電機繞組是將線圈內的導線放置在齒槽內,齒槽通常被包裹在一個有涂層的柔性鐵磁芯,以形成磁極。電機有兩種基本的磁極配置,即凸極和非凸極。定子繞有對應于電能相位的成對線圈,2相感應電動機定子有2對線圈,每對線圈對應一個交流兩相。
每對線圈串聯在一起,對應電磁鐵的相對磁極。一個線圈對應一個N極,另一個對應一個S極,另一對線圈在空間上與第一對線圈成90°。如果是兩相電機,這對線圈與時間偏移90°的交流線圈相連,電機繞組圖如下所示。
繞組的連接方式
在凸極電機中,磁極可以由繞在磁極面下的繞組產生,在非凸極結構中,繞組可以分散在極面槽內。一般的罩極電機,包括繞著支撐磁場相位的極部放置的繞組。有些類型的電機包括導體,導體有較厚的金屬薄片組成,金屬條一般是銅的或鋁的材質制作。根據電機所使用的起動方法的類型,電機的三相繞組以星形或三角形連接。像鼠籠這樣的電機可以通過星形連接到三角形的定子上,頻繁地在軌道上運行。
兩相電機和三相電機的繞組都安裝在定子槽中,線圈纏繞在外部固定裝置上,然后纏繞到槽中,夾在線圈外圍和槽之間的絕緣層可防止磨損。繞組由繞在鐵芯上的銅線制成的,用來制造或獲得電磁能。最常用的繞組材料是搪瓷油漆包裹的銅或鋁線,包括槽中的一組線圈以及在繞組邊緣區域的齒槽。
在大型電機中,磁極繞組被分成幾束相同的線圈,這些線圈被插入比較小的槽中,該組稱為相位帶(見下圖)。相位帶的分布線圈抵消了一些奇次諧波,在磁極上產生了正弦的磁場分布。由于相位帶可以重疊,磁極邊緣的槽的匝數可能比其他槽的少,邊緣槽可能包含兩相繞組。
旋轉磁場是由兩個相互成直角的線圈產生的,由90°異相電流驅動,三個繞組相隔120°放置在空間中,并由相應的120°相電流供電,也會產生旋轉磁場, 當90°相位正弦波從(a)點到(d)點移動時,磁場逆時針旋轉(圖a-d),
定子旋轉磁場的旋轉速度與每相極對數有關,下面的“全速”圖共有6極或3極對和3相,每相只有一對極,磁場將每一個正弦波周期旋轉一次。
在60HZ的情況下,磁場以每秒60次或每分鐘3600轉(轉/分)的速度旋轉,對于50HZ,它以每秒50轉或3000轉的速度旋轉。如果把電機的磁極數加倍,同步速度就被減半,因為磁場在空間中旋轉180°,產生360°的正弦波。
為了有效地將電子換相的多極三相電機的極槽緊密地纏繞在一起,它們將被涂絕緣層,并用針繞組法直接纏繞。帶有噴嘴的針與運動方向成直角,以提升運動的方式移動,通過定子組穿過電機兩個相鄰極之間的槽道,將導線落在所需位置。
然后,將定子在繞組頭上的反轉點轉動一個齒距,以便前一個過程可以按相反順序再次運行。利用這種纏繞技術可以實現特定的層結構,缺點是兩個相鄰的電極之間必須有間隙,間隙的大小至少為噴嘴直徑,噴嘴直徑大約是繞線直徑的三倍。相鄰兩極之間的空間不能完全填滿,下圖為直角繞組方式。
繞針技術的優點是,承載導絲嘴的針支架通常與數控坐標系耦合,這樣可以使噴嘴通過空間朝著定子移動。這樣,除了正常的提升運動和定子的旋轉之外,還可以執行鋪設運動。由于銅絲以90°的角度從銅絲導向噴嘴拉出,只能在有限的范圍內定向放置銅絲。
由于導絲噴嘴可以在整個齒槽內自由移動,因此如果配備了額外的旋轉裝置,噴嘴可以在接觸點處終止導線。與傳統的線性繞組技術一樣,接觸針或鉤形觸點可以緊密接觸于運動面,適用于星形連接或三角形連接中的單極互連,下圖為角度為45°繞組方式。
旋轉運動與行程運動需要精確同步,以便在上下運動期間針不會接觸槽道,影響最大繞線速度的變量有:針行程、定子旋轉角度(極數)、線徑、槽道寬度、斜槽定子螺旋角。由于導線導管和針支架運動方式是高加速度,這會導致不必要的振動,影響繞組質量。提升運動質量通常由滾珠絲杠產生,在此移動過程中,伺服驅動器必須不斷反轉,以滿足導線導管的反方向移動。
結論
利用針式繞線技術,可以生產成品組件,例如定子線圈或連接件。除了磁極之間未充分利用的空間外,與傳統的拉入技術相比,還可以將具有良好填充系數的電機線圈纏繞到較低的定子疊片的高度(卷取機頭高度)上。
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原文標題:【干貨】什么是電機繞組針式繞線技術?
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