蘇啟平

(安徽皖南電機股份有限公司,安徽 宣城 242500)

0 引 言

繞組是電機的“心臟”，是電機的關(guān)鍵部件。繞組的制造質(zhì)量是影響電機壽命和運行可靠性的主要因素之一[1]。一般用途的中小型電機多為2、4、6、8、10極。極數(shù)大于等于12的多極電機通常具有定子槽數(shù)多、端部小、跨距短、槽滿率高等特點。在多極電機制造過程中要控制有繞組端部的高度和厚度，對有繞組的嵌線、接線及整形工藝的要求比較高。若采用普通三相異步電動機的散嵌繞組制造工藝，會出現(xiàn)槽口對地、線圈匝間故障、槽楔難嵌入槽內(nèi)、槽口齒部攤開等故障，導(dǎo)致質(zhì)量問題。為此，本文介紹15 kW風(fēng)力發(fā)電機在樣機試制階段出現(xiàn)的故障和采取的有繞組定子制造工藝改進方案，證實了改進方案可以降低有繞組定子的嵌線難度和故障率。相關(guān)工藝可推廣應(yīng)用于其他多極電機產(chǎn)品的繞組生產(chǎn)。

1 普通工藝用于多極電機生產(chǎn)的問題

安徽皖南電機股份有限公司自主研發(fā)的15 kW風(fēng)力發(fā)電機，極數(shù)多(40極)、體積小、結(jié)構(gòu)非常緊湊。繞組跨距為1-2，A=1，雙層疊繞，每相24個線圈。風(fēng)力發(fā)電機繞組內(nèi)部展開圖如圖1所示。其定子鐵心內(nèi)徑小(150 mm)、槽數(shù)多(72)、跨距小、槽滿率高(85.6%)。由于整機結(jié)構(gòu)緊湊，繞組端部空腔小，在樣機試制開始階段，根據(jù)普通雙層電機制造工藝要求，發(fā)現(xiàn)線包非常短，端部整形困難。在控制端部高度的過程中，會出現(xiàn)底槽絕緣在槽口處破損的情況，造成槽口對地。嵌線工序的難度大，導(dǎo)致有繞組定子故障率高(如槽口對地、線圈的匝間或相間故障等)。

圖1 風(fēng)力發(fā)電機繞組內(nèi)部展開圖

對首批加工的5臺樣機進行耐壓試驗，要求平均不合格率不得高于千分之四(0.4%)。首批有繞組定子樣機試驗結(jié)果如表1所示。由表1可知，5臺樣機平均故障率(故障槽數(shù)與總槽數(shù)之比)高達2.22%。

表1 首批有繞組定子樣機試驗結(jié)果

結(jié)合數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場調(diào)查，判斷嵌線時繞組端部直線部分太短和槽滿率偏高是導(dǎo)致有繞組定子故障的主要因素。

2 改進方案

2.1 圓弧形繞線模改為方形繞線模

針對繞組端部直線部分太短的問題，有2個改進方法：(1)加長繞線模的直線部分;(2)改變繞線模的形狀。

加長原有繞線模直線部分長度雖能降低嵌線難度，但也會加長定子的端部高度、加大裝配工序的難度，并且會增加銅耗和電機的制造成本。因此，該方法不可取。

考慮通過改變繞線模形狀來解決繞組端部直線部分太短的問題。實際嵌線時，先嵌入下沉邊，再嵌跨節(jié)距后的上沉邊，此時需將線圈端部圓弧拉成直邊。繞組線圈寬度25 mm，總截面積約為17.5 mm2，憑借人工操作很難將上沉邊一次性嵌入槽內(nèi)，而若分批拉直嵌入，漆包線又會與定子鐵心在槽口的位置直接接觸而損傷漆膜，導(dǎo)致槽口對地。若線圈端部為直邊，就可以解決問題。故提出將繞線模的形狀由圓弧形(圖2)改為方形(圖3)，利用繞線模直接繞制出線圈的直角端部，降低嵌線難度。

