[科普中国]-转子绕组

电机的电枢中按一定规律绕制和连接起来的线圈组称为转子绕组。它是电机中实现机电能量转换的主要组成部件之一。组成电枢绕组的线圈有单匝的,也有多匝的,每匝还可以由若干并联导线绕成。线圈嵌入槽内的部分称有效部分，伸出槽外的部分称做连接端部，简称端部。1

简介电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。电枢绕组分直流电枢绕组和交流电枢绕组两大类。它们分别用于直流电机和交流电机。 通常采用双层绕组。线圈的有效部分包含左、右两个有效边。放在槽内且靠近槽口的有效边叫上层边，靠近槽底的有效边叫下层边。同一槽中上下层间用绝缘纸隔开。同一线圈上下两有效边沿圆周方向的距离即为线圈的跨距，通常用槽距（两相邻槽间距离）的倍数表示。跨距约等于一个极距（相邻两磁极的距离，也常用槽距的倍数表示）。2

主要分类直流电枢绕组分叠绕组、波绕组和蛙绕组3种。每个线圈的两个出线端连接到换向器的两个换向片上，两者在换向器圆周表面上相隔的距离称为换向器节距，用Ys表示。不同形式的绕组具有不同的换向器节距。

叠绕组有单叠绕组和复叠绕组之分。单叠绕组是将同一磁极下相邻的线圈依次串联起来，构成一条并联支路，所以对应一个磁极就有一条并联支路。单叠绕组的基本特征是并联支路数等于磁极数。各条支路间通过电刷并联。单叠绕组线圈的换向器节距Ys=1。Ys>1者称复叠绕组。比较常用的是Ys=2的复叠绕组，又称双叠绕组。双叠绕组在一个磁极下有两条并联支路。例如一台四极直流电机，采用双叠绕组时,共有8条并联支路。各条支路间也是通过电刷并联。电刷组数等于电机的极数。其中一半为正电刷组，另一半为负电刷组。叠绕组的并联支路数较多，它等于极数或为极数的整倍数，所以又叫并联绕组。3

波绕组有单波绕组和复波绕组。单波绕组的特点是将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来，形成一条并联支路。所以整个电枢绕组只有两条并联支路。波绕组线圈的换向器节距式中P为磁极对数;k为换向片数；a为使Ys等于整数的正整数，它等于波绕组的并联支路对数。单波绕组的a=1，而a=2的复波绕组称双波绕组,它可以看成是由两个单波绕组并联而成的复波绕组,故有4条并联支路；a>2者可类推，但用得很少。波绕组从并联电路连接原理上说,只需两组电刷,即一组正电刷和一组负电刷。然而，通常直流电机中波绕组的电刷组数仍然等于其极数，这是为了减轻电刷和换向片接触面上的电流负荷，从而可以缩短换向器的长度。此外，对线圈电流的换向也有好处。直流电枢绕组常由于某种原因造成各并联支路的电流不均匀分配,使铜耗增加,电枢绕组过热；有时也会使电刷下发生有害的火花，给电机运行带来不利影响。将电枢绕组内部理论上的等电位点用导线直接连接，就可以改善电机的运行条件。专门为此而设置的连接导线称为均压线。3

蛙绕组由适当配合的叠绕组和波绕组混合而成的一种直流电枢绕组。叠绕组和波绕组的线圈接在同一换向器上并联工作。由于其线圈组合的外形很像青蛙而得名。这种绕组因波绕组线圈和叠绕组线圈之间互相起着均压线作用，故无需另外加接均压线。采用蛙绕组的直流电机有良好的运行性能，故其应用日益广泛。电枢绕组是直流电机的核心部分。当电枢在磁场中旋转时，电枢绕组中会感应电动势，当电枢绕组中有电流流过时，会产生电枢磁动势，它与气隙磁场相互作用，又产生电磁转矩，电动势与电流相互作用，吸收或放出电磁功率，电磁转矩与转子转速相互作用，吸收或放出机械功率。二者同时存在，构成电磁能量与机械能量的相互转换，完成直流电机的基本功能。因此，电枢绕组在直流电机中起着重要的作用。3

常见故障及处理方法接地故障转子绕组接地是发电机运行中较易发生的故障，又是严重影响发电机安全运行的故障。正常运行状态下，发电机转子绕组对地之间有一定的绝缘电阻与分布电容。其绝缘电阻一般大于1Ω，水冷绕组转子因有绝缘引水管，在通水状态下的绝缘电阻仅为数千欧。因某种原因绝缘电阻严重下降或对地绝缘损坏时，最常见的即是一点接地故障。此时，因未形成电流回路，对电机运行尚无直接影响。但是，一点接地故障存在后，如切合励磁开关及发电机出口断路器，或发生其他运行事故，转子回路产生过电压时，将有可能导致另外的接地点出现形成，严重威胁发电机安全运行的两点或多点接地事故。此时，发电机将出现不同程度地振动加剧、机组大轴磁化、局部烧损转子绕组绝缘及转轴的严重后果。4

处理方法：

对接地故障的处理方法是，更换有关部位的绝缘材料。具体做法是：将汽侧护环下25、26槽线包间的绝缘碳化物以及25、26槽第1匝至第4匝间的绝缘碳化物清除干净，并用吸尘器反复吸3～5遍，然后用清洗剂清洗2～3遍后换上新的绝缘层和绝缘垫块。将原先松动的6块绝缘垫块进行更换和位置调整，并使松紧程度恰当。4

匝间短路故障发电机转子绕组匝间短路故障是其运行中的一种常见故障。严重时将会影响发电机的无功出力，如是不对称的匝间短路会导致发电机组振动加剧，也可能进一步导致转子绕组对地绝缘损坏，进而发展成为接地故障，对发电机组本身的安全稳定运行构成很大的威胁。4

处理方法：

1．确定短路匝数与位置

当转子绕组发生匝间短路时，必须进行有关的检验，确定短路匝数及位置。根据现场经验，转子绕组常存在不稳定的匝间短路。当转子静止或拉出护环后，由于线匝弹起，匝间短路消失，但装上护环或转子运行时，匝间短路仍然存在。为消除此隐患，必须寻找出不稳定的匝间短路点。这时可用几十对专用压板夹在绕组端部及拐角处，如图3所示，对绕组逐个逐点加压，模拟护环的热套紧力和绕组运行中产生的离心力，然后通过电压降法逐个试验，就可找出故障点。 4

2．对故障点处理

匝间短路点找出之后，可用圆钢做的L形工具将短路匝略微撬开一点，如图4所示，将损坏的绝缘清理干净，在线匝之间垫以刷有硅有机漆作黏合剂的云母板，然后压平撬开的线匝即可。

3．检查与装复

匝间绝缘全部处理完好后，应再次检查绝缘情况，合格后，清理、检查端部各处无遗物，按原记号装好端部垫块，在绕组表面喷一层防油绝缘漆。最后装复护环、中心环和风扇等。4

本词条内容贡献者为:

李岳阳 - 副教授 - 江南大学