电动机单双层绕组的设计

张亮，李瑞东

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)



电动机单双层绕组的设计

张亮，李瑞东

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)

阐述了电动机单双层绕组常用的型式，通过对电机单层绕组和双层绕组的构成原理、优点进行分析，根据绕组型式及布线特点，单双层绕组适用范围，对电机进行单双层绕组优化设计，从而改善了电机性能，达到节约铜材和提高电机运行效率。

单双层绕组；结构形式；线圈

0 引言

交流三相异步电动机定子绕组型，通常采用单层绕组及双层迭绕组，单层绕组分为同心式、链式绕组、交叉链式绕组等，还有同心式双层绕组。人们在生产实践过程中，不断探索能找到新的绕组型式，改善电机性能及节约铜材。上世纪六十年代初，我国出现了单层交叉式链式绕组，不仅节约了铜材，还改善了电机运行的性能。随后又出现单双层混合绕组，进一步节省了铜材，电机运行性能有所增强，效率也提高了。国外采用单双层绕组产品比我国早，但经过几十年的发展，我国已经普遍应用了单双层绕组型式。

1 单层及双层绕组的特点

1.1 单层绕组的特点

1.1.1 槽内无层间绝缘，槽内利用率高；

1.1.2 同一槽内的导体都属于同相，在槽内不会发生相间击穿；

1.1.3 整台电机线圈数为定子槽数1/2；

1.1.4 空间上短距，但电气上是短矩，即短矩系Kp=1，总的绕组系数比较高；

1.1.5 线圈端部比较短，短距省铜且下线方便；

1.1.6 由于短距系数Kp=1，气隙磁场波形、谐波函量较多，影响电机性能。

1.2 双层绕组的特点

1.2.1 选择短节距，如5/6可以消除5次、7次谐波，减少附加损耗，改善电机性能；

1.2.2 绕组端部排列方便且整齐；

1.2.3 每个线圈尺寸相同，制造方便；

1.2.4 槽内上下层线圈之间要垫相同绝缘，多用绝缘材料，以免槽内利用率受影响。

2 单双层绕组构成原理

双层迭绕组应当采用适当的短距时，有些槽内上下层导体，属于同一相，且电流方向相同。另一部分槽内上下层导体不属于同一相，如果将属于同一相的槽内上下层导体合起来，用带层来代替，而上下层导体不属于同一相的，仍保持为双层。在保证槽内方向不变的情况下，选择同心式绕组布线连接起来，形成了既有单层绕组又有双层绕组的单双层绕组型式，根据这个原理在单层绕组上改成单双层绕组。

3 单双层绕组的排列方法

从单双层绕组结构型式进一步说明基本原理，电机如何省铜和提高电机运行效率。举例说明一台电机绕组的排列方法。

(1)定子36槽、4极的电机，双层短矩绕组，绕组排列表及绕组端部联接见图1。

图中，Y：整距1～10，即跨9个槽，选矩一个槽为1～9，即跨8个槽，跨距比近5/6，相号是指双层绕组线图的上层边，没标下层边根据节距可以确定下层边在哪个槽，如槽1内线圈的下层边在9号槽，从端部看，实线表示上层边，虚线表示下层边。

从图1可以看出，槽号1,2,10,11,19,20,28及29槽内的上下层边，既是同相，且电流方向相同，可以改成单层线圈，其余仍保留双层，但是，线圈结构不能不变，即端部联接不能保存原来的单层及双层，图1中不能完全展现，节铜和提高电机电气性能。现将电机的端部联接改为同心式，具体单双层联接方式如图2所示。

从图2中可以看出，单层线圈节距Y=8，但电气上绕组分布系数Kp=1，所以双层线圈的节距Y=6，但跨距比仍保持5/6，节约铜材料很明显。由于短矩近似6/5，5次、7次谐波消除，气隙磁场波形得到改善，附加损耗小，附加转矩也小，铜耗降低，效率就得到提高。明显看出，单双层绕组的优点和特点，此项节约铜约5%～10%左右，同时还节约了绝缘材料。

