一種三相交流電機(jī)雙層定子繞組擴(kuò)大并聯(lián)支路數(shù)接線方法

蔣寶鋼，蔣勝千

（1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2. 清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084）

一種三相交流電機(jī)雙層定子繞組擴(kuò)大并聯(lián)支路數(shù)接線方法

蔣寶鋼1，蔣勝千2

（1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2. 清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084）

本文提出了一種通過將繞組最小接線單元由線圈縮小到一個(gè)單邊繞組，再運(yùn)用本文提出的接線單元選取方法構(gòu)成支路，在保證每相各支路對(duì)稱的前提下，使三相交流電機(jī)雙層定子繞組并聯(lián)支路數(shù)在原有支路數(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大一倍。

三相交流電機(jī)；雙層定子繞組；擴(kuò)大并聯(lián)支路數(shù)；單邊繞組

0 前言

繞組是構(gòu)成電機(jī)的核心部件，電機(jī)就是依靠感應(yīng)于繞組中的電勢(shì)和通過的電流來產(chǎn)生電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的目的。繞組的接線方式更直接影響電機(jī)的運(yùn)行特性和經(jīng)濟(jì)性。槽電流與電機(jī)的容量、電壓、并聯(lián)支路數(shù)及繞組型式有關(guān)，槽電流太小，表明發(fā)動(dòng)機(jī)有效材料的利用較差，不經(jīng)濟(jì)；槽電流太大，將導(dǎo)致銅損及附加損耗增加，從而使槽絕緣溫差增大，在工藝上由于線圈截面增大，使其制造更加復(fù)雜。當(dāng)電機(jī)的容量、電壓一定時(shí)，并聯(lián)支路數(shù)對(duì)槽電流影響甚大。

電機(jī)繞組的主要特征參數(shù)——每極每相槽數(shù)按式（1）計(jì)算：

式中：q為每極每相槽數(shù)；z為電機(jī)槽數(shù)；p為極對(duì)數(shù)；m為相數(shù)；n/d為不可約分?jǐn)?shù)且d不是3及其倍數(shù)。

按現(xiàn)有的三相交流電機(jī)雙層定子繞組接線方法，繞組的最小接線單元是一個(gè)線圈（包含不在同一槽內(nèi)的一個(gè)上層邊和一個(gè)下層邊，通常只有一種），由其連接而成的繞組，最大并聯(lián)支路數(shù)amax為2p/d，可用并聯(lián)支路數(shù)為 amax的各因子或其組合乘積。若需擴(kuò)大繞組并聯(lián)支路數(shù)，均采用不對(duì)稱支路繞組接線，因此在每相各支路內(nèi)存在環(huán)流（由同相不同支路電勢(shì)間幅值差、相位差或兩者共同作用引起），造成電機(jī)損耗、發(fā)熱和振動(dòng)等增加。

1 雙層定子繞組擴(kuò)大并聯(lián)支路數(shù)接線方法

本文提出了一種通過將繞組最小接線單元由線圈（包含不在同一槽內(nèi)的一個(gè)上層邊和一個(gè)下層邊，通常只有一種）縮小到一個(gè)單邊繞組（線圈的一個(gè)上層邊或一個(gè)下層邊，共兩種），再運(yùn)用本文提出的接線單元選取方法構(gòu)成支路，在保證每相各支路對(duì)稱的前提下，使三相交流電機(jī)雙層定子繞組并聯(lián)支路數(shù)在原有支路數(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大一倍，即最大并聯(lián)支路數(shù)為2amax。

電機(jī)每極每相槽數(shù)q（q≥2）為整數(shù)時(shí)，按60°相帶常規(guī)繞組接線分相原則；以單邊繞組為最小接線單元排列構(gòu)成一個(gè)兩極單元電機(jī)所有槽的上、下單邊繞組，且上單邊繞組與下單邊繞組的排列需完全相同，共4mq個(gè)單邊繞組。取其中一相一個(gè)極（如N極）下繞組上（下）層邊的q/2（q為偶數(shù)時(shí)）個(gè)或（q±1）/2（q為奇數(shù)時(shí)）個(gè)單邊繞組，選另一個(gè)極（S極）下同一相繞組下（上）層邊的 q/2（q為偶數(shù)時(shí)）個(gè)或（q干1）/2（q為奇數(shù)時(shí)）個(gè)單邊繞組，但須與前面N極下所選單邊繞組的位置不同（感應(yīng)電勢(shì)相位差不等于180°），共選擇q個(gè)單邊繞組。用所選的單邊繞組通過適當(dāng)連接（目前采用的疊繞或波繞連接）即可連接組成一個(gè)支路，按上述原則可將同相剩余的3q個(gè)單邊繞組組成另外三個(gè)支路，即可連接成一相的四個(gè)對(duì)稱的并聯(lián)支路，從而使電機(jī)繞組的并聯(lián)支路數(shù)在原有支路數(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大一倍。所形成的繞組等效于60°相帶整距分布繞組。

