大型同步電動機定子繞組雙Y接法及三維建模

豐 帆 鄭國麗

（南車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001）

1 概述

電動機繞組是按一定規(guī)則安排在定子鐵芯槽內(nèi)，線圈也按相應規(guī)律連接起來，繞組的接線與相數(shù)、電壓、轉(zhuǎn)速以及接法等有直接關(guān)系，電機繞組接線錯誤會導致電機無法運行或者燒毀。其中定子連線的正確性，包括極相組連線的正確和三相的相序正確，極相組線圈數(shù)量改變將造成磁場的分布不對稱。相序相反將導致定子的旋轉(zhuǎn)磁場方向相反。如果將規(guī)定的Y形而誤接為△形，運行時會因繞組過電壓而發(fā)熱燒毀，若△形誤接為Y形，則電動機將處于欠電壓運行，輸出功率會降低很多，不能帶額定負載，也會因電流增大而燒毀。因此，技術(shù)人員和操作人員都需要充分了解電機的技術(shù)參數(shù)，掌握定子繞組連線的表示方法，使操作人員能夠通過定子接線原理圖準確了解接線方法，以避免繞組接線時因失誤而造成損失。

本文以某大型電動機為例，根據(jù)繞組嵌線的技術(shù)參數(shù)，詳細描述了雙Y繞組定子連線原理圖畫法，并將定子線圈和定子連線的三維建模方法進行了說明。目前三維建模成為新的趨勢，越來越多的制造企業(yè)制圖方式逐漸由二維設計轉(zhuǎn)向三維設計，三維建模方法也逐漸普及。在工程實踐過程中，二維圖紙對實際生產(chǎn)指導作用有限，不可避免的出現(xiàn)設計錯誤，比如結(jié)構(gòu)尺寸錯誤造成安裝時出現(xiàn)干涉、間隙大、無法安裝等情況，使工藝與生產(chǎn)難以進行，造成材料與成本的浪費并拖延了生產(chǎn)進程，造成經(jīng)濟損失。引用三維模型設計可直觀的看到裝配效果，檢查與其他零部件的干涉情況，對工藝及生產(chǎn)實現(xiàn)快速指導及反饋，此外三維模型建立可用于數(shù)值模擬分析從而指導電機設計。電機由很多零部件組成，而定子線圈端部為復雜的空間曲線結(jié)構(gòu)相對電機其他部件建模較復雜，因此本文著重介紹了定子線圈和定子連線的三維建模方法。

2 雙Y繞組圓形接線圖表示法

繞組的接線是在電動機完成嵌線以后進行，首先把每個線圈元件按每極每相槽數(shù)值和線圈分配規(guī)律接成極相組，然后把屬于同相的極相組按要求進行串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)接成相繞組。再把相繞組接成△聯(lián)結(jié)或Y聯(lián)結(jié)，最后將引出線接在出線盒的接線板上。

表1 定子繞組嵌線數(shù)據(jù)

以某大型電動機為例，根據(jù)電機繞組的嵌線參數(shù)介紹其連線方法，電機繞組嵌線參數(shù)見表1：

根據(jù)表中參數(shù)，電機繞組采用雙Y接法，兩端出線，每端有36個線圈相連接，每相組有3個線圈，兩端均采用星型聯(lián)結(jié)即將三相繞組末端接在一起，始端接引出線。通過兩個連線圖分別表示電機兩端的定子連線接法，首先畫出電機一端定子連線圖，連線圖方向以A向表示。

圖1 A向定子接線圖

圖2 B向定子接線圖

定子繞組所有線圈的連接方法一般采用展開圖或圓形圖表示，為了清楚的看出各極相組之間的連接方法，本文采用一種簡化的圓形接線圖表示連接方法。畫圓形接線圖時，無論每極每相有幾個槽，或一個級相組有幾個線圈，每個級相組都用一個帶箭頭的圓弧短線表示，箭頭表示電流方向，箭頭方向為一正、一反、一正、一反相間隔。

（1）圓弧線段數(shù)量的確定：圓弧線段的數(shù)量就是一臺電動機極相組數(shù)，本臺電動機為三相4級電機，圓弧線段數(shù)為相數(shù)乘級數(shù)，即3×4=12，以相序為U、W、V、U…的次序排號。

