改進(jìn)三相雙層疊繞組嵌線工藝

吳安利

(陜西航空電氣有限責(zé)任公司，陜西 興平 713107)

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改進(jìn)三相雙層疊繞組嵌線工藝

吳安利

(陜西航空電氣有限責(zé)任公司，陜西 興平 713107)

摘要：某電動(dòng)機(jī)定子繞組嵌線時(shí)，存在繞組端部內(nèi)、外圓尺寸偏大的問題。通過與同類電動(dòng)機(jī)定子繞組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)嵌線工藝不合理是造成繞組端部尺寸不合格的直接原因。在不改變設(shè)計(jì)給定的繞組平面展開圖的前提下，提出了合理的嵌線工藝，不僅解決了上述問題，同時(shí)也優(yōu)化了電動(dòng)機(jī)性能。

關(guān)鍵詞：三相雙層疊繞組；繞組平面展開圖；嵌線工藝

電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備[1]。其繞組用來產(chǎn)生電勢和通過電流，是電動(dòng)機(jī)的心臟，也是電動(dòng)機(jī)所有部件中工作最繁重、結(jié)構(gòu)最薄弱的地方。交流電動(dòng)機(jī)的繞組類型很多，按槽內(nèi)層數(shù)的差別，可分為單層繞組和雙層繞組。雙層繞組的特點(diǎn)是每個(gè)鐵心槽有上、下2層線圈邊，每個(gè)線圈的一個(gè)邊嵌于某槽的上層，另一個(gè)邊嵌于另一槽的下層，2條邊相距1個(gè)節(jié)距。雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是可以靈活地選擇繞組的節(jié)距，使電勢或磁勢波形得到改善，同時(shí)采用短距繞組，節(jié)省銅線；因此，雙層繞組普遍應(yīng)用于三相電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組中。雙層繞組分為疊繞式和波繞式，本文所討論的繞組為疊繞式。

繞組平面展開圖是常用的繞組圖示法之一，用來表示線圈在鐵心槽內(nèi)安放的位置、次序及聯(lián)結(jié)等情況。從繞組平面展開圖上可以清楚看出每個(gè)線圈邊嵌放在哪個(gè)槽中，以及各線圈的連接方法等，這是繞組嵌線的依據(jù)[2]。

嵌線是電動(dòng)機(jī)制造過程中的一道重要工序。嵌線工藝的合理與否，將直接影響嵌線質(zhì)量的好壞。嵌線質(zhì)量的好壞，將直接影響電動(dòng)機(jī)的電氣性能和使用壽命。

1問題的提出

陜西航空電氣有限責(zé)任公司某三相4極12槽電動(dòng)機(jī)的定子繞組的繞組形式為雙層疊繞組。設(shè)計(jì)給定的繞組平面展開圖如圖1所示。圖1中，三相繞組分別以U、V和W表示，起頭分別標(biāo)記為U1、V1和W1，末頭分別標(biāo)記為U2、V2和W2。

圖1　繞組平面展開圖

本公司在進(jìn)行首批嵌線時(shí)，首先用繞線模連續(xù)繞制出4個(gè)線圈(見圖2)，4個(gè)線圈為1聯(lián)繞組，共繞3聯(lián)繞組，分別記作U、V和W三相繞組，起頭分別為U1、V1和W1，末頭分別為U2、V2和W2；然后，按1～12的次序分別給鐵心槽編號(hào)，再按圖1進(jìn)行嵌線。首批嵌線采用的是一相一相繞組分別嵌線的嵌線工藝，即先將U相繞組全部嵌完，再將V相繞組全部嵌完，最后將W相繞組全部嵌完。每一相繞組都是從第1個(gè)線圈開始嵌，直到將第4個(gè)線圈全部嵌進(jìn)鐵心槽里。

