(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

電機(jī)繞組固定是絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分之一。因?yàn)殡姍C(jī)繞組在運(yùn)行中長(zhǎng)期受到機(jī)械、電氣、溫度及環(huán)境因素等的影響而產(chǎn)生振動(dòng)、位移、磨損、斷裂等現(xiàn)象，易造成電機(jī)絕緣擊穿而停機(jī)事故。這些事故多數(shù)是由于繞組固定不合理而造成的。特別是在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)或定子繞組突然短路時(shí)而發(fā)生的電磁力引起強(qiáng)烈沖擊力，更容易引起電機(jī)繞組的破壞。為此，加強(qiáng)繞組固定尤為重要，繞組固定結(jié)構(gòu)的合理性，直接關(guān)系到電機(jī)的運(yùn)行安全和使用壽命。

本文將重點(diǎn)介紹了高壓交流電機(jī)VPI絕緣系統(tǒng)定子繞組槽部、端部和引出電纜等固定結(jié)構(gòu)形式。

1 定子繞組固定的基本要求

繞組的固定通常需滿足下列要求

(1)繞組在槽內(nèi)固定牢靠，不發(fā)生位移磨損現(xiàn)象；

(2)在電機(jī)允許的任何條件下，繞組端部的位移量不大于2mm。例如：Micalastic絕緣固定的端部最大徑向位移量(用激光測(cè))不大于1.7mm；Micadur-Compact絕緣固定的高壓電動(dòng)機(jī)不大于1.2mm。

(3)繞組固定后，必須使其固有振動(dòng)頻率避開雙倍工頻，以免發(fā)生共振。

(4)連接線和電纜引出線固定牢固，不發(fā)生松動(dòng)、磨損、接頭開焊或銅線疲勞斷裂等現(xiàn)象。

(5)繞組固定后須保證滿足電氣間隙、爬電距離和間距的尺寸要求，防止爬電和放電的現(xiàn)象發(fā)生。

(6)繞組固定是定子嵌線過程中重要的環(huán)節(jié)之一，其工作量約占定子嵌線工作量的60%以上。只有嚴(yán)格工藝過程，才能保證繞組固定的最終性能和質(zhì)量。

2 定子繞組固定的理論依據(jù)與計(jì)算

繞組固定應(yīng)以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，以理論計(jì)算為依據(jù)，設(shè)計(jì)出合理最佳的各種不同的固定結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于各種不同類型的電機(jī)上。

關(guān)于定子繞組固定的理論依據(jù)與計(jì)算內(nèi)容由于篇幅較大，不詳細(xì)介紹。其包含以下方面：(1)起動(dòng)過程中的電磁力；(2)振動(dòng)力；(3)突然短路的沖擊電磁力；(4)熱應(yīng)力引起的形變；(5)外力作用；(6) 定子繞組端部間距；(7)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。

3 VPI絕緣系統(tǒng)定子繞組固定結(jié)構(gòu)

3.1 槽部固定

高壓交流電機(jī)VPI絕緣系統(tǒng)定子繞組槽內(nèi)固定相比大容量發(fā)電機(jī)的槽內(nèi)固定較簡(jiǎn)便，如圖1所示。在VPI絕緣系統(tǒng)中楔下墊條采用層壓板，層間和槽底墊條采用熱膨脹型玻璃纖維氈，經(jīng)VPI浸漬處理后，達(dá)到槽內(nèi)固定的目的。

圖1 槽內(nèi)固定結(jié)構(gòu)

這種槽內(nèi)固定結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：一是使槽內(nèi)繞組固定牢固；二是槽內(nèi)線圈與鐵心間接觸良好，減少了槽內(nèi)氣隙放電現(xiàn)象。

3.2 端部固定

高壓交流電機(jī)VPI絕緣系統(tǒng)定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)已從原來只采用滌玻繩和斜邊墊塊的固定方式，發(fā)展到多種類型不同結(jié)構(gòu)方式的固定結(jié)構(gòu)。

