一種三相交流電機雙層定子繞組擴大并聯支路數接線方法

蔣寶鋼，蔣勝千

（1. 哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040；2. 清華大學電機工程與應用電子技術系，北京 100084）

一種三相交流電機雙層定子繞組擴大并聯支路數接線方法

蔣寶鋼1，蔣勝千2

（1. 哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040；2. 清華大學電機工程與應用電子技術系，北京 100084）

本文提出了一種通過將繞組最小接線單元由線圈縮小到一個單邊繞組，再運用本文提出的接線單元選取方法構成支路，在保證每相各支路對稱的前提下，使三相交流電機雙層定子繞組并聯支路數在原有支路數的基礎上擴大一倍。

三相交流電機；雙層定子繞組；擴大并聯支路數；單邊繞組

0 前言

繞組是構成電機的核心部件，電機就是依靠感應于繞組中的電勢和通過的電流來產生電磁功率和電磁轉矩，從而達到進行機電能量轉換的目的。繞組的接線方式更直接影響電機的運行特性和經濟性。槽電流與電機的容量、電壓、并聯支路數及繞組型式有關，槽電流太小，表明發動機有效材料的利用較差，不經濟；槽電流太大，將導致銅損及附加損耗增加，從而使槽絕緣溫差增大，在工藝上由于線圈截面增大，使其制造更加復雜。當電機的容量、電壓一定時，并聯支路數對槽電流影響甚大。

電機繞組的主要特征參數——每極每相槽數按式（1）計算：

式中：q為每極每相槽數；z為電機槽數；p為極對數；m為相數；n/d為不可約分數且d不是3及其倍數。

按現有的三相交流電機雙層定子繞組接線方法，繞組的最小接線單元是一個線圈（包含不在同一槽內的一個上層邊和一個下層邊，通常只有一種），由其連接而成的繞組，最大并聯支路數amax為2p/d，可用并聯支路數為 amax的各因子或其組合乘積。若需擴大繞組并聯支路數，均采用不對稱支路繞組接線，因此在每相各支路內存在環流（由同相不同支路電勢間幅值差、相位差或兩者共同作用引起），造成電機損耗、發熱和振動等增加。

1 雙層定子繞組擴大并聯支路數接線方法

本文提出了一種通過將繞組最小接線單元由線圈（包含不在同一槽內的一個上層邊和一個下層邊，通常只有一種）縮小到一個單邊繞組（線圈的一個上層邊或一個下層邊，共兩種），再運用本文提出的接線單元選取方法構成支路，在保證每相各支路對稱的前提下，使三相交流電機雙層定子繞組并聯支路數在原有支路數的基礎上擴大一倍，即最大并聯支路數為2amax。

電機每極每相槽數q（q≥2）為整數時，按60°相帶常規繞組接線分相原則；以單邊繞組為最小接線單元排列構成一個兩極單元電機所有槽的上、下單邊繞組，且上單邊繞組與下單邊繞組的排列需完全相同，共4mq個單邊繞組。取其中一相一個極（如N極）下繞組上（下）層邊的q/2（q為偶數時）個或（q±1）/2（q為奇數時）個單邊繞組，選另一個極（S極）下同一相繞組下（上）層邊的 q/2（q為偶數時）個或（q干1）/2（q為奇數時）個單邊繞組，但須與前面N極下所選單邊繞組的位置不同（感應電勢相位差不等于180°），共選擇q個單邊繞組。用所選的單邊繞組通過適當連接（目前采用的疊繞或波繞連接）即可連接組成一個支路，按上述原則可將同相剩余的3q個單邊繞組組成另外三個支路，即可連接成一相的四個對稱的并聯支路，從而使電機繞組的并聯支路數在原有支路數的基礎上擴大一倍。所形成的繞組等效于60°相帶整距分布繞組。

構成一個支路的單邊繞組選擇方案共有（q為偶數時）或（q為奇數時）種，接線的復雜程度有所差別。

將電機同一相內的多個單元電機支路進行適當串、并聯組合（目前采用）即可完成電機一相繞組的最終連接，再按此進行其他兩相繞組的連接。

當q為奇數時，其支路引出線位于繞組兩端（通常應在繞組一端），可通過適當丟棄一個單邊繞組使支路引出線位于繞組一端。此外，用本文所述方法接成的繞組，其繞組上下端一般均有跨接線（極間連接線）。

當電機每極每相槽數 q為分數（d≥2）時，仍可使用本文所述的方法進行接線，但需用n代替q，d代替1（q為整數時單元電機極對數）。

本文所述繞組接線方法構成繞組的基本接線單元為單邊繞組，因此不存在短距，即所形成的繞組等效于60°相帶整距分布繞組。因而繞組諧波含量相對較大，適宜于q（n）較大的繞組接線。

2 具體實例

現以一臺槽數為24的兩極三相電機為例說明其具體連接方案。

如圖1所示，q=4時一個單元電機內定子一相單邊繞組的分組排列示意圖。圖中項1為上單邊繞組，項2為下單邊繞組，圖中字母相同的單邊繞組可組成一個并聯支路，可組成A、B、C、D共4個并聯支路。

圖1 q=4時，一個單元電機內定子一相單邊繞組的分組排列示意圖

如圖2所示，q=4時，一臺兩極三相電機定子一相繞組4個支路的疊繞連接示意圖。圖中實線、虛線、雙點劃線和單點劃線分別組成了同一相繞組的一個支路，即A、B、C、D共4個并聯支路，其中粗線代表上層單邊繞組，細線代表下層單邊繞組，其他兩相繞組連接省略未示出。

圖2 q=4時，一臺兩極三相電機定子一相繞組4個支路的疊繞連接示意圖

3 結束語

本文提出的將繞組最小接線單元由線圈縮小到單邊繞組，在保證每相各支路對稱的前提下，使三相交流電機雙層定子繞組并聯支路數在原有支路數的基礎上擴大了一倍。

[1] 白延年. 水輪發電機設計與計算[M]. 北京: 機械工業出版社.

[2] 許實章. 交流電機的繞組理論[M]. 北京: 機械工業出版社.

審稿人：孫玉田

A Three-phase Alternator with Double Stator Winding to Expand Number of Parallel Branches Connecting Method

JIANG Baogang1, JIANG Shengqian2
（1. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China；2. Tsinghua University Department of Electrical Engineering, Beijing 100084, China）

A new way of wiring is proposed in the paper to double the basic parallel branch number of the stator winding of a three-phase alternator on the condition that the parallel branches of every phase are symmetric. The problem is solved through simplifying the wiring unit from a coil to a unilateral winding and applying a new way to form the branches with the wiring units.

three-phase alternator; bi-layer stator winding; expansion of branch number; unilateral winding

TM303.1

A

1000-3983(2014)03-0006-02

2013-11-15

蔣寶鋼（1960-），1984年畢業于清華大學電機系電機專業，長期從事水輪發電機技術工作，高級工程師。