专题二十九 单相异步电动机的绕组（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题二十九 单相异步电动机的绕组 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 某单相异步电动机定子槽内每层仅嵌放一个线圈边，该绕组属于哪种类型？简述其核心结构特点 正弦绕组的设计目的是什么？其通过何种方式实现该目的？ 与单层绕组相比，双层绕组在电磁性能上有何优势？请列举两点 考纲解读—考试要求 能结合电机的性能需求（如低噪声、高效率），判断应选用何种绕组类型。 理解不同绕组的电磁性能特点（如双层绕组的磁势波形、正弦绕组的谐波抑制效果）。 能根据“线圈边层数”“线圈排列方式”等特征，准确区分单层、双层及正弦绕组，掌握三类绕组的核心结构差异。 4 考纲解读—易考题型 简述控制单相异步电动机的单层绕组与双层绕组的主要区别 简答题 结合当前智能家居、汽车电子等领域，谈谈单相异步电动机绕组的发展趋势及对这些领域的影响 论述题 下列中，属于单相异步电动机的绕组的是（ ） 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 2.单层交叉式绕组 这种绕组节距准必为偶数,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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、单层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、双层绕组 知识点梳理和重点概念复习 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匝数不等,线圈匝数按正弦规律分布,可得到理想的正弦波形的磁场。 三、正弦绕组 知识点梳理和重点概念复习 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)中准得到广泛应用。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。 三、正弦绕组 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：极距=定子槽数÷磁极数=24÷4=6，即相邻磁极中心线之间相隔6个槽。 1.双层绕组中，若定子槽数为24，磁极数为4，则极距为（ ） A. 4 B. 6 C. 8 D. 12 17 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：正弦绕组通过匝数的正弦分布，使气隙磁场更接近理想正弦波，从根本上改善电磁性能。 2.正弦绕组改善电机性能的本质是（ ） A. 增加线圈匝数 B. 优化磁场波形 C. 减小线圈电阻 D. 增加磁极对数 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：单层同心式绕组中，同一极相组的外圈线圈跨距更大，需更多匝数以保证磁场强度均匀；内圈线圈跨距小，匝数相应更少。 3.层同心式绕组的线圈匝数特点是（ ） A. 所有线圈匝数相同 B. 同一极相组内，外圈线圈匝数多，内圈少 C. 同一极相组内，内圈线圈匝数多，外圈少 D. 匝数随机分布 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：双层绕组嵌线需先嵌入下层线圈边并固定，再放置层间绝缘，最后嵌入上层线圈边，此顺序可保证嵌线质量和绝缘可靠性。 4.双层绕组嵌线时，通常的先后顺序是（ ） A. 先嵌上层线圈边，再嵌下层线圈边 B. 先嵌下层线圈边，再嵌上层线圈边 C. 上层和下层线圈边同时嵌线 D. 无固定嵌线顺序 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：正弦绕组的设计核心是让线圈匝数沿定子圆周分布符合正弦函数规律，在磁极中心处匝数最多，中性线处匝数最少，以模拟正弦磁场。 5.下列关于正弦绕组匝数分布的说法，正确的是（ ） A. 磁极中心处匝数最少 B. 磁极之间的中性线处匝数最多 C. 匝数随定子圆周按正弦曲线规律增减 D. 所有极相组的匝数完全相同 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：单层绕组每个槽仅1个线圈边，双层绕组每个槽2个线圈边，因此相同槽数下，单层绕组的导体总数（线圈边数量）更少。 6.单层绕组与双层绕组相比，在相同定子槽数下，其导体总数通常（ ） A. 更多 B. 更少 C. 相同 D. 无法比较 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：整节距绕组的线圈边恰好对应磁极的正、负半周，无法抵消谐波磁场，导致谐波成分较强；短节距绕组可通过线圈边错位削弱谐波。 7.双层绕组中，若采用节距等于极距的“整节距”，其主要缺点是（ ） A. 线圈匝数过多 B. 谐波磁场较强 C. 嵌线难度大 D. 