线圈制造技术.docx

1、线圈制造技术线圈制造技术第一节 概述在电机实现能量转换过程中，绕组起着极为重要的的作用。当绕组在磁场中旋转时，绕组将产生感应电势；当绕组中有电流流过时将产生磁场；如果在磁场中，绕组中有电流流过将产生电磁转矩。所以，电机绕组按其用途分，有电枢绕组和磁极绕组。绕组是由按一定的规律连接起来的许多绕组元件组成的，能独立存在的绕组元件也称为线圈。直流电机的电枢一个槽内是把几个相邻绕组元件用绝缘材料组合包扎起来就成为一个整体称为直流电枢线圈。一般一个绕组元件有两个出头，直流电枢线圈的出头是由放在同一个电枢铁心槽内的相邻线圈元件数决定的。根据电机的性能和使用范围的不同，线圈的结构和制造方法也各不相同。按线圈

2、的外形和制造方法分，有硬绕组（成型绕组）和软绕组（散嵌绕组）。一般用扁电磁线、铜扁线制成的绕组为硬绕组，在大、中功率的直流和交流电机中广泛采用硬绕组；用圆电磁线绕制成的散嵌绕组为软绕组，主要用于中、小功率的异步电机和励磁电机。线圈主要由导电材料和绝缘材料两大类材料制作成的。在牵引电机线圈中所用导电材料全部采用铜导线，所用的绝缘材料的耐热等级大部分采用H级，目前越来越多的电机采用200级。线圈在制作过程中根据企业能力和水平的不同，采用的制造方式也不同。线圈制造的方式有：机械制造、半机械制造或手工制造。靠的是非标设备和专用工装、模具，用手工来完成的。随着电机体积功率的不断加大，对线圈制造精度的要求

3、也越来越高。要严格控制线圈制造各工序质量，才能保证下工序电机装配要求。为了提高线圈的规整性和一致性，机械制造是线圈的发展方向。线圈在制造过程中要注意防止毛刺的产生，各生产环节尽可能避免对导线和绝缘的损伤。否则，易造成线圈匝间短路和电机对地击穿。 电机在运行过程 中线圈将受到电磁作用、热作用、机械振动作用以及环境因素的影响，因此，不断采用先进的制造技术，进一步完善和提高线圈制造工艺水平，对提高线圈制造质量和牵引电机运行的可靠性有着重要的意义。直流电机绕组线圈的主要类型有：励磁线圈、换向极线圈（附加极线圈）、补偿绕组线圈、均压线和电枢线圈；交流电机绕组线圈的主要类型有：电枢线圈、励磁线圈。1.直流

4、电枢绕组直流电机电枢绕组是由线圈元件、换向器、电刷组合的整体。直流电枢绕组有以下几种类型：单叠绕组、复迭绕组、单波绕组、复波绕组及混合绕组。其中单叠绕组和单波绕组是最基本的。各种绕组的差别关键在于他们的联接规律。绕组元件的联接规律，是通过节距来确定的。各种绕组有不同的特点，主要区别在于从电刷外看进去，绕组元件联接成不同数目的并联支路。不同的并联支路数在一定程度上反映了电枢可以通过电流的大小。从结构上讲，一个直流电枢线圈从外形上看分鼻部、直线部、前端接、后端接等部分1.1极距和节距1.1.1极距（）在电枢外圆上相邻两主极中心线的距离，称为极距。极距可用外圆弧长表示其公式为：；有时也用实槽数表示。

5、1.1.2节距的定义所谓节距是指被连接起来的两个元件边或换向片之间的距离。我们把电枢铁心上所开的放置电枢绕组的槽称为实槽；每个实槽内每层包含几个元件边，为了说明每个元件边所处的具体位置，把每个元件边称一个虚槽，就是把实槽看成有几个虚槽所合成。（1）第一节距也称后节距：是一个元件的两个有效边在电枢表面上所跨的距离，也称线圈的跨距。用实槽数来表示，所以应等于整数。为了使直流电机产生较大的感应电势或产生较大的电磁力矩，第一节距应等于或近于一个极距。时，称为“长距”绕组，时，称为“短距”绕组。（2）第二节距：是相串联在一起的两个元件中，第一个元件的下元件边到第二个元件的上元件边之间在电枢表面上所跨的距

