淺談中型變頻電機的繞組型式

摘要：文章根據(jù)變頻電機電源的特點，分析了散下繞組、成型繞組和半成型繞組耐脈沖電壓沖擊功能、電氣性能、制造難度、生產(chǎn)成本及它們對中型低壓變頻電動機的實用性和可靠性的影響。

關(guān)鍵詞：低壓；變頻電動機；繞組型式；成型繞組

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）16-0180-02

中型（鐵芯外徑Ф500～Ф1000）、低壓（380V～1140V或1650V）一般電動機輸出功率都比較大。通常電源由交流電網(wǎng)供給，電壓穩(wěn)定，波形基本為正弦波，諧波很少，除大氣過電壓或開關(guān)操作過電壓等事故狀態(tài)外，電動機正常運轉(zhuǎn)期間很少受電壓波動的沖擊。其定子繞組型式，以前JBR和一些大電流曾采用成型線圈，早年380V的JS、JS2采用半成型線圈，近年來多采用散下線的迭繞或同心繞組。如380V的Y和Y2 315-355、380V～690V的IMJ315-450和ILA8 315-450等。而變頻電機一般由逆變器供電，電壓多含高脈沖高頻率諧波，文章將著重討論中型低壓變頻電動機的繞組形式。

一、中型低壓變頻電動機電源的特點

一般變頻電動機多采用晶體管逆變器供電，晶體管逆變器采用高頻率脈沖，脈沖升降時間很短，從而在電機繞組中產(chǎn)生高電壓諧波，電壓脈沖峰值比標準額定電壓高得多，因而線圈匝間和相間以及同相線圈間的電壓應力可能非常高。有文獻報導：380V電動機相間脈沖電壓達1000V～1100V，相首線圈的脈沖電壓達700V～900V，線圈間脈沖電壓達650V～900V；500V電壓的變頻電動機的電壓應力，相間脈沖電壓達1200V～1400V，相首線圈的脈沖電壓達900V～1000V，線圈間脈沖電壓達8000V～1000V。電壓脈沖峰值與電動機額定電壓呈正相關(guān)關(guān)系，電壓脈沖在繞組線圈中傳播逐漸衰減?！唉ぁ苯泳€繞組相首相尾的匝間以及相鄰相間的線圈端部，是脈沖高壓的最危險受害部位。因此，提高中型低壓電動機繞組耐電壓脈沖應力的問題不容忽視。

二、中型低壓變頻電機繞組型式的評價

（一）散下圓銅線繞組

由于圓銅線散下繞組結(jié)構(gòu)簡單、下線工藝傳統(tǒng)化；散下線繞組端部短、用銅少、電阻和漏抗??；與散下線相配套的半閉口槽槽口相對較小，對降低齒諧波幅值、均衡氣隙磁場、改善電機性能、降低溫升、提高出力等有利，所以一般中型低壓的普通電機經(jīng)常采用，一些小功率變頻電機也采用圓銅線散下繞組。

因電動機功率大、電源電壓低、電流很大，線圈導線并繞根數(shù)多達70多根，匝數(shù)少至2～3匝，匝間工作電壓高。如采用2級漆包圓銅線線制作線圈，因漆包線或多或少都存在一些小針孔，加上制造工藝的損傷，匝間工作電壓高和散下在槽內(nèi)的線圈首匝與末匝相碰的機遇較多，匝間進行耐壓試驗或運行一段時間后發(fā)現(xiàn)一些電機發(fā)生匝間短路故障。

即使采用3級漆包線（所謂變頻電機專用線），絕緣層加大了導線的安全距離，但漆層的小孔仍難以杜絕，加厚的漆層在制造期間易變脆，使用期間出現(xiàn)老化變得越來越脆，容易產(chǎn)生危險的裂紋。當浸漬漆填充不好的氣隙、針孔或后發(fā)生的裂紋處就很可能在高頻脈沖電壓下發(fā)生放電甚至局部出現(xiàn)電暈，使線圈絕緣加速老化、擊穿或燒毀，降低了中型低壓變頻電動機的可靠性。繞組的過早損壞將縮短中型低壓變頻電機的壽命，有的運行一、二年，甚至幾個月就出現(xiàn)損壞。

（二）成型繞組

成型繞組一般是用扁線繞繞制，經(jīng)漲型、整型、壓型、包絕緣等工序，一根扁線的截面積比散下繞組一根Φ1.5～Φ1.6圓線的截面積大得多，因而導體的并繞根數(shù)也少得多，導線絕緣占槽面積少；扁線的4個圓角所空的面積比并繞多根圓線四角所空的面積少得多，槽的有效填充系數(shù)高。成型繞組扁線排列比散下繞組的圓線整齊，杜絕首匝碰末匝或隔匝相鄰的現(xiàn)象，匝間絕緣容易保證，相首相尾線圈加強匝間絕緣也容易做到。槽內(nèi)上下層線圈和繞組端部的線圈之間和相間都有一定的間隙，絕緣容易保證。因此，成型繞組是提高變頻電動機耐電壓脈沖應力最好的繞組型式之一。

但是，成型繞組的端部較長，用銅量多，電阻電抗大，銅耗大。與成型繞組配套的開口槽對氣隙磁場的均勻分布影響較大，使齒諧波幅值增大，附加鐵耗高，電動機效率較低。開口槽的卡氏系數(shù)大，加大了有效氣隙長度，導致功率因數(shù)不高，鐵芯長，用鐵量大?？傊?，電動機性能相對較差，制造成本較高。

（三）半成型繞組配套半開口槽或小半開口槽

半成型繞組是指一個槽內(nèi)每層一般并排放置兩個半線圈，每半個線圈用扁線繞制，經(jīng)漲型、整形、壓型、定型（包扎固定或加包一層絕緣）等工序，主絕緣象散下線一樣放置在槽內(nèi)。扁線并繞的根數(shù)也比圓線少得多，槽的有效填充系數(shù)也挺高，導線排列也很整齊，也沒有首匝末匝相碰或隔匝相鄰的現(xiàn)象，匝間絕緣得以保證，相首相末加強匝間絕緣也容易實現(xiàn)，上下層線圈和繞組端部以及相間也有一定間隙，完全可以提高變頻電動機耐電壓脈沖的能力。

半成型繞組端部較散下繞組長，但比成型繞組短，槽口寬度在壯半閉口與開口槽之間，鐵芯長也在兩者之間，用銅量、用鐵量、銅耗、鐵耗、電動機效率、功率因數(shù)和電動機制造成本也都在兩面三刀者之間。

三、結(jié)論

從以上對比分析得知，雖然成型繞組對提高耐電壓脈沖應力最好甚至功能過剩，但其銅鐵用量大、成本高。而散下繞組雖然制造成本低、電機性能較好，但存在耐電壓脈沖功能不足的致命弱點，使電機可靠性差、壽命短。綜合電動機性能、溫升、生產(chǎn)難易程度、成本、特別是耐電壓脈沖的能力和可靠程度等方面，半成型繞組的功能綜合對比不失為中型低壓變頻電動機的最佳選擇。

實際生產(chǎn)中，有些電動機生產(chǎn)商在額定電壓690V、額定頻率50HZ、功率范圍為110～1400KW的H355-560變頻調(diào)速電機中，就采用半成型繞組，生產(chǎn)了許多規(guī)格，并取得了良好效果。

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作者簡介：齊連成（1978－），男，黑龍江肇源人，雞西礦業(yè)集團矸石熱電廠運行副總工程師，研究方向：電氣設(shè)備運行。