绕组电阻过大 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：正弦绕组需按规律设计不同匝数的线圈，绕制和嵌线工艺比普通均匀绕组复杂，导致制造成本上升，因此多用于对性能要求高的电机，而非所有场景。 8.正弦绕组之所以不适用于所有单相异步电动机，主要原因是（ ） A. 制造工艺复杂，成本较高 B. 会增加电机重量 C. 无法用于单层绕组 D. 会降低电机转速 24 常考习题练习与讲解—填空题 答案：1/2 解析：单层绕组总线圈边数等于定子槽数，每个线圈含2个线圈边，因此线圈数为槽数的一半。 1.单层绕组的线圈数为定子槽数的______。 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：矩形 解析：双层叠式绕组的线圈需依次叠放于定子槽内，矩形结构适配该安装方式，便于嵌线和固定。 2.双层叠式绕组的线圈形状通常为______。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：定子槽数 解析：极距是相邻两个磁极中心线之间的槽数，需通过定子总槽数和磁极数量计算得出。 3.极距的计算公式为极距=______÷磁极数。 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：更高 解析：正弦绕组减少了谐波引起的额外损耗，提高了磁场利用率，因此电机效率高于普通均匀绕组。 4.正弦绕组的效率通常比普通绕组______，因谐波损耗更小。 28 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：同心式绕组的结构特征就是同一极相组的多个线圈呈同心圆环排列，匝数和半径各不相同。 1.同心式绕组中，同一极相组的线圈圆心相同、半径不同。（ ） 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：正弦绕组的匝数在磁极中心处最多，中性线（磁极之间）处最少，以模拟正弦磁场分布。 2.正弦绕组的匝数在磁极中心处最少，中性线处最多。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：双层绕组嵌线需先嵌下层线圈边，固定后放置层间绝缘，再嵌上层线圈边，确保绝缘可靠。 3.双层绕组的嵌线顺序通常是先嵌上层线圈边，再嵌下层线圈边。（ ） 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：正弦绕组需按规律设计不同匝数的线圈，工艺复杂、成本较高，多用于对性能要求高的精密电机，普通民用电机多采用常规绕组。 4.正弦绕组虽性能好，但因制造复杂、成本高，不适用于普通民用电机。（ ） 32 常考习题练习与讲解—简答题 答案：层间绝缘的作用是隔离定子槽内上下层属于不同线圈的线圈边，防止上下层线圈边短路；槽绝缘的作用是隔离线圈与定子铁芯，防止线圈因接触铁芯而发生接地短路故障。 1.双层绕组中设置层间绝缘和槽绝缘的作用分别是什么？ 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：绕组的节距是指线圈两个有效边之间相隔的定子槽数。双层绕组采用短节距的好处是：能有效抵消线圈产生的谐波磁场，改善气隙磁场的正弦度，减少谐波损耗，降低电机运行时的振动和噪声，提升电机的电磁性能。 2.什么是绕组的节距？双层绕组采用短节距有什么好处？ 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：正弦绕组不适用于所有单相异步电动机的主要原因是其制造工艺复杂、成本较高。正弦绕组需要按正弦规律设计和绕制不同匝数的线圈，嵌线时需严格对应位置，相比匝数均匀的普通绕组，生产效率低、成本高，而普通民用小功率电机无需如此高的性能，采用常规绕组即可满足需求。 3.为什么正弦绕组不适用于所有单相异步电动机？ 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：选择绕组类型时需考虑的主要因素包括：电机的功率大小（小功率可选单层，大功率选双层）、性能要求（对平稳性、噪声要求高可选正弦绕组）、制造成本（单层、普通绕组成本低，双层、正弦绕组成本高）及制造工艺难度（单层工艺简单，双层、正弦绕组工艺复杂）。 4.选择单相异步电动机绕组类型时，需考虑哪些主要因素？ 36 重点复习知识点： 1. 单层绕组：定子槽内每层仅嵌一个线圈边，结构简单、绕制及嵌线方便，成本低，但绕组分布不够均匀，电磁谐波较大，多用于小型、低性能要求的单相异步电动机。 2. 双层绕组：定子槽内上下层各嵌一个线圈边，线圈节距可灵活调整，磁势波形更接近正弦波，电磁噪声小、效率高，但绕制和嵌线工艺复杂，适用于对性能要求较高的电机。 3. 正弦绕组：通过合理设计线圈的匝数分布（如中间槽匝数多、两边槽匝数少），使磁势分布更接近正弦曲线，能有效抑制谐波，降低损耗和噪声，是提升电机性能的优化绕组形式。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 37 $