6、离，用虚槽数来表示。（3）合成节距y：是相串联在一起的两个元件的对应边在电枢表面上所跨的距离。用虚槽数来表示（4）换向节距：每一个元件的首端和尾端所联接的两个换向片之间在换向器表面上的距离。以换向器的片数表示。1.2绕组的形式（1）单叠绕组：特点是每一绕组元件的两个线端接到两相邻的换向片上，而且位置相邻的两个元件是依次相串联的。它的换向节距和合成节距均等于1。单叠绕组是将同一磁极下相邻的元件依次串联起来，所以单叠绕组的并联支路数等于电机的磁极数。（2）双叠绕组：与单叠绕组的不同点决定于换向节距，2，就成了双叠绕组。并联支路数将是单叠绕组的两倍。（3）单波绕组：特点是每一元件的两个线端接到的换向

7、片相隔较远，相串联的两个元件也相隔较远呈波浪形，故称波绕组。它与叠绕组的区别，是在换向节距上，由于两个相串联的元件的感应电势应是同方向的，则两个相串联的元件对应边应处在同极性磁极下，因此换向节距约等于两个极距。它的第一节距与叠绕组一样，近于或等于一个极距。（4）复波绕组：如果波绕组的元件在电枢表面和换向器上绕过一周之后，不是落在与起始换向片相邻的换向片上，而是落在与起始换向片相距两片的换向片上，这样就成为双波绕组。（5）蛙式(混合)绕组：是由叠绕组和波绕组混合组成，线圈其形状像蛙，所以称为蛙式绕组。这种绕组本身就具有完善的均压作用，可节省均压线。大容量直流电机多采用。（6）电枢绕组的均压线:：

8、 直流电机的电枢绕组都是由两条或几条支路组成的。在理想的情况下,各支路内感应电势的大小应该相等。电枢电流也应均匀地分配在各支路内。但在实际的电机中，由于各种制造和运行因素使各支路电流分配不均。如果电枢绕组的各支路间联有均压线进行均衡，可以消除各支路电流分配不均的现象。常用的均压线有两种：甲种均压线和乙种均压线。1）甲种均压线：适用于单迭绕组。特点是将电枢绕组中理论上电位相等的点用导线连接起来。把绕组中所有等电位点都连接起来的称为全额均压线；把部分等电位点在换向器端连接起来的为部分均压线。在牵引电动机中，电力机车的脉流牵引电动机和ZD108型直流牵引电动机采用了全额均压线，其他电机采用了部分均压

9、线。2）乙种均压线：单波绕组由于只有两个支路容易均衡，只有复波绕组才使用均压线.。2.补偿绕组大容量的脉流牵引电动机换向困难，为了提高电机的可靠性，减少换向元件中的变压器电势，通常设置补偿绕组。补偿绕组流过负载电流，借以抵消电枢绕组中流过负载电流时造成的磁场畸变。补偿绕组多为同心式绕组跨接在两个主磁极极面，中心与换向极中心重合。3.交流电机电枢绕组3.1几个基本概念（1）感应电动势的频率f：等于。（2）同步转速：即当电源频率一定时电机的转速为一恒定值，这个值称为同步转速。我国电网频率为工频f50Hz。（3）槽电动势星形图：当把电枢上个槽内导体按正弦规律变化的电动势分别用矢量表示时，这些矢量构成

10、一个辐射星形图，称为槽电动势星形图。（4）槽距电角：相邻两槽间的距离以电角度表示时，称为槽距电角。p电机的极对数；Z电枢槽数。（5）分相和每极每相槽数：所谓分相，就是在星形图上划分各相所属槽号。分相的原则是使每相电动势最大，且三相电动势对称。为了使三相电动势相等，每极每相槽数是指每相在每极下应占有相等的槽数，以q表示； m相数。（6）相带：每极下各相所占的电角度数称为相带（一般为60相带）。（7）交流电机极距：极距以槽数计算时，；（8）绕组的整距、短距和长距：绕组的节距y1表示，当y1时称为整距绕组；当y1时称为长距绕组。为了改善电动势波形以及节省材料，通常采用短距绕组。3.2交流电机电枢绕组

