏表正极对应同名端。交流法：将两绕组串联，加交流电压，测量总电压。若总电压为两绕组电压之和，为反极性串联；若总电压为差值，为同极性串联。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点掌握欧姆定律、基尔霍夫定律及变压器变比、效率公式。通过典型例题加深理解，如计算串并联电路参数、分析变压器空载/负载运行特性。 2.熟练推导变压比、变流比、效率等公式，结合实际问题（如负载变化对电压的影响）进行计算训练。 3.动手操作变压器绕组极性测定、变比验证等实验，将理论知识转化为实践能力。分析实验数据时，注意误差来源（如漏磁、铁芯损耗）。 4.整理历年真题，归纳高频考点（如变比计算、效率分析、连接组别）。针对选择题，掌握干扰项排除技巧；简答题需逻辑清晰，突出关键点（如工作原理的电磁感应过程）。 5.限时完成模拟卷，提高答题速度与准确率。重点突破薄弱环节，如三相变压器连接组别、复杂电路分析等，通过错题复盘巩固知识。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$