張亮，李瑞東

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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電動機(jī)單雙層繞組的設(shè)計

張亮，李瑞東

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

闡述了電動機(jī)單雙層繞組常用的型式，通過對電機(jī)單層繞組和雙層繞組的構(gòu)成原理、優(yōu)點進(jìn)行分析，根據(jù)繞組型式及布線特點，單雙層繞組適用范圍，對電機(jī)進(jìn)行單雙層繞組優(yōu)化設(shè)計，從而改善了電機(jī)性能，達(dá)到節(jié)約銅材和提高電機(jī)運行效率。

單雙層繞組；結(jié)構(gòu)形式；線圈

0 引言

交流三相異步電動機(jī)定子繞組型，通常采用單層繞組及雙層迭繞組，單層繞組分為同心式、鏈?zhǔn)嚼@組、交叉鏈?zhǔn)嚼@組等，還有同心式雙層繞組。人們在生產(chǎn)實踐過程中，不斷探索能找到新的繞組型式，改善電機(jī)性能及節(jié)約銅材。上世紀(jì)六十年代初，我國出現(xiàn)了單層交叉式鏈?zhǔn)嚼@組，不僅節(jié)約了銅材，還改善了電機(jī)運行的性能。隨后又出現(xiàn)單雙層混合繞組，進(jìn)一步節(jié)省了銅材，電機(jī)運行性能有所增強(qiáng)，效率也提高了。國外采用單雙層繞組產(chǎn)品比我國早，但經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國已經(jīng)普遍應(yīng)用了單雙層繞組型式。

1 單層及雙層繞組的特點

1.1 單層繞組的特點

1.1.1 槽內(nèi)無層間絕緣，槽內(nèi)利用率高；

1.1.2 同一槽內(nèi)的導(dǎo)體都屬于同相，在槽內(nèi)不會發(fā)生相間擊穿；

1.1.3 整臺電機(jī)線圈數(shù)為定子槽數(shù)1/2；

1.1.4 空間上短距，但電氣上是短矩，即短矩系Kp=1，總的繞組系數(shù)比較高；

1.1.5 線圈端部比較短，短距省銅且下線方便；

1.1.6 由于短距系數(shù)Kp=1，氣隙磁場波形、諧波函量較多，影響電機(jī)性能。

1.2 雙層繞組的特點

1.2.1 選擇短節(jié)距，如5/6可以消除5次、7次諧波，減少附加損耗，改善電機(jī)性能；

1.2.2 繞組端部排列方便且整齊；

1.2.3 每個線圈尺寸相同，制造方便；

1.2.4 槽內(nèi)上下層線圈之間要墊相同絕緣，多用絕緣材料，以免槽內(nèi)利用率受影響。

2 單雙層繞組構(gòu)成原理

雙層迭繞組應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)亩叹鄷r，有些槽內(nèi)上下層導(dǎo)體，屬于同一相，且電流方向相同。另一部分槽內(nèi)上下層導(dǎo)體不屬于同一相，如果將屬于同一相的槽內(nèi)上下層導(dǎo)體合起來，用帶層來代替，而上下層導(dǎo)體不屬于同一相的，仍保持為雙層。在保證槽內(nèi)方向不變的情況下，選擇同心式繞組布線連接起來，形成了既有單層繞組又有雙層繞組的單雙層繞組型式，根據(jù)這個原理在單層繞組上改成單雙層繞組。

3 單雙層繞組的排列方法

從單雙層繞組結(jié)構(gòu)型式進(jìn)一步說明基本原理，電機(jī)如何省銅和提高電機(jī)運行效率。舉例說明一臺電機(jī)繞組的排列方法。

(1)定子36槽、4極的電機(jī)，雙層短矩繞組，繞組排列表及繞組端部聯(lián)接見圖1。

圖中，Y：整距1～10，即跨9個槽，選矩一個槽為1～9，即跨8個槽，跨距比近5/6，相號是指雙層繞組線圖的上層邊，沒標(biāo)下層邊根據(jù)節(jié)距可以確定下層邊在哪個槽，如槽1內(nèi)線圈的下層邊在9號槽，從端部看，實線表示上層邊，虛線表示下層邊。

從圖1可以看出，槽號1,2,10,11,19,20,28及29槽內(nèi)的上下層邊，既是同相，且電流方向相同，可以改成單層線圈，其余仍保留雙層，但是，線圈結(jié)構(gòu)不能不變，即端部聯(lián)接不能保存原來的單層及雙層，圖1中不能完全展現(xiàn)，節(jié)銅和提高電機(jī)電氣性能?，F(xiàn)將電機(jī)的端部聯(lián)接改為同心式，具體單雙層聯(lián)接方式如圖2所示。

從圖2中可以看出，單層線圈節(jié)距Y=8，但電氣上繞組分布系數(shù)Kp=1，所以雙層線圈的節(jié)距Y=6，但跨距比仍保持5/6，節(jié)約銅材料很明顯。由于短矩近似6/5，5次、7次諧波消除，氣隙磁場波形得到改善，附加損耗小，附加轉(zhuǎn)矩也小，銅耗降低，效率就得到提高。明顯看出，單雙層繞組的優(yōu)點和特點，此項節(jié)約銅約5%～10%左右，同時還節(jié)約了絕緣材料。

