交流电机绕组绕线、嵌线和接线工艺
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交流电动机分为交流同步电动机和异步电动机两大类,其中,每一大类又分单相和三相两类;同步电动机中还可以依据其励磁磁场由励磁绕组通入直流电产生,还是由永久磁铁产生,分为电励磁同步电动机和永磁同步电动机两种;异步电动机中的三相异步电动机,还可以根据其转子是笼型的还是绕线式的,分为笼型异步电动机和绕线转子异步电动机;单相异步电动机的分类更多,有电阻分相式、电容分相式(含单电容起动、单电容起动并运行和双电容共三种不同的类型)、罩极分相式、串励式等。

在生产或修理上述电动机(以下简称电机)时,绕组(含定子绕组和转子绕组)的绕制、嵌入铁心槽内、端部整形绑扎、接线这一系列的工作,是电机生产或修理的核心工作,在很大程度上,决定了一台电机质量的好坏。对于电机修理行业来讲,这些工作占据了绝大部分工作量。因此,不论是电机生产厂还是电机修理厂,都对这些工作给予高度的重视。

在电机绕组的绕制(简称绕线)、嵌入铁心槽内(简称嵌线或下线,其中“下线”在生产中最常用)、端部整形(简称整形)和绑扎、绕组内部接线和引出线这一系列工作中,嵌线过程涉及的技术最复杂,耗时也最长。

对于相对简单的绕组形式(主要是单层绕组和集中绕组),现在已有全自动或半自动机械设备用于生产中。其优点是:生产效率明显高于人工操作;产品外观和性能一致性较高。其缺点是:设备投资大;对铁心槽口较小、绕组端部较短、槽满率较高的电机不适用;对双层叠绕组、单双层绕组、多套(一般为两套)变极多速电机绕组,改型试制的电机绕组等,目前还没有合适的设备,或者说还需要人工操作。对于电机修理单位(特别是众多的个体和小型民营修理单位),由于投资较少、产品批量小(经常是一两台)、品种多,一般还是采用人工操作的方式。

人工嵌线要求操作人员具备熟练的专业技能,以往,这些专业技能一般都是以“师傅带徒弟”的方式相传的。在行业中,有些方法和技巧是通用的,有些则会因师傅的操作习惯不同而有些差异,在1994年9月,作者曾观摩过我国电机协会在北京电机总厂进行的一次全国三相交流电机散嵌绕组嵌线技能比赛。对于嵌线时绕组出线端是在左手边还是在右手边的问题,我国北方大部分单位和南方一些单位就有所不同,北方一般为右手边,而南方一些单位为左手边。为了统一标准,比赛组织者决定按右手边出线的方式进行操作。这给参赛的南方选手出了个不大不小的难题,他们只好在赛前改变多年的“习惯”,用了10多天的时间练习右手出线的操作方法。转过年来,又在南方某厂组织了一次同样的技能比赛,可想而知,也给北方大部分参赛人员带来了一定的准备工作量。

另外,在技巧方面,可以说也各有“高招”。其中在操作技术难度较大的单层绕组“一相连绕、掏包下线”(其中的“包”是对线圈的俗称,也称为“把”。该工艺又分为“先掏后下”和“边掏边下”两种。另外,关于“掏包”,还有人叫作“穿线”)操作上体现得最明显。

据作者对国内几十家电机生产企业的现场观察和与技术人员的交流,在绕组嵌线工艺方面,大部分存在工艺文件描述简单,甚至有的没有实质性内容的问题,其中“一相连绕、掏包下线”工艺文件则很少看到。如前所述,现场工人的操作几乎都是师傅手把手教会的。对此,有工人说:“太难了,绕得慌,昨天刚学会,今天又不知怎么掏了”。

作者见到过几本电机制造工艺学方面的书籍,书名为《电机制造工艺学》的有1988年和1989年的早期版本,也有2018年出版的近期版本,其中对电机绕组绕线和嵌线工艺都是进行了简单的介绍,不能完全满足现场操作要求;有一本1992年出版书名为《电机嵌线工艺学》(初、中、高级合订本)的电机行业专业工人技术理论培训教材,相对地讲,对电机绕组嵌线工艺介绍得比较详细,但还是只讲了一些普通的通用内容,对本书前面提到的“一相连绕、掏包下线”工艺,该书中称其为“单层绕组穿线(即掏包,后同)嵌线工艺”,并给出了下面一段话:“上述三种单层绕组的嵌线方法,所用连线较长,连线之间可能出现交叉现象。采用极相组串联绕制的线圈(每相只有一组线圈),在嵌线时,把三相绕组按一定规律穿线,然后再把线圈按次序嵌入槽内。采用这种穿线、嵌线工艺时,可以节省接线和焊接工时,节省铜线,而且线圈端部也很整齐。”

这段话中的“上述三种单层绕组嵌线方法”中的“三种单层绕组”是指同心式、链式和交叉链式三种形式的单层绕组,“嵌线方法”是指以每个极相组全部线圈单独嵌线的普通方法;“采用极相组串联绕制的线圈(每相只有一组线圈)”就是前面所说的“一相连绕”;“在嵌线时,把三相绕组按一定规律穿线,然后再把线圈按次序嵌入槽内”就是前面所说的“掏包下线”工艺中的两种操作方法之一——“先掏后下”。

这段话的意义在于肯定了“一相连绕、掏包下线”工艺的优点。但它作为一本专讲电机嵌线工艺的书,为什么没有给出作者和大家都认为有很多优点的嵌线工艺的操作方法内容呢?作者猜想,可能是因为这种操作方法比较复杂,或者说难度较大,只用文字很难表达清楚,必须配以大量的图片。这就给编写这种嵌线工艺的内容带来了一定的难度。加之有的编写生产工艺书籍的人员不是现场实际操作人员,对这种以“师傅带徒弟”传授方式的现场操作,很可能是一知半解的,故难以下笔。

作者在多年前就有一个设想,即将交流电机绕组的绕制、嵌线、接线和整形工艺编写成一本书(当然要包括前面已讲了很多的“一相连绕、掏包下线”工艺),因种种原因,虽然一直在积累相关素材(最主要是需要在不同的现场录制视频),但至今没有完成,并且错过了在电机厂任职期间的有利机会。

今年终于下定决心,一定要完成这一夙愿,为电机行业做一点点贡献。于是和行业内在岗和离岗的多个朋友提出这一想法,并请求给予帮助。各位朋友一致表示赞同和支持。皖南电机厂总工程师孙跃、副总经理徐权和河北顺华机电股份有限公司总经理田聚良表示无条件的全力配合;原河北科技大学孙克军教授提供了他编写的《交流异步电机修理速成》中的相关内容;原河北邢台防爆电机厂技术副厂长赵鹤翔提供了他亲自编写的部分工艺文件和摄制的现场操作视频;无锡欧瑞京电机有限公司领导和工程质量部部长王磊、车间主任吴黄超、工艺工程师丁文琪等在其生产现场操作人员的大力配合下,录制了大量的视频,并进行了编辑制作。这在很大程度上坚定了作者以高质量完成这项工作的信心。

另外,作者在网上看到了一些电机嵌线视频,对编写这本书有很大的帮助,弥补了作者以前录制视频中有头无尾和有尾无头的缺陷,节省了大量现场采集素材的时间。

在本书出版之际,向各位给予作者帮助的朋友们(包括直接提供资料和现场条件以及上传视频的朋友)表示衷心的感谢!同时请各位读者对本书中描述不准确甚至错误的内容给予批评指正,以便有机会再版时进行修改和完善。

主编 才家刚