11、的分类（1） 按定子绕组形成的磁极数分类：）凸极式绕组：每个线圈组形成一个磁极的绕组。每相绕组的线圈组数与电机的磁极相等,每相相邻的两个线圈组的连接方式必须是反接串连，即“头接头”“尾接尾”。2）隐极式绕组：每个线圈组形成一对磁极的绕组。每相绕组的线圈组数为电机的磁极数的一半，因为另一半磁极由线圈组产生的磁通共同形成。线圈组的连接方式必须是顺接串连，即“尾接头”。（2）按定子绕组的形状与嵌装方式分类：可分为集中绕组和分布绕组。采用分布绕组的电机定子，一般有几个线圈按照一定的规律嵌装布线组成线圈组。根据嵌装布线排列形式的不同，又可分为同心式和叠式两种类型。牵引电机一般采用分布绕组。1）同心式绕阻

12、：同心式绕阻是由几个大小不同的线圈，按一个中心位置嵌装成回子形状的线圈组。同心式绕组可根据不同嵌装方式形成双平面与三平面绕组。小功率电动机多采用同心式绕阻。2）叠式绕阻：叠式绕阻是由形状相同的线圈，分别以每槽嵌装一个或两个线圈边,并在槽外端部逐个相叠均匀分布的形式。根据每槽内嵌装的线圈边数的不同, 叠式绕阻又分单层叠式绕阻和双层叠式绕阻两种。由于嵌装布线方式的变化不同，单层叠式绕阻又可分为单层链式、单层交叉式、和单双层混合绕组。一般三相电机的定子绕组较多采用叠式绕阻。第二节 线圈结构分类1.电枢线圈电枢线圈按其结构和制造工艺的不同，可分为成型线圈（硬绕组）和散嵌线圈（软绕组）。1.1硬绕组（成

13、型线圈）直（脉）流、交流异步牵引电机电枢线圈都采用成型线圈，直（脉）流牵引电机电枢线圈属于单匝成型绕组。成型线圈一般为绝缘扁铜线制成的，较容易保持一定形状。直（脉）流牵引电机电枢线圈大部分采用单叠绕组，如ZQDR410、ZD106、ZD8001、ZD105等电机都是单叠绕组。GY27直流辅助电机为单波绕组。ZQDR1350直流牵引发电机为蛙式绕组。为了降低损耗改善散热电枢线圈按其在铁芯槽内的排列方式又可分为：竖放、交叉竖放和平放三种方式。交流定子线圈根据线圈的绕制形状与嵌装布线方式不同可分为集中式绕组和分布式绕组，分布式绕组又可分为同心式绕组和叠式绕组、交流电机转子绕组分笼型和绕线型。1.2软

14、绕组软绕组一般为散嵌绕组，用圆电磁线（单匝绕制或多匝并绕）绕制而成。常用于工作电压500V以下中小型交流电机的电枢线圈和励磁线圈。交流电机的电枢线圈有单层绕组、双层绕组、单双层绕组等。2.补偿线圈脉流电机为了改善脉流情况下的换向，一般都设有补偿线圈。补偿线圈为同心式线圈。采用成型线圈。3.磁极线圈不论是直流电机还是交流电机的磁极线圈一般都用铜扁线、铜母线、铜带，形状为圆形、矩形或方形电磁线制作而成。(1)按其用途不同可分为：主极线圈、换向极线圈、串励线圈、交流磁极线圈、启动线圈、它励线圈、励磁线圈等。(2)按其绕制的工艺方法可分为扁绕线圈和平绕线圈。3.1扁绕磁极线圈沿导线窄边进行绕制的线圈为

15、扁绕线圈。如：ZQDR410型直流牵引电动机主、附加极线圈，脉流牵引电动机的附加极线圈和ZD105、ZD114型脉流牵引电机的主极线圈以及同步主发电机的磁极线圈等都是扁绕线圈；附加极线圈一般为圆头线圈（两中心），主极线圈和同步主发电机的磁极线圈一般为平头线圈（四中心），而且有的同步主发电机的磁极线圈的导线高宽比较大，例如JF202型的磁极线圈导线高宽为2.145 mm。3.2平绕磁极线圈沿导线宽边进行绕制的线圈为平绕线圈。如：ZQ8001型脉流牵引电机主极线圈、ZQDR410C、ZD106、GE752AF8型直流牵引电机的主极线圈、ZD115型脉流牵引电机主极线圈等都是平绕线圈。为了改善圆形机