圖2　三相繞組線圈示意圖

當(dāng)三相繞組全部嵌完線并整形后，繞組兩端部的內(nèi)、外圓尺寸都達(dá)不到要求。為了讓繞組端部尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的尺寸，進(jìn)行了進(jìn)一步整形，造成了整形過量，出現(xiàn)了端部繞組匝間短路[3]、槽口繞組接地的故障。

首批加工了5臺(tái)產(chǎn)品，其中3臺(tái)不合格，合格率只有40%。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)進(jìn)度，迫切需要尋找解決問題的辦法。

2解決措施

2.1原因分析

首批產(chǎn)品繞組的嵌線工藝主要采取一相一相嵌線形式，這種嵌線工藝形成的繞組端部平面展開示意圖如圖3所示。

圖3　繞組端部平面展開示意圖

從圖3中可以看出，三相繞組在端部分布是不均勻的。先嵌的繞組需要給后嵌的繞組讓出鐵心槽，故先嵌的繞組端部全部都靠向鐵心外圓，所以先嵌的U相繞組端部全都分布在外圓，第2個(gè)嵌線的V相繞組端部全都分布在中間，后嵌線的W相繞組端部全都分布在內(nèi)圓。繞組端部多層導(dǎo)線重疊，過量整形就造成了端部繞組匝間短路、槽口繞組接地等故障。

2.2解決措施

本公司采用下述改進(jìn)措施：先用繞線模繞好所有的極相組線圈，再將所有的極相組線圈一槽挨著一槽嵌線，最后按繞組平面展開圖將每相的極相組分別聯(lián)結(jié)。這樣形成的三相繞組在端部分布均勻，而且兩兩繞組相互緊貼在一起，繞組的內(nèi)、外圓尺寸相對要小的多。如果按圖1嵌出的繞組端部也是這樣分布的，那么端部尺寸不合格的問題就解決了。

要使形成的端部繞組兩兩緊貼在一起，就應(yīng)一槽挨著一槽下線。如果先從U相的第1個(gè)線圈開始嵌線，那么嵌線的順序?yàn)椋?)將U相的第1個(gè)線圈的下層邊放在第4個(gè)鐵心槽里，上層邊吊把；2)將W相的第4個(gè)線圈的下層邊放在第5個(gè)鐵心槽里，上層邊吊把；3)將V相的第1個(gè)線圈的下層邊放在第6個(gè)鐵心槽里，上層邊吊把；4)將U相的第2個(gè)線圈的下層邊放在第7個(gè)鐵心槽里，上層邊放在第4個(gè)鐵心槽里；5)嵌第8個(gè)鐵心槽下層邊。然而，第8個(gè)鐵心槽下層邊放置的是W相的第1個(gè)線圈的下層邊，而W相的第4個(gè)線圈的下層邊已嵌在第5個(gè)鐵心槽里，此時(shí)若再將第1個(gè)線圈的下層邊再嵌在第8個(gè)鐵心槽里，那么W相繞組的第2個(gè)線圈、第3個(gè)線圈就無法進(jìn)行嵌線。

在圖1中，W相從第5個(gè)鐵心槽出來的過線向左延伸，而U相、V相的過線都向右延伸，過線延伸方向的不一致造成了W相繞組嵌線中斷；因此，為使已連續(xù)繞好一相線圈的三相繞組一槽挨著一槽下線，應(yīng)使三相繞組的過線全部向右延伸。如果從第6個(gè)鐵心槽下層邊開始，一槽挨著一槽下線，每相的過線都向右延伸，不過U相繞組要從第2個(gè)線圈開始嵌線，而第1個(gè)線圈待最后再嵌。這樣，就可以將一相一相繞組分別嵌線工藝改進(jìn)為三相繞組同時(shí)嵌線工藝。即嵌線工藝改進(jìn)為：1)將V相的第1個(gè)線圈的下層邊放在第6個(gè)鐵心槽里，上層邊吊把；2)將U相的第2個(gè)線圈的下層邊放在第7個(gè)鐵心槽里，上層邊吊把；3)將W相的第1個(gè)線圈的下層邊放在第8個(gè)鐵心槽里，上層邊吊把；4)將V相的第2個(gè)線圈的下層邊放在第9個(gè)鐵心槽里，上層邊放在第6個(gè)鐵心槽里；5)依此類推，將所有線圈放在鐵心槽里。