構(gòu)成一個(gè)支路的單邊繞組選擇方案共有（q為偶數(shù)時(shí)）或（q為奇數(shù)時(shí)）種，接線的復(fù)雜程度有所差別。

將電機(jī)同一相內(nèi)的多個(gè)單元電機(jī)支路進(jìn)行適當(dāng)串、并聯(lián)組合（目前采用）即可完成電機(jī)一相繞組的最終連接，再按此進(jìn)行其他兩相繞組的連接。

當(dāng)q為奇數(shù)時(shí)，其支路引出線位于繞組兩端（通常應(yīng)在繞組一端），可通過適當(dāng)丟棄一個(gè)單邊繞組使支路引出線位于繞組一端。此外，用本文所述方法接成的繞組，其繞組上下端一般均有跨接線（極間連接線）。

當(dāng)電機(jī)每極每相槽數(shù) q為分?jǐn)?shù)（d≥2）時(shí)，仍可使用本文所述的方法進(jìn)行接線，但需用n代替q，d代替1（q為整數(shù)時(shí)單元電機(jī)極對(duì)數(shù)）。

本文所述繞組接線方法構(gòu)成繞組的基本接線單元為單邊繞組，因此不存在短距，即所形成的繞組等效于60°相帶整距分布繞組。因而繞組諧波含量相對(duì)較大，適宜于q（n）較大的繞組接線。

2 具體實(shí)例

現(xiàn)以一臺(tái)槽數(shù)為24的兩極三相電機(jī)為例說明其具體連接方案。

如圖1所示，q=4時(shí)一個(gè)單元電機(jī)內(nèi)定子一相單邊繞組的分組排列示意圖。圖中項(xiàng)1為上單邊繞組，項(xiàng)2為下單邊繞組，圖中字母相同的單邊繞組可組成一個(gè)并聯(lián)支路，可組成A、B、C、D共4個(gè)并聯(lián)支路。

圖1 q=4時(shí)，一個(gè)單元電機(jī)內(nèi)定子一相單邊繞組的分組排列示意圖

如圖2所示，q=4時(shí)，一臺(tái)兩極三相電機(jī)定子一相繞組4個(gè)支路的疊繞連接示意圖。圖中實(shí)線、虛線、雙點(diǎn)劃線和單點(diǎn)劃線分別組成了同一相繞組的一個(gè)支路，即A、B、C、D共4個(gè)并聯(lián)支路，其中粗線代表上層單邊繞組，細(xì)線代表下層單邊繞組，其他兩相繞組連接省略未示出。

圖2 q=4時(shí)，一臺(tái)兩極三相電機(jī)定子一相繞組4個(gè)支路的疊繞連接示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的將繞組最小接線單元由線圈縮小到單邊繞組，在保證每相各支路對(duì)稱的前提下，使三相交流電機(jī)雙層定子繞組并聯(lián)支路數(shù)在原有支路數(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)大了一倍。

[1] 白延年. 水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 許實(shí)章. 交流電機(jī)的繞組理論[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.

審稿人：孫玉田

A Three-phase Alternator with Double Stator Winding to Expand Number of Parallel Branches Connecting Method

JIANG Baogang1, JIANG Shengqian2
（1. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China；2. Tsinghua University Department of Electrical Engineering, Beijing 100084, China）

A new way of wiring is proposed in the paper to double the basic parallel branch number of the stator winding of a three-phase alternator on the condition that the parallel branches of every phase are symmetric. The problem is solved through simplifying the wiring unit from a coil to a unilateral winding and applying a new way to form the branches with the wiring units.

three-phase alternator; bi-layer stator winding; expansion of branch number; unilateral winding

TM303.1

A

1000-3983(2014)03-0006-02

2013-11-15

蔣寶鋼（1960-），1984年畢業(yè)于清華大學(xué)電機(jī)系電機(jī)專業(yè)，長(zhǎng)期從事水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)工作，高級(jí)工程師。