低諧波繞組在YX3系列電機(jī)節(jié)材增效設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

撰文/湯紹釗

■355017 寧德出入境檢驗(yàn)檢疫局 福建 福安

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低諧波繞組在YX3系列電機(jī)節(jié)材增效設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

撰文/湯紹釗

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本文以YX3-180M-2電機(jī)為例，通過對(duì)比分析雙層同心式低諧波繞組在基波繞組系數(shù)、各次諧波含量、線重耗材上較雙層疊式短距繞組的優(yōu)勢(shì)，并以試驗(yàn)樣機(jī)加以驗(yàn)證。三相異步電動(dòng)機(jī)；效率；基波繞組系數(shù)；諧波

電動(dòng)機(jī)節(jié)材增效設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)手段主要有合理設(shè)計(jì)定轉(zhuǎn)子沖片磁路、槽形，合理選用導(dǎo)磁材料，改進(jìn)定轉(zhuǎn)子鐵心的制造工藝，選用合適的繞組型式（如雙層同心式低諧波繞組）等。綜合利用這些手段、精心設(shè)計(jì)可提高電動(dòng)機(jī)效率節(jié)約材料使用。其中雙層同心式低諧波繞組具有諧波含量低，繞組系數(shù)較高（與雙疊短距繞組相比）的優(yōu)點(diǎn)成為電動(dòng)機(jī)節(jié)材增效設(shè)計(jì)的有效手段。本文以YX3-180M-2電機(jī)為例，集中探討低諧波繞組在電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用并試制樣機(jī)加以求證。

YX3-180M-2常規(guī)繞組的基本參數(shù)及諧波含量［1］

電動(dòng)機(jī)繞組做為礪磁元件在產(chǎn)生基波磁場(chǎng)的同時(shí)還伴生有各高次諧波磁場(chǎng)，諧波磁場(chǎng)會(huì)加大電動(dòng)機(jī)損耗不利于效率提高。YX3系列電動(dòng)機(jī)180及以上機(jī)座2P電機(jī)采用了雙層疊式繞組、短距布置，雙層疊式短距繞組能一定程度減少各次諧波強(qiáng)度，但基波繞組系數(shù)也因此降低，繞組系數(shù)越低意味著需要消耗更多的漆包線?，F(xiàn)將YX3-180M-2常規(guī)繞組基本參數(shù)列表1、各次諧波含量列表2。

雙層同心式低諧波繞組的設(shè)計(jì)原理及匝比分配

感應(yīng)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)空間諧波的來源主要有兩方面，一是由定轉(zhuǎn)子開槽引起的齒諧波，二是由于相帶存在引起的相帶諧波。減弱齒諧波的方法有斜槽、采用軟磁槽契等，本文暫不討論。在不考慮開槽引起磁導(dǎo)變化的情況下可認(rèn)為氣隙磁導(dǎo)在圓周上的均勻的，因此氣隙磁場(chǎng)空間諧波取決于繞組磁勢(shì)的空間諧波，至此低諧波繞組的設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)換為了合理設(shè)計(jì)槽內(nèi)繞組匝數(shù)，使定子安匝數(shù)沿圓周方向呈正弦分布即磁勢(shì)波沿圓周方向呈正弦分布。雙層同心式繞組通合理分配匝比恰好能夠使定子安匝數(shù)沿圓周方向呈正弦分布。

YX3-180M-2雙層同心式低諧波繞組的基本參數(shù)及諧波含量

利用上述理論及方法對(duì)YX3-180M-2電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其雙層同心式低諧波繞組基本參數(shù)列表各次諧波含量列表4。

比較表3、表4和表1、表2，可以看出采用雙層同心式繞組基波繞系數(shù)有較大上升，同時(shí)5、7諧波的幅值有較大的下降，其優(yōu)勢(shì)反應(yīng)在耗材上銅線重較之前下降了約0.7kg。

表1　YX3-180M-2常規(guī)繞組的基本參數(shù)

表2　YX3-180M-2常規(guī)繞組各次諧波基波幅值百分比

表3　YX3-180M-2雙層同心式繞組的基本參數(shù)

表4　YX3-180M-2雙層同心式繞組各次諧波基波幅值百分比

表5　樣機(jī)測(cè)試結(jié)果

樣機(jī)測(cè)試結(jié)果比較

按以上兩個(gè)方案試制樣機(jī)測(cè)試結(jié)果如表5。

從表5可以看出，雙層同心式低諧波繞組在耗銅減少的的情況下效率卻略有提升，驗(yàn)證了雙層同心式低諧波繞組能夠提高繞組系數(shù)、降低諧波、有利于效率提升。

結(jié)論

上述理論計(jì)算和實(shí)測(cè)驗(yàn)證很好的證明了雙層同心式低諧波繞是一種有效的幫助節(jié)材增效設(shè)計(jì)的手段，尤其是YX3系列電機(jī)180中心高及以上2P電機(jī)常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)繞組為雙層疊式短距繞組，其短距槽數(shù)較多繞組系數(shù)低，用雙層同心式低諧波繞代替節(jié)材增效效果更明顯。

參考：

［1］許實(shí)璋.交流電機(jī)的繞組理論.機(jī)械工業(yè)出版社，1985

［2］李曉松，陳喬夫.雙層同心式低諧波繞組的研究.微電機(jī)，2004年第4期

［3］喬長(zhǎng)君.三相交流電動(dòng)機(jī)繞組布線接線圖冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，2008.12

作者簡(jiǎn)介：

湯紹釗（1984-），男，本科學(xué)歷，助理工程師，主要從事電機(jī)檢測(cè)與研究工作。

基金項(xiàng)目：*國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015IK038）