嵌完線后的繞組端部平面展開示意圖如圖4所示。此時(shí)的繞組端部是三相繞組整齊排列，在端部均勻分布，且相鄰的2個(gè)線圈端部緊密貼合在一起，與圖3中的多層漆包線重疊在一起相比，線圈厚度較薄，相應(yīng)繞組的內(nèi)、外圓尺寸較小。

圖4　改進(jìn)后的繞組端部平面展開示意圖

3效果驗(yàn)證

采用從V相的第1個(gè)線圈、U相的第2個(gè)線圈和W相的第1個(gè)線圈開始嵌線的工藝，可以使已連續(xù)繞好4個(gè)線圈的三相繞組一槽挨著一槽下線，這樣的繞組端部均勻分布，相鄰線圈端部緊密貼合在一起。

嵌完線整形后，測量繞組內(nèi)、外圓尺寸，都達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求；因此，采用改進(jìn)后的三相繞組同時(shí)嵌線的工藝，解決了繞組端部尺寸不合格的問題。三相繞組同時(shí)嵌線和一相一相繞組分別嵌線使用的都是同一個(gè)繞組平面展開圖，各個(gè)鐵心槽里放置的線圈邊沒有區(qū)別，唯一的區(qū)別是三相繞組在端部的分布排列。通過比較圖3、圖4可以看出，三相繞組同時(shí)嵌線的工藝能夠保證三相繞組在端部分布的均勻性，也就保證了三相繞組的完全對稱性，優(yōu)化了電動(dòng)機(jī)的性能。

三相繞組同時(shí)嵌線不僅可以解決繞組端部尺寸不合格的問題，而且能夠優(yōu)化電動(dòng)機(jī)性能；因此，首批加工合格的2臺(tái)定子和其他不合格的3臺(tái)定子均拆掉繞組，按三相繞組同時(shí)嵌線的工藝方法重新嵌線。嵌完線后，繞組端部內(nèi)、外圓尺寸均達(dá)到了要求，其他電氣性能測試也都合格。

4結(jié)語

本文針對同一個(gè)繞組平面展開圖，將一相一相繞組嵌線工藝改進(jìn)為三相繞組同時(shí)嵌線工藝，不僅解決了繞組端部內(nèi)、外圓尺寸不合格的問題，而且保證了三相繞組在端部分布的對稱性，優(yōu)化了電動(dòng)機(jī)的性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚影航.常用異步電動(dòng)機(jī)繞組展開圖與接線圖[M].北京：金盾出版社，2010.

[2] 金續(xù)曾.新編三相電動(dòng)機(jī)繞組修理與彩色接線圖集[M].遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[3] 薛建設(shè).大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診斷研究[J]. 新技術(shù)新工藝，2013(10)：117-119.

責(zé)任編輯鄭練

The Process of Improving the Three-phase Double Layer Winding Embedding

WU Anli

(Shaanxi Aero Electric Co., Ltd., Xingping 713107, China)

Abstract：While a motor stator winding wire, there is an actual problem that the internal winding overhang dimensions offset is very big. Through comparing with the similar motor stator winding, found that the unreasonable embedding process is the direct cause of the unqualified winding overhang dimension. And while no changing the design of a given winding under the premise planar graph, put forward the reasonable embedding technology.It not only solves the problem, but also optimizes the motor performance.

Key words:three-phase double layer winding, winding planar graph, insertin technology

收稿日期：2015-07-03

作者簡介：吳安利(1975-)，女，工程師，主要從事電動(dòng)機(jī)、電器制造等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TG 174

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A