(2) 36槽2極雙層繞組改成單雙層繞組。小型普通電機(jī)2極，若采用跨距5/6會很理想。但由于端部布置困難且太長，加工不方便，給生產(chǎn)帶來麻煩。在實際生產(chǎn)中，包括系列產(chǎn)品均采用跨距為2/3，顯然短矩系數(shù)比較低，氣隙磁場波形不好，性能受影響，為克服這些缺點，改成單雙層繞組，在沒改之前繞組系數(shù)中的分布系數(shù)Kd=0.956(查表即可)，如果節(jié)距Y=3，其短距系數(shù)Kp=cos50/2=0.906，改后節(jié)距Y=16，相當(dāng)短2槽，短距系數(shù)Kp=cos20/2=0.985，繞組系數(shù)Kdp=Kd×Kp=0.956×0.985=0.94，提高8.8%，每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)(在保證有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)不變情況下)可以減，節(jié)省銅并提高性能，可以看出效果比4極更明顯。

(3)單層繞組改成雙層繞組。如圖1所示，如果都改成整距繞組，那么每槽內(nèi)上下層線圈邊，都屬于同一相，且電流方向相同，可以按單層考慮，由此可以考慮單層繞組如何改成單雙層繞組，這就會很簡單了。

4 單雙層繞組的設(shè)計特點

4.1 單層邊槽數(shù)盡可能采用偶數(shù)，這便于組成對稱的單雙層同心式線圈，如果單層邊槽數(shù)為奇數(shù)，一般組成不了對稱的單雙層繞組，這種繞組因不對稱而端部不夠整齊，為了免除上述不對稱的缺點，可將中間一個槽的單層線圈近分成兩個向兩邊走的雙層線圈，這樣單層槽數(shù)為奇數(shù)時，就可以組成對稱的單雙層繞組了。

4.2 每極每相槽數(shù)q≥2，否則改不成單雙層繞組。

4.3 改成單雙層繞組后，相鄰倆個雙層槽內(nèi)線圈可以設(shè)計成不等匝，比如相差1匝，根據(jù)氣隙磁勢波形的需要和理想的每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)來確定。

4.4 電機(jī)在設(shè)計時，往往每極每相槽q值是不同的，所以在設(shè)計單雙層繞組端部型式也是不同的，目前已有成熟的型式，在實踐中不斷的進(jìn)行總結(jié)可以達(dá)到創(chuàng)新。

4.5 為了使嵌線不至于困難，槽滿率不易太高，通常計算槽滿率在75%左右(實際已達(dá)到78%左右)。

4.6 線圈數(shù)盡可能少(單層線圈盡可能多些，雙層線圈盡可能少些)。

4.7 線圈尺寸設(shè)計要合理，用現(xiàn)行的通用計算程序計算單雙層同心式繞組，不太合適。建議用公式計算，結(jié)合畫圖方法互相校對好。

4.8 不能過度追求端部短，這樣極易造成端部相間短及槽口破壓。

5 單雙層繞組的適用范圍

5.1 針對普通Y系列電機(jī)來講，中心高在160以下，小功率2極、4極，雙速電機(jī)適用效果明顯。

5.2 中心高在180以上功率較大，適用于2極、4極、6極和8極電機(jī)，因此大些普通電機(jī)不適合做成單層繞組的基本上也不適用單雙層繞組。

5.3 二十世紀(jì)初，有些資料介紹國外已有單雙層繞組，但沒看到實物，改革開放后，對引進(jìn)設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等小功率電機(jī)修理時，發(fā)現(xiàn)都是單雙層繞組，體現(xiàn)出國外電機(jī)的科技水平。

6 結(jié)語

單雙層繞組節(jié)約銅線主要在繞組的端部及節(jié)距短，但在電氣上繞組系數(shù)高，具備了單層繞組和雙層繞組的優(yōu)點，采用同心式繞組型式，最終實現(xiàn)省銅高效，溫升低，堵轉(zhuǎn)性能好，電氣性能穩(wěn)定等優(yōu)點，降低電機(jī)制造的成本。

[1] 馬德鑫.單雙繞組的組成及其計算方法.中小型電機(jī)技術(shù)情報，1979.4.

[2] 西安大學(xué)“七二一”電機(jī)試驗班.電機(jī)修理.西安：陜西人民出版社，1973.4.

[3] 李巖，李彬，劉照.雙繞組電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng).防爆電機(jī)，2015.2.

Design on Single-and Double-Layer Windings of Motor

ZhangliangandLiRuidong

(Jiamusi Electric Machine Co., Ltd., Jiamusi 154002, China)

Common type of single-and double-layer windings in motor is introduced in this paper. Based on analysis of composition principle and advantage of single-and double-layer windings of the motor, optimization design is carried out according to feature and scope of application. The motor performance is improved. Saving copper and improving operating efficiency are achieved.

Single-and double-layer windings；structure type；coil

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.05.04

TM303.1

A

1008-7281(2016)05-0015-003

張亮 男 1979年生；畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)機(jī)電技術(shù)及自動化專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)技術(shù)管理工作.

2016-03-11