16、座磁极线圈的散热条件又将扁绕和平绕线圈进行压弧。所以磁极线圈又有压弧和不压弧之分。随着电机制造技术的不断发展，线圈的结构也发生了较大变化，品种越来越多。其中结构较为复杂的磁极线圈有：为香港地铁生产地铁电机（YZ18）的上、下分层连续平绕的附极线圈；为北京地铁生产的电机上、下分层连续平绕，同时对分层线圈整体压弧的主极线圈；先扁绕后压弧然后进行削角的ZDY35型电机主极线圈；大高宽比线规绕制的ZQDR310、GTA24型磁极线圈。较为复杂的磁极线圈有：引线头冲弯然后进行打扁或滚扁的ZQ800-1型、ZD105型电机电枢线圈；多匝平放线圈引线进行平弯70接着扭弯90的GE776电机电枢线圈。脉流牵引

17、电机的补偿线圈为多匝同心式连续绕制，需要专用的设备和工装，不但成型困难连保管运输都会影响线圈质量。4.部分牵引电机线圈结构简图ZD106型直流牵引电动机平绕主极（交叉）线圈如（图13-1）、换向极线圈(图13-2)、ZQ800型电枢线圈（图133）、JD106型交流牵引电机的定子线圈如（图13-4）、ZQ800型脉流牵引电机补偿线圈如（图13-5）图13-1 ZD106电机主极（交叉）线圈 图13-2换向极线圈 图13-3 ZQ800电枢线圈 图13-4 JD106交流牵引电动机定子线圈 图13-5 ZQ800脉流牵引电动机补偿线圈第三节 线圈的铜导线1.铜导线牵引电机线圈是用铜导线制作而成(

18、基本不用铝导线) , 其中以铜扁线TBR、铜母线TMR、扁电磁线和圆电磁线为主，铜带用量较少。产品代号表示方法TBR、 TDY，T铜 、B扁线、D铜带、R软态、Y硬态。线圈导线材料应是电阻率很小的良导体。铜是导电材料中最重要的的一种金属，它的导电性仅次于银。它具有一系列的优点：电阻率低；在常温下有足够的机械机强度，具有良好的延展性，便于加工；化学性能稳定，不易氧化和腐蚀；容易焊接等。线圈导线用铜是纯铜（或称紫铜）。铜又分为硬铜和软铜。硬铜即经过压延、拉制等加工后，其硬度、弹性、抗拉强度都有所曾加，电阻率也有所曾加，如果将硬铜经过退火处理，则为软铜，软铜的导电性能很好，延伸率高，但机械强度差。1

19、.1纯铜的成分和性能（1）纯铜的化学成分，见表13-1。（2）纯铜的物理和机械性能，见表13-2。表13-1牌号元素数值Cu+AgPBiSbAsFeNiPbSnSZnO2杂质总和1号铜最小值最大值99.9500010001000200020005000200030002000500050020.052号铜最小值最大值99.9000010002000200050005000500020005000500601表13-2物理量单位铜（Cu）熔点1084.5密度（20）gcm8089比热容（20）J.（kgk）385比能（JKg）212000热导率（20）W（mk）386线膨胀系数（20100）10

20、k16.6电阻率（20）10mmm软态1.7241硬态1.777电阻温度系数（20）10软态3.93硬态3.81弹性模量（20）Nmm112770屈服强度Nmm软态5979硬态294372抗拉强度Nmm软态196235硬态343441疲劳极限Nmm软态5669硬态108118蠕变极限Nmm20682004940014伸长率软态3050硬态0.5硬度HV软态48硬态901361.2对铜导线的基本技术要求（1）原材料应采用GB468要求的铜线锭或符合GB3952要求的铜杆制造，也可以采用低氧和无氧铜杆制造。化学成分应符合国家标准，杂质的含量不大于0.05，其中磷不大于0.001%。(2)要求有较小