（2）并聯(lián)支路連接，并聯(lián)支路數(shù)是指在定子繞組中每相中有多個極相組的引線頭直接與電源相連接叫繞組的并聯(lián)支路。4路并聯(lián)，即每相中有4個極相組的引線頭直接與電源連接。電機為4級電機4路并聯(lián)，按照相序排號和電流方向把各相連接起來。

（3）電機有72槽72個線圈，用序號1-72作為線圈槽的編號，電機兩端各有36個線圈相連接，每極每相有3個線圈，將線圈槽的標號表示在定子連線圖上如1所示。電機另一端B向接線圖，接線表示方法與A向相同，B向定子接線圖如圖2所示。

3 定子線圈及定子連線三維建模

3.1 定子線圈三維建模方法

采用NX軟件進行定子線圈的三維建模主要分為四大步驟：

（1）建立線圈直段模型。首先根據(jù)定子鐵芯沖片的尺寸確定線圈槽的位置，再根據(jù)線圈截面尺寸，槽內(nèi)絕緣的結(jié)構(gòu)參數(shù)畫出圓周方向線圈截面的草圖，最后根據(jù)線圈節(jié)距和線圈有效邊的長度通過截面拉伸創(chuàng)建線圈直段。也可通過其他方法進行線圈直段建模，但是通過截面草圖的方法，可精確線圈截面位置，避免裝配時線圈與鐵芯、線圈與線圈、線圈與絕緣墊條之間出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

（2）建立線圈鼻部模型。首先建立基準平面，然后根據(jù)鼻部抬升高度、鼻部伸出長度、鼻部轉(zhuǎn)彎半徑及線圈截面等尺寸，在平面中建立鼻部軌跡草圖，利用截面拉伸形成線圈鼻部；

（3）建立線圈端部弧模型。根據(jù)投影關(guān)系，在平面中畫出線圈弧段部分草圖，再將其投影到線圈弧段所在的弧面上，得到弧段軌跡，采用拉伸和加厚命令形成線圈弧段。

（4）模型搭接。將線圈直段與端部弧段、端部弧段和鼻部之間采用橋接曲線及縫合命令將各部分順滑的連接起來，完成整個線圈的三維建模，單個線圈的三維結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 定子線圈結(jié)構(gòu)

3.2 定子連線三維建模方法

（1）標記，首先可將線圈按照順序編號，然后將線圈通過不同顏色顯示區(qū)分線圈引出線方向，引出線方向相同的線圈用同種顏色標識，避免連接時混淆出錯。

（2）建立單個定子線圈引線頭模型，通過旋轉(zhuǎn)、復制命令完成圓周方向引線頭模型建立。極相組線圈之間的連接，將相互連接的引線頭采用橋接曲線以及多引導線掃掠命令將各部分順滑的連接起來，同樣連接好一個以后可根據(jù)線圈的分配規(guī)律進行旋轉(zhuǎn)復制。

（3）建立導電環(huán)模型。將中性環(huán)、U相、W相、V相環(huán)按照與線圈的空間相對位置建模，一端導電環(huán)建好以后，另一端導電環(huán)可通過鏡像命令獲得。

（4）將極相組的引線與導電環(huán)連接。根據(jù)定子接線原理圖，將引線與相對應的導電環(huán)相連接，連接方法同樣采用橋接曲線和掃掠命令，定子連線的三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 定子連線三維結(jié)構(gòu)圖

結(jié)語

本文根據(jù)某大型雙Y繞組電動機的定子繞組嵌線參數(shù)，詳細描述了雙Y繞組定子接線圖的表示方法和畫圖步驟，對電機從業(yè)人員掌握定子連線原理圖具有一定的參考價值；并且介紹了定子線圈以及定子連線的三維建模方法，解決了空間曲線建模的難點，建模方法適用于多種電機繞組的結(jié)構(gòu)設計，同時定子繞組和繞組連線的三維模型設計可直觀的看到裝配效果，檢查繞組嵌線時的干涉情況以及連線是否正確，避免了不必要的設計錯誤造成的經(jīng)濟損失，同時三維模型也可用于數(shù)值分析指導電機設計和結(jié)構(gòu)改進。

[1]湯蘊璆，等.電機學[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2007：08-47.

[2]潘成林.實用中小型電機手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008：121-152.

[3]潘品英.怎樣畫電機修理時的繞組接線圖[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：01-24.