一些公司都已各自建立了一整套定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)。以某公司為例，繞組端部固定環(huán)(端箍)分為多種，充分考慮到定子繞組在運(yùn)行中的徑向和軸向電磁力作用。在端部上、下層線圈斜邊間固定方式多樣，充分保證電機(jī)運(yùn)行時(shí)的可靠性。三菱公司的連接線和引出線電纜固定較為先進(jìn)合理。

繞組端部固定結(jié)構(gòu)主要包括：槽口、線圈斜邊、極間連接線和相間連接線、固定環(huán)(端箍)及引出線等固定方式。下面以圖2為例，解析各部位固定結(jié)構(gòu)及采用材料、方式和綁扎。

圖2 典型端部固定結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.1 槽口固定

定子繞組線圈出槽口直線部分之間固定，其結(jié)構(gòu)形式如下

(1)采用熱膨脹型玻璃氈按圖3固定，為更好地夾緊，熱漲型玻璃氈須在徑向超出端部側(cè)5mm(hc以5mm為整數(shù)級(jí))。

圖3 槽口固定“三明治式布置”草圖

(2) 采用層壓板制成楔塊塞緊，再用滌玻繩或定向纖維帶對(duì)角線綁扎和橫向綁扎固定。

(3) 采用滌玻繩以對(duì)角綁扎和橫向綁扎固定線圈出槽口直線部分。

3.2.2 線圈斜邊固定

定子繞組線圈斜邊固定方式分切向固定(見圖2)和對(duì)角線固定(見圖4)。對(duì)角線固定僅用于上層邊間隔為X=4槽節(jié)距。

圖4 線圈斜邊對(duì)角線固定示意圖

(1)繞組線圈斜邊墊塊采用熱漲型玻璃氈，分別按順序塞緊在線圈上層邊間隙和下層邊間隙間。墊塊高度須分別超出線圈絕緣高度。經(jīng)VPI浸漬處理，塞在線圈斜邊的墊塊因受熱膨脹而呈啞鈴狀，固定在線圈上。其線圈斜邊固定經(jīng)VPI處理后效果圖見圖5。

圖5 線圈斜邊固定經(jīng)VPI處理后效果圖

(2)有的電機(jī)需對(duì)線圈斜邊固定加強(qiáng)，則采用熱漲型玻璃氈墊塊或用滌綸氈包層壓玻璃布板墊塊塞緊，再用定向纖維帶十字交叉綁扎方式固定(見圖2)。這種固定方式的墊塊高度略小于線圈絕緣高度。

(3)線圈斜邊僅采用滌玻繩以十字交叉綁扎和橫向綁扎的方式固定。

3.2.3 線圈鼻部固定

線圈鼻部固定一般不采用，如果需要采用時(shí)可用鼻部間隔墊塊和定向纖維帶綁扎固定。

3.2.4 線圈層間固定

定子繞組端部線圈層間固定采用滌玻填充管填充在每個(gè)繞組端部的上、下邊線圈間，墊成一個(gè)環(huán)。經(jīng)VPI浸漬固化后，形成一個(gè)有剛性的玻璃鋼環(huán)。(見圖2中層間填充管)。

3.2.5 端箍固定

(1)端箍

端箍又稱繞組端部外圓固定環(huán)，其材質(zhì)一般分為三種：a.非磁性鋼環(huán)；b.聚酯(或環(huán)氧)無緯玻璃纖維繞制經(jīng)固化加工而成的玻璃鋼環(huán)；c.可浸漬的絕緣端箍(又稱絕緣軟端箍)，在繞組端部線圈的外圓纏繞成環(huán)，經(jīng)VPI浸漬固化后形成一個(gè)有剛性的玻璃鋼端箍。

非磁性鋼環(huán)易產(chǎn)生漏磁、渦流等因素對(duì)電機(jī)性能有一定的影響。而可浸漬的絕緣端箍在VPI處理前具有很高的抗拉強(qiáng)度和一定的柔軟度，適形性好，VPI處理后其強(qiáng)度和剛性可以與非磁性鋼環(huán)相媲美。