21、的电阻系数。如：TBR扁铜线在温度为20时，电阻系数不大于0.017241mm/m。表13-3200C电阻率（不大于）TBRTBY1TBY2TDRTDY0.0172410.017770.017770.017370.01777(2)具有良好的导热性和耐腐蚀性。(3)在常温下有足够的机械强度。为避免铜线在绕制时出现断裂、裂纹等现象，铜扁线应便于加工.。具有一定的抗拉强度、伸长率，一般抗拉强度不小于206N/mm，伸长率不小于3042 %(导线越大最小伸长率也越大)。对于铜母线TMR抗拉强度不小于206N/mm，伸长率不小于35 %。导线应有良好的延展性，便于加工。表13-4型号标称尺寸TBRTBY

22、1TBY2抗拉强度（不大于）N/mm伸长率（不小于）抗拉强度（不大于）N/mm伸长率（不小于）抗拉强度（不大于）N/mm伸长率（不小于）0.8a2.0027530.02753731.53730.42.00a4.0025534.02553332.03330.74.00a6.0024536.02453043.03041.76.00a7.1024536.02452753.02751.7TDRTDY1TDY20.8a1.3235250103091.32,a3.5535250152891.3铜扁线还应符合以下要求（1）尺寸偏差和圆角半径应符合标准；（2）表面应光潔、平整、无裂痕及明显损伤，无严重的氧化物

23、等与良好工业产品不相称的任何缺陷；（3）线盘导线排列应整齐；重量应符合用户的要求（一般可按两个线圈用料计算）。（4）弯曲：弯曲边直径尺寸选定（见表13-5）1）硬状态铜扁线b边弯 曲 90，表面应不出现裂纹。2）软状态铜扁线a边弯 曲 90，表面应不出现裂纹。表13-5 弯曲圆柱直径根据弯曲边尺寸选定尺寸mm型号0.84.004.258.008.5016.009.0016.0016.0030.00TBR248TDR1632TBY242.电磁线绕组或线圈用的带有绝缘层的导线称电磁线。电磁线种类繁多，按其截面的形状，可分为圆线、扁线、和带状导线三种。按照绝缘层的特点和用途，电磁线可分为漆包线、绕包

24、线、无机绝缘线和特种电磁线四大类。牵引电机线圈一般采用漆包线和绕包线。电磁线型号的表示方法：绝缘层系列绝缘材料代号绝缘特征代号导线材料导线特征绝缘层厚度耐热等级；（1）绝缘层系列有：1）绝缘漆系列代号（Q）：绝缘材料代号有：Y油性漆（一般省略不写）、QZ聚酯类漆、QZ(G)改性聚酯、QQ缩醛类漆、QA聚氨酯漆、QX聚酰胺漆、QY聚酰亚胺漆、QXY聚酰胺聚酰亚胺漆、QH环氧漆。2）绝缘纤维系列（S）：绝缘材料代号有：SB玻璃丝、SR人造丝、ST天然丝。3）绝缘薄膜系列（M）：绝缘材料代号有M聚酯薄膜、MYF聚酰亚胺F-46薄膜。4）无机膜系列：YM氧化膜、BM玻璃膜。（2）绝缘特征代号：B编织、

25、C醇酸浸渍、E双层、G硅有机浸渍、J加厚、N自粘性、F耐冷冻剂性、S三层。（3）导体材料代号：T铜线（一般省略不写）、L铝线、TWC无磁铜线。（4）导体特征代号：Y圆线（一般省略不写）、B扁线、D带（箔）、J绞制、R柔软。（5）派生：1薄漆层、2厚漆层、3特薄漆层。2.1漆包线漆包线要求漆膜均匀、光滑、蔽覆完全（针孔数少）。导线直径及漆膜厚度应符合国家标准。漆包线的性能由漆膜决定，一般包括下列几项，见表3-6。（1）机械性能：漆膜应耐刮，有弹性和适当的柔软性及伸长率，以保证在绕线、嵌线、张形、整形等过程中，漆膜能经受摩擦、弯曲、拉伸和压缩等作用而不致损伤。漆包线的柔软性一般用回弹角表示，回弹角