(2) 36槽2极双层绕组改成单双层绕组。小型普通电机2极，若采用跨距5/6会很理想。但由于端部布置困难且太长，加工不方便，给生产带来麻烦。在实际生产中，包括系列产品均采用跨距为2/3，显然短矩系数比较低，气隙磁场波形不好，性能受影响，为克服这些缺点，改成单双层绕组，在没改之前绕组系数中的分布系数Kd=0.956(查表即可)，如果节距Y=3，其短距系数Kp=cos50/2=0.906，改后节距Y=16，相当短2槽，短距系数Kp=cos20/2=0.985，绕组系数Kdp=Kd×Kp=0.956×0.985=0.94，提高8.8%，每相串联导体数(在保证有效串联导体数不变情况下)可以减，节省铜并提高性能，可以看出效果比4极更明显。

(3)单层绕组改成双层绕组。如图1所示，如果都改成整距绕组，那么每槽内上下层线圈边，都属于同一相，且电流方向相同，可以按单层考虑，由此可以考虑单层绕组如何改成单双层绕组，这就会很简单了。

4 单双层绕组的设计特点

4.1 单层边槽数尽可能采用偶数，这便于组成对称的单双层同心式线圈，如果单层边槽数为奇数，一般组成不了对称的单双层绕组，这种绕组因不对称而端部不够整齐，为了免除上述不对称的缺点，可将中间一个槽的单层线圈近分成两个向两边走的双层线圈，这样单层槽数为奇数时，就可以组成对称的单双层绕组了。

4.2 每极每相槽数q≥2，否则改不成单双层绕组。

4.3 改成单双层绕组后，相邻俩个双层槽内线圈可以设计成不等匝，比如相差1匝，根据气隙磁势波形的需要和理想的每相有效串联导体数来确定。

4.4 电机在设计时，往往每极每相槽q值是不同的，所以在设计单双层绕组端部型式也是不同的，目前已有成熟的型式，在实践中不断的进行总结可以达到创新。

4.5 为了使嵌线不至于困难，槽满率不易太高，通常计算槽满率在75%左右(实际已达到78%左右)。

4.6 线圈数尽可能少(单层线圈尽可能多些，双层线圈尽可能少些)。

4.7 线圈尺寸设计要合理，用现行的通用计算程序计算单双层同心式绕组，不太合适。建议用公式计算，结合画图方法互相校对好。

4.8 不能过度追求端部短，这样极易造成端部相间短及槽口破压。

5 单双层绕组的适用范围

5.1 针对普通Y系列电机来讲，中心高在160以下，小功率2极、4极，双速电机适用效果明显。

5.2 中心高在180以上功率较大，适用于2极、4极、6极和8极电机，因此大些普通电机不适合做成单层绕组的基本上也不适用单双层绕组。

5.3 二十世纪初，有些资料介绍国外已有单双层绕组，但没看到实物，改革开放后，对引进设备如风机、水泵等小功率电机修理时，发现都是单双层绕组，体现出国外电机的科技水平。

6 结语

单双层绕组节约铜线主要在绕组的端部及节距短，但在电气上绕组系数高，具备了单层绕组和双层绕组的优点，采用同心式绕组型式，最终实现省铜高效，温升低，堵转性能好，电气性能稳定等优点，降低电机制造的成本。

[1] 马德鑫.单双绕组的组成及其计算方法.中小型电机技术情报，1979.4.

[2] 西安大学“七二一”电机试验班.电机修理.西安：陕西人民出版社，1973.4.

[3] 李岩，李彬，刘照.双绕组电机变频调速控制系统.防爆电机，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

张亮 男 1979年生；毕业于哈尔滨理工大学机电技术及自动化专业，现从事电机技术管理工作.

2016-03-11