(2)端箍的支撐和固定

端箍固定環(huán)的支撐方式

固定環(huán)分為單環(huán)和雙環(huán)結(jié)構(gòu)，其支撐方式可分為

單環(huán)：沒有支撐；帶軸向支撐；帶有軸向和徑向支撐

雙環(huán)：沒有支撐；帶軸向支撐；僅外環(huán)帶有軸向支撐和徑向支撐；外環(huán)帶徑向，雙環(huán)皆帶軸向支撐；雙環(huán)皆帶軸向和徑向支撐。

(3)端箍與繞組的綁扎

所有的下層線圈端部必須合理地處于端箍?jī)?nèi)圓上。

綁扎采用滌玻繩等材料固定。

3.2.6 相內(nèi)連接線固定

(1) 硬連接方式

每個(gè)組內(nèi)的線圈連接后，在焊接處周圍范圍內(nèi)用熱漲型玻璃氈墊塊或?qū)訅翰ＡР及鍓|塊以不超過連接線尺寸填充，再用定向纖維帶十字綁扎固定(見圖2中引線端綁扎)。

(2) 軟連接方式

相內(nèi)連接線絕緣處理完成后，采用絕緣編織繩或絕緣軟端箍貼緊相內(nèi)連接線內(nèi)圓繞一周，并用滌玻繩以十字式綁扎固定(見圖6)。經(jīng)VPI浸漬固化后，形成一個(gè)具有一定剛性的玻璃環(huán)。繞組相內(nèi)連接線固定經(jīng)VPI處理后效果圖(見圖7)。

圖6 相內(nèi)軟連接示意圖

圖7 繞組相內(nèi)連接線經(jīng)VPI處理后效果圖

3.2.7 極間連接線與相位環(huán)固定

(1)極間連接線部位固定采用滌玻纖維套管十字綁扎若干匝固定?；蛘卟捎脽釢q型玻璃氈墊塊填充間隙，再采用滌玻纖維套管橫向綁扎固定，綁扎匝數(shù)見圖8，綁扎間距見表1。

(2)相位環(huán)固定

相位環(huán)采用銅環(huán)結(jié)構(gòu)，銅環(huán)固定在定子繞組前端(引線端)的支臂上，支臂與定子壓板焊在一起。其結(jié)構(gòu)及滌玻纖維套管的綁扎固定見圖11所示。

相位環(huán)部位的綁扎(見圖9)和相位跨接部位的綁扎(見圖10)均采用滌玻纖維套管以橫向或十字綁扎型式綁扎固定，其綁扎間距見表1。

表1 極間連接線、相位環(huán)綁扎間距

圖8 極間連接線綁扎固定

圖9 相位環(huán)綁扎固定

圖10 跨接處綁扎固定

圖11 相位環(huán)支臂綁扎固定

3.3 電機(jī)引接線電纜引出固定

采用電機(jī)引接線電纜引出方式的電機(jī)定子通常是在定子繞組VPI浸漬處理完成后再接電機(jī)引接線。電纜接好并絕緣處理后，將定子出線口以內(nèi)的電纜在極間連接線外圓部繞0.5～1周之后在綁扎固定。

此固定方式可防止由于受到電磁力和振動(dòng)力的作用而造成的接頭開焊和絕緣磨損開裂。

4 結(jié)語

電機(jī)定子繞組固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是電機(jī)定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分，定子繞組固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到電機(jī)運(yùn)行時(shí)的安全性和可靠性。

本文綜合各電機(jī)制造公司和我公司的先進(jìn)技術(shù)，列舉了高壓交流電機(jī)VPI絕緣系統(tǒng)定子繞組固定的典型結(jié)構(gòu)，這是幾代人通過研究、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)和經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)的結(jié)晶。但隨著電機(jī)制造業(yè)的發(fā)展仍有改進(jìn)和完善的空間。