26、越大，说明漆包线的柔软性越小。漆包圆线的回弹角要求当直径大于1.6mm时漆包圆线漆包圆线的回弹角不大于5。耐刮试验模拟漆包线绕制、嵌线整形过程中，漆膜能经受摩擦和刮削等作用。不同品种的漆包线，其刮漆指标略有不同。（2）电性能：主要是漆膜的击穿电压要高，其值取决于漆膜品种及厚度。对于高频、高压电机绕组用的漆包线，要求漆膜损耗角正切（tan）要小。（3）热性能：包括漆膜的软化击穿、热老化和热冲击性能。软化击穿性能表示漆膜在一定压力下的耐热变形的能力；热老化性能反映漆膜经受较短时间的热作用后，保留一定弹性的能力；热冲击性能是反映漆膜在烘焙、浸渍过程中或电机短时过载运行时，漆膜承受热冲击（急冷、急热）

27、而不致破裂的能力。（4）化学性能：表示漆膜承受酸、碱、盐雾、有机溶剂或致冷剂等化学物品浸蚀的能力。表13-6 漆包线型号、耐热等级和特性 类别型号耐热等级主要特性缩醛漆包线QQ1圆铜线QQ2圆铜线QQB扁铜线E 耐刮性、热冲击性好，耐水性较好；但卷绕时漆膜易产生裂纹聚脂漆包线QZ1圆铜线QZ2圆铜线QZB扁铜线B在干燥和潮湿条件下，耐电压击穿性能好；软化击穿性能亦好。但耐水解性较差，热冲击性一般，与聚氯乙烯、氯丁橡胶等含氯高分子化合物不相容聚酰胺漆包线QX1圆铜线QX2圆铜线QXB扁铜线F热冲击性能及在干燥和潮湿条件下耐电压击穿性能好，软化击穿性能较好；但在含水密封系统中易水解，与聚氯乙烯、氯

28、丁橡胶等含氯高分子化合物不相容聚酰胺聚酰亚胺漆包线QXY1圆铜线QXY2圆铜线QXYB扁铜线H耐刮性、耐热性、耐腐性、热冲击、软化击穿性能以及在干燥和潮湿条件下耐电压击穿性能好；但与聚氯乙烯、氯丁橡胶等含氯高分子化合物不相容聚酰亚胺漆包线QY1圆铜线QY2圆铜线QYB扁铜线H耐热性、热冲击及软化击穿性能好；耐低温性、耐辐射性好；耐溶剂及化学腐蚀好；但耐碱性差，在含水密封系统中易水解，漆膜受卷绕力易裂纹2.2 绕包线绕包线分纤维绕包线、薄膜绕包线，既可以直接绕包在裸导线上，也可以绕包在漆包线上，还可以在薄膜绕包线外在进行纤维绕包。2.2.1玻璃丝包线玻璃丝包线的电气和机械性能均较漆包线好，ZQD

29、R-410、ZQ800-1型型牵引电机都采用玻璃丝包漆包线，其耐热等级取决于胶粘绝缘漆和漆包线的耐热性能。按对其机械强度的要求不同有单层和双层之分。对玻璃丝包的漆包线的要求，除尺寸公差不得超过规定外，扁线按宽面作180弯曲时，其绝缘不应有脱落、裂开、露铜及断纤维等现象；并具有一定的绝缘电阻及击穿电压。2.2.2薄膜绕包线 薄膜绕包线具有更高的机械和电气性能。聚酰亚胺薄膜具有优良的电绝缘性能，但它不能自身熔融和粘结，因此在绝缘结构上的应用受到限制。在聚酰亚胺薄膜上涂覆一层F46（聚全氟乙丙烯）树脂，就可显著改善聚酰亚胺薄膜的抗撕强度、耐潮、耐电弧及化学稳定性等性能，更重要的是使聚酰亚胺薄膜在F46参与下具有了粘接性能。聚酰亚胺薄膜绕包线能耐高温、耐低温、耐辐射；且密封性、电热老化性能、以及耐磨性能均好；槽空间利用率比玻璃丝包线高。在复合薄膜外面再绕包一层玻璃丝使复合薄膜绕包层在铜导体上绕包得更加服贴，同时可提高复合薄膜在烧结后的