一种三相交流电机双层定子绕组扩大并联支路数接线方法

蒋宝钢，蒋胜千

（1. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040；2. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京 100084）

一种三相交流电机双层定子绕组扩大并联支路数接线方法

蒋宝钢1，蒋胜千2

（1. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040；2. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京 100084）

本文提出了一种通过将绕组最小接线单元由线圈缩小到一个单边绕组，再运用本文提出的接线单元选取方法构成支路，在保证每相各支路对称的前提下，使三相交流电机双层定子绕组并联支路数在原有支路数的基础上扩大一倍。

三相交流电机；双层定子绕组；扩大并联支路数；单边绕组

0 前言

绕组是构成电机的核心部件，电机就是依靠感应于绕组中的电势和通过的电流来产生电磁功率和电磁转矩，从而达到进行机电能量转换的目的。绕组的接线方式更直接影响电机的运行特性和经济性。槽电流与电机的容量、电压、并联支路数及绕组型式有关，槽电流太小，表明发动机有效材料的利用较差，不经济；槽电流太大，将导致铜损及附加损耗增加，从而使槽绝缘温差增大，在工艺上由于线圈截面增大，使其制造更加复杂。当电机的容量、电压一定时，并联支路数对槽电流影响甚大。

电机绕组的主要特征参数——每极每相槽数按式（1）计算：

式中：q为每极每相槽数；z为电机槽数；p为极对数；m为相数；n/d为不可约分数且d不是3及其倍数。

按现有的三相交流电机双层定子绕组接线方法，绕组的最小接线单元是一个线圈（包含不在同一槽内的一个上层边和一个下层边，通常只有一种），由其连接而成的绕组，最大并联支路数amax为2p/d，可用并联支路数为 amax的各因子或其组合乘积。若需扩大绕组并联支路数，均采用不对称支路绕组接线，因此在每相各支路内存在环流（由同相不同支路电势间幅值差、相位差或两者共同作用引起），造成电机损耗、发热和振动等增加。

1 双层定子绕组扩大并联支路数接线方法

本文提出了一种通过将绕组最小接线单元由线圈（包含不在同一槽内的一个上层边和一个下层边，通常只有一种）缩小到一个单边绕组（线圈的一个上层边或一个下层边，共两种），再运用本文提出的接线单元选取方法构成支路，在保证每相各支路对称的前提下，使三相交流电机双层定子绕组并联支路数在原有支路数的基础上扩大一倍，即最大并联支路数为2amax。

电机每极每相槽数q（q≥2）为整数时，按60°相带常规绕组接线分相原则；以单边绕组为最小接线单元排列构成一个两极单元电机所有槽的上、下单边绕组，且上单边绕组与下单边绕组的排列需完全相同，共4mq个单边绕组。取其中一相一个极（如N极）下绕组上（下）层边的q/2（q为偶数时）个或（q±1）/2（q为奇数时）个单边绕组，选另一个极（S极）下同一相绕组下（上）层边的 q/2（q为偶数时）个或（q干1）/2（q为奇数时）个单边绕组，但须与前面N极下所选单边绕组的位置不同（感应电势相位差不等于180°），共选择q个单边绕组。用所选的单边绕组通过适当连接（目前采用的叠绕或波绕连接）即可连接组成一个支路，按上述原则可将同相剩余的3q个单边绕组组成另外三个支路，即可连接成一相的四个对称的并联支路，从而使电机绕组的并联支路数在原有支路数的基础上扩大一倍。所形成的绕组等效于60°相带整距分布绕组。

构成一个支路的单边绕组选择方案共有（q为偶数时）或（q为奇数时）种，接线的复杂程度有所差别。

将电机同一相内的多个单元电机支路进行适当串、并联组合（目前采用）即可完成电机一相绕组的最终连接，再按此进行其他两相绕组的连接。

当q为奇数时，其支路引出线位于绕组两端（通常应在绕组一端），可通过适当丢弃一个单边绕组使支路引出线位于绕组一端。此外，用本文所述方法接成的绕组，其绕组上下端一般均有跨接线（极间连接线）。

当电机每极每相槽数 q为分数（d≥2）时，仍可使用本文所述的方法进行接线，但需用n代替q，d代替1（q为整数时单元电机极对数）。

本文所述绕组接线方法构成绕组的基本接线单元为单边绕组，因此不存在短距，即所形成的绕组等效于60°相带整距分布绕组。因而绕组谐波含量相对较大，适宜于q（n）较大的绕组接线。

2 具体实例

现以一台槽数为24的两极三相电机为例说明其具体连接方案。

如图1所示，q=4时一个单元电机内定子一相单边绕组的分组排列示意图。图中项1为上单边绕组，项2为下单边绕组，图中字母相同的单边绕组可组成一个并联支路，可组成A、B、C、D共4个并联支路。

图1 q=4时，一个单元电机内定子一相单边绕组的分组排列示意图

如图2所示，q=4时，一台两极三相电机定子一相绕组4个支路的叠绕连接示意图。图中实线、虚线、双点划线和单点划线分别组成了同一相绕组的一个支路，即A、B、C、D共4个并联支路，其中粗线代表上层单边绕组，细线代表下层单边绕组，其他两相绕组连接省略未示出。

图2 q=4时，一台两极三相电机定子一相绕组4个支路的叠绕连接示意图

3 结束语

本文提出的将绕组最小接线单元由线圈缩小到单边绕组，在保证每相各支路对称的前提下，使三相交流电机双层定子绕组并联支路数在原有支路数的基础上扩大了一倍。

[1] 白延年. 水轮发电机设计与计算[M]. 北京: 机械工业出版社.

[2] 许实章. 交流电机的绕组理论[M]. 北京: 机械工业出版社.

审稿人：孙玉田

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

蒋宝钢（1960-），1984年毕业于清华大学电机系电机专业，长期从事水轮发电机技术工作，高级工程师。