撰文/湯紹釗

■355017 寧德出入境檢驗檢疫局 福建 福安

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低諧波繞組在YX3系列電機節(jié)材增效設(shè)計上的應(yīng)用

撰文/湯紹釗

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本文以YX3-180M-2電機為例，通過對比分析雙層同心式低諧波繞組在基波繞組系數(shù)、各次諧波含量、線重耗材上較雙層疊式短距繞組的優(yōu)勢，并以試驗樣機加以驗證。三相異步電動機；效率；基波繞組系數(shù)；諧波

電動機節(jié)材增效設(shè)計的實現(xiàn)手段主要有合理設(shè)計定轉(zhuǎn)子沖片磁路、槽形，合理選用導(dǎo)磁材料，改進(jìn)定轉(zhuǎn)子鐵心的制造工藝，選用合適的繞組型式（如雙層同心式低諧波繞組）等。綜合利用這些手段、精心設(shè)計可提高電動機效率節(jié)約材料使用。其中雙層同心式低諧波繞組具有諧波含量低，繞組系數(shù)較高（與雙疊短距繞組相比）的優(yōu)點成為電動機節(jié)材增效設(shè)計的有效手段。本文以YX3-180M-2電機為例，集中探討低諧波繞組在電動機上的應(yīng)用并試制樣機加以求證。

YX3-180M-2常規(guī)繞組的基本參數(shù)及諧波含量［1］

電動機繞組做為礪磁元件在產(chǎn)生基波磁場的同時還伴生有各高次諧波磁場，諧波磁場會加大電動機損耗不利于效率提高。YX3系列電動機180及以上機座2P電機采用了雙層疊式繞組、短距布置，雙層疊式短距繞組能一定程度減少各次諧波強度，但基波繞組系數(shù)也因此降低，繞組系數(shù)越低意味著需要消耗更多的漆包線?，F(xiàn)將YX3-180M-2常規(guī)繞組基本參數(shù)列表1、各次諧波含量列表2。

雙層同心式低諧波繞組的設(shè)計原理及匝比分配

感應(yīng)電機氣隙磁場空間諧波的來源主要有兩方面，一是由定轉(zhuǎn)子開槽引起的齒諧波，二是由于相帶存在引起的相帶諧波。減弱齒諧波的方法有斜槽、采用軟磁槽契等，本文暫不討論。在不考慮開槽引起磁導(dǎo)變化的情況下可認(rèn)為氣隙磁導(dǎo)在圓周上的均勻的，因此氣隙磁場空間諧波取決于繞組磁勢的空間諧波，至此低諧波繞組的設(shè)計任務(wù)轉(zhuǎn)換為了合理設(shè)計槽內(nèi)繞組匝數(shù)，使定子安匝數(shù)沿圓周方向呈正弦分布即磁勢波沿圓周方向呈正弦分布。雙層同心式繞組通合理分配匝比恰好能夠使定子安匝數(shù)沿圓周方向呈正弦分布。

YX3-180M-2雙層同心式低諧波繞組的基本參數(shù)及諧波含量

利用上述理論及方法對YX3-180M-2電機進(jìn)行設(shè)計，其雙層同心式低諧波繞組基本參數(shù)列表各次諧波含量列表4。

比較表3、表4和表1、表2，可以看出采用雙層同心式繞組基波繞系數(shù)有較大上升，同時5、7諧波的幅值有較大的下降，其優(yōu)勢反應(yīng)在耗材上銅線重較之前下降了約0.7kg。

表1　YX3-180M-2常規(guī)繞組的基本參數(shù)

表2　YX3-180M-2常規(guī)繞組各次諧波基波幅值百分比

表3　YX3-180M-2雙層同心式繞組的基本參數(shù)

表4　YX3-180M-2雙層同心式繞組各次諧波基波幅值百分比

表5　樣機測試結(jié)果

樣機測試結(jié)果比較

按以上兩個方案試制樣機測試結(jié)果如表5。

從表5可以看出，雙層同心式低諧波繞組在耗銅減少的的情況下效率卻略有提升，驗證了雙層同心式低諧波繞組能夠提高繞組系數(shù)、降低諧波、有利于效率提升。

結(jié)論

上述理論計算和實測驗證很好的證明了雙層同心式低諧波繞是一種有效的幫助節(jié)材增效設(shè)計的手段，尤其是YX3系列電機180中心高及以上2P電機常規(guī)設(shè)計時繞組為雙層疊式短距繞組，其短距槽數(shù)較多繞組系數(shù)低，用雙層同心式低諧波繞代替節(jié)材增效效果更明顯。

參考：

［1］許實璋.交流電機的繞組理論.機械工業(yè)出版社，1985

［2］李曉松，陳喬夫.雙層同心式低諧波繞組的研究.微電機，2004年第4期

［3］喬長君.三相交流電動機繞組布線接線圖冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.12

作者簡介：

湯紹釗（1984-），男，本科學(xué)歷，助理工程師，主要從事電機檢測與研究工作。

基金項目：*國家質(zhì)檢總局科技計劃項目（2015IK038）