《電機與變壓器》中圓形接線圖極相組排列次序的質疑和建議

摘要：教學中掌握定子繞組的基本結構、連接方法及展開圖的繪制，有利于學生高質量、高效率地掌握知識、技能。

關鍵詞：定子繞組；展開圖；極相組排列次序

《電機與變壓器》是全國中等職業(yè)技術學校維修電工類和機電類專業(yè)的一門專業(yè)理論課。三相異步電動機的工作原理、運行特性分析是學生學習的重點和難點。在學習《電機與變壓器》課程時，電動機定子繞組相關知識內容學習是了解掌握三相異步電動機課程重點和難點最重要的內容之一。電動機定子繞組是三相異步電動機的主要構成部分，是電動機產生旋轉磁場、實現(xiàn)能量轉換的關鍵部件，也是容易受到損傷的部位。目前損壞的電動機中，80%左右要維修繞組。所以掌握定子繞組的基本結構、連接方法及展開圖的繪制，了解常見故障的處理方法都十分有必要。

要使學生學好這一內容，主要的問題是要把圖解分析與實物聯(lián)系起來。全國中等職業(yè)技術學校維修電工類專業(yè)通用教材《電機與變壓器》第三版，對不同類型的繞組及其特點和連接規(guī)律以及每一種繞組的展開圖的畫法都作了詳細的講解。展開圖的畫法步驟清楚，尤其是按相鄰相帶電流方向相反，畫出所有槽內有效邊的參考方向的描述，校正了第一版和第二版的不當說法。但由于三相繞組的展開圖中，線圈邊的重疊看起來比較復雜。因此在工廠實際接線時，為了能清楚地看出各線圈之間的聯(lián)接方式，常采用一種簡化了的圓形接線參考圖。畫接線圖時，不管每極每相有幾個槽，也不管一個極相組內有幾個線圈，每一個極相組都用一根帶有箭頭的短圓弧線來表示，箭頭所指方向表示參考電流方向。展開圖中把屬于同一相的極相組順著電流參考方向串接（或并接）成相繞組，又便于畫圓形接線參考圖，使展開圖與圓形接線圖的極相組電流方向一致，有利于學生高質量、高效率地掌握知識、技能。

但《電機與變壓器》教材第一、二、三版介紹的圓形接線圖都是按逆時針標示各相帶的符號和連接方向，筆者在多年的教學實踐中，感受到這種畫法沒有起到相應的積極作用，相反，由于它的一些缺陷和弊端對課程的教學帶來了負面的影響。究其原因，主要是圓形接線圖和旋轉磁場的形成中三相繞組的分布剖面圖不一致，使學生的理解和反應相對滯后。為此，對圓形接線圖的教學提出了新的思路。

一、 圓形接線圖的繪制，應根據U1—W2—V1—U2—W1—V2 的相帶分布規(guī)律，從任一弧段開始按順時針方向標示出各相帶的符號

1. 有利于和旋轉磁場的概念相聯(lián)系

采用圖解法分析定子繞組旋轉磁場的形成時，強調了三點，一是三相定子繞組為三相對稱繞組，即繞組U1U2、V1V2、W1W2的結構完全對稱，在空間位置互差120°電角度；二是通入三相定子繞組的電流為三相對稱交流電流，即三相電流iu、iv、iw的有效值相等、頻率相等、相位互差120°電角度；三是三相繞組分布圖是垂直轉子軸線的剖面圖。

和用圖解法分析旋轉磁場的轉向一樣，圓形接線圖也是按照定子繞組不動，分別通入三相交流電，通過比較可以直觀地看出三相定子繞組產生的三相合成磁場是轉動的，而且由U相電流的繞組轉向V相電流的繞組，即由超前電流的繞組向滯后電流相的方向轉動。這就是iu接U相， iv接V相， iw接 W相繞組的定子旋轉磁場的情況。三相定子繞組不變，改變接入三相繞組的三相交流電流的相序，旋轉磁場即反向旋轉。可見，強調的是三相對稱繞組在空間位置上互差120°電角度。若非要把三相繞組按順時針方向排列改為逆時針方向，再按逆時針方向分別通入三相交流電，則會使產生的旋轉磁場轉向是逆時針的，這個結果與交流電動機順時針方向為正轉的慣例相悖，容易給缺乏感性知識的學生帶來概念上的疑慮。

2. 有利于繞組嵌線工藝的規(guī)范操作

在生產實際中，電機繞組下線的方向有順時針的也有逆時針的。參看多種資料與教材，描述的方法不盡相同，這給操作人員和初學者帶來很大的不便，甚至困惑不解，客觀上降低了勞動效率，也影響了生產維修的質量。

如果根據U1U2、V1V2、W1W2的相帶分布規(guī)律，從任一角度開始順時針標出各相帶的符號，可是廣大操作工人和初學者更容易理解旋轉磁場形成的條件，使電動機轉動原理與生產實踐相融會貫通，使其概念清楚，少走彎路。

3. 有利于與繞組展開圖聯(lián)系分析

繞組的結構通常用展開圖來表示。在繪制展開圖時，最要注意的是講清楚繞組的布置和連接的基本要求，要特別強調按照U1—W2—V1—U2—W1—V2相序標明相帶，是自左到右進行的。在教材中說明圓形接線圖的畫法時還于第(2)條指出：極相組的排列順序應與展開圖一致，順次給每個極相組編號，如第一極相組編號為（以例5-4為例）1，第二極相組編號為2，以此類推，共有12個極相組。根據60°相帶原則，對應為U1—W2—V1—U2—W1—V2，則U相的極相組號為1、4、7、10；V相的極相組號為3、6、9、12；W相的極相組號為2、5、8、11。箭頭方向表示相鄰的極相組參考電流方向相反。但三個版本教材中繪制的圓形接線圖（例第三版圖略），都是按逆時針方向標示出各相帶的符號。若按教材圖里所示，那么相對應的展開圖則會從右向左繪制和閱讀，極易引起概念上的混淆。

針對教材和資料中對圓形接線參考圖三相繞組相帶分布規(guī)律的不同描述，本人認為對學習者在學習過程中不但沒有好處，反而有害。是否能找到一種既符合三相交流電動機的轉動原理， 又有利于與展開圖和圓形接線圖概念的聯(lián)系分析，還有利于生產實踐中應用的便捷方法呢？

1)在描述三相繞組分布圖是垂直轉子軸線的剖面圖時，應指明是從電動機的前端（軸伸端）看進去得出的剖面圖；

2)根據慣例，明確交流電動機順時針為正轉；

3)在描述展開圖時，表明是從定子鐵心的外軸向圓心方向觀察而得到的展開圖。

三、 結語

有人認為，只要調換電動機任意兩項繞組所接的電源接線（相序），旋轉磁場即反轉，電動機也反轉，故圓形接線圖與展開圖的繞組分布及連接方向不一致也無所謂。這種觀點顯然走彎路，徒增了許多麻煩，況且生產實際中，許多電動機就不允許反轉。若按上述三條建議，在繪圖時注意概念的同化，不僅有利于學生在學習時掌握知識、培養(yǎng)能力、發(fā)展智力；也有利于在生產實際中靈活地運用所學知識，解決生產實際問題，培養(yǎng)科學態(tài)度；也符合由易到難、由簡到繁的認知規(guī)律，使學生頭腦中形成適當?shù)闹R結構，既考慮知識的內在聯(lián)系，減少學生的學習困難，收到事半功倍的效果。（新鄉(xiāng)市高級技工學校）