圖2 改進前圓弧形繞線模

圖3 改進后方形繞線模

2.2 分層繞制分層嵌入

該發(fā)電機槽滿率高、槽數(shù)多，按照傳統(tǒng)雙層雙疊嵌線方法，故障率高。為了解決這一問題，提出保持繞組匝數(shù)不變、將線規(guī)(截面積)改為原來的1/2，繞組繞制2次。繞組繞制示意圖如圖4所示。改進前需要繞制36相，改進后需要繞制72相。

圖4 繞組繞制示意圖

繞組繞制完成后，72槽分2個雙層嵌入，每個雙層有144個逐步嵌線次序。分層繞制、分層嵌入繞組嵌線順序表(一半繞組)如表2所示[2]。整個電機繞組有4層，即288次序逐步嵌線。

表2 分層繞制、分層嵌入繞組嵌線順序表(一半繞組)

所提出的分層式嵌線方法在繞配線工序中需要耗費一定的時間，但會降低嵌線工序的難度。在嵌入第一層時槽滿率很低，很容易嵌入；嵌入第二層時，由于線規(guī)減少了一半，且有繞組端部是直角的，因而線圈嵌入槽中難度系數(shù)也大大降低。

這種方法在嵌線過程中需要注意以下幾點。

(1)嵌入第一組時，做好U、V、W三相進出線的標(biāo)志，便于接線時辨認。因為第二層的線圈是在第一層的基礎(chǔ)上嵌入的，在同槽內(nèi)第一組的上沉邊出線和第二組的下沉邊入線位置很接近。例如表2所示嵌線次序的第4項和第5項，也就是第72槽的底線和第1槽的面線，相隔1槽，2組出線的位置基本相同，同時夾在2層線包之間，如果沒有接線標(biāo)志將很難分清出線和入線，從而導(dǎo)致相間故障。

(2)嵌入第二組的起點的三相(同槽內(nèi))要與第一組的U、V、W三相相同，并要做好絕緣。在同槽內(nèi)有4層線圈，如果同槽內(nèi)第二組與第一組相次不同，那么U、V、W相可能同時出現(xiàn)在同一槽內(nèi)，導(dǎo)致電機不能起動。

(3)根據(jù)嵌線時做好的U、V、W三相標(biāo)志，通過串聯(lián)的方式進行不同相過橋線的連接。接好第一層的出線后，再接第二層的出線，最后把2層相同相次的出入線進行合并。接線時一定要區(qū)分三色線否則極易串相。

3 改進效果

將上述改進方案應(yīng)用于后期15 kW 發(fā)電機有繞組定子的制造中，仍對5臺樣機進行耐壓試驗。改進前后有繞組定子故障率對比如表3所示。需要指出的是，改進后出現(xiàn)的錯線問題是人為因素導(dǎo)致的。除去錯線問題后，采用改進工藝制作的有繞組定子樣機，故障率為0.28%，達到了不高于0.4%的要求。

表3 改進前后有繞組定子故障率對比

改進方案后期多次推廣應(yīng)用于其他產(chǎn)品樣機的繞組生產(chǎn)，有效地降低了嵌線工序的難度和故障率，提高了有繞組鐵心的制造質(zhì)量。

4 結(jié) 語

15 kW風(fēng)力發(fā)電機是多極電機的一種。本文針對其有繞組定子制造，在不改變電磁方案的前提下，提出了2種改進工藝，有效地降低了嵌線工序的難度和故障率，提高了制造質(zhì)量，形成量產(chǎn)的產(chǎn)品。所介紹的改進方案已推廣應(yīng)用于其他產(chǎn)品樣機的繞組生產(chǎn)，為槽數(shù)多、跨距短、槽滿率偏高的多極電機繞組定子制造提供了一定的參考。