電動機單雙層繞組的設計

張亮，李瑞東

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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電動機單雙層繞組的設計

張亮，李瑞東

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

闡述了電動機單雙層繞組常用的型式，通過對電機單層繞組和雙層繞組的構成原理、優點進行分析，根據繞組型式及布線特點，單雙層繞組適用范圍，對電機進行單雙層繞組優化設計，從而改善了電機性能，達到節約銅材和提高電機運行效率。

單雙層繞組；結構形式；線圈

0 引言

交流三相異步電動機定子繞組型，通常采用單層繞組及雙層迭繞組，單層繞組分為同心式、鏈式繞組、交叉鏈式繞組等，還有同心式雙層繞組。人們在生產實踐過程中，不斷探索能找到新的繞組型式，改善電機性能及節約銅材。上世紀六十年代初，我國出現了單層交叉式鏈式繞組，不僅節約了銅材，還改善了電機運行的性能。隨后又出現單雙層混合繞組，進一步節省了銅材，電機運行性能有所增強，效率也提高了。國外采用單雙層繞組產品比我國早，但經過幾十年的發展，我國已經普遍應用了單雙層繞組型式。

1 單層及雙層繞組的特點

1.1 單層繞組的特點

1.1.1 槽內無層間絕緣，槽內利用率高；

1.1.2 同一槽內的導體都屬于同相，在槽內不會發生相間擊穿；

1.1.3 整臺電機線圈數為定子槽數1/2；

1.1.4 空間上短距，但電氣上是短矩，即短矩系Kp=1，總的繞組系數比較高；

1.1.5 線圈端部比較短，短距省銅且下線方便；

1.1.6 由于短距系數Kp=1，氣隙磁場波形、諧波函量較多，影響電機性能。

1.2 雙層繞組的特點

1.2.1 選擇短節距，如5/6可以消除5次、7次諧波，減少附加損耗，改善電機性能；

1.2.2 繞組端部排列方便且整齊；

1.2.3 每個線圈尺寸相同，制造方便；

1.2.4 槽內上下層線圈之間要墊相同絕緣，多用絕緣材料，以免槽內利用率受影響。

2 單雙層繞組構成原理

雙層迭繞組應當采用適當的短距時，有些槽內上下層導體，屬于同一相，且電流方向相同。另一部分槽內上下層導體不屬于同一相，如果將屬于同一相的槽內上下層導體合起來，用帶層來代替，而上下層導體不屬于同一相的，仍保持為雙層。在保證槽內方向不變的情況下，選擇同心式繞組布線連接起來，形成了既有單層繞組又有雙層繞組的單雙層繞組型式，根據這個原理在單層繞組上改成單雙層繞組。

3 單雙層繞組的排列方法

從單雙層繞組結構型式進一步說明基本原理，電機如何省銅和提高電機運行效率。舉例說明一臺電機繞組的排列方法。

(1)定子36槽、4極的電機，雙層短矩繞組，繞組排列表及繞組端部聯接見圖1。

圖中，Y：整距1～10，即跨9個槽，選矩一個槽為1～9，即跨8個槽，跨距比近5/6，相號是指雙層繞組線圖的上層邊，沒標下層邊根據節距可以確定下層邊在哪個槽，如槽1內線圈的下層邊在9號槽，從端部看，實線表示上層邊，虛線表示下層邊。

從圖1可以看出，槽號1,2,10,11,19,20,28及29槽內的上下層邊，既是同相，且電流方向相同，可以改成單層線圈，其余仍保留雙層，但是，線圈結構不能不變，即端部聯接不能保存原來的單層及雙層，圖1中不能完全展現，節銅和提高電機電氣性能。現將電機的端部聯接改為同心式，具體單雙層聯接方式如圖2所示。

從圖2中可以看出，單層線圈節距Y=8，但電氣上繞組分布系數Kp=1，所以雙層線圈的節距Y=6，但跨距比仍保持5/6，節約銅材料很明顯。由于短矩近似6/5，5次、7次諧波消除，氣隙磁場波形得到改善，附加損耗小，附加轉矩也小，銅耗降低，效率就得到提高。明顯看出，單雙層繞組的優點和特點，此項節約銅約5%～10%左右，同時還節約了絕緣材料。

(2) 36槽2極雙層繞組改成單雙層繞組。小型普通電機2極，若采用跨距5/6會很理想。但由于端部布置困難且太長，加工不方便，給生產帶來麻煩。在實際生產中，包括系列產品均采用跨距為2/3，顯然短矩系數比較低，氣隙磁場波形不好，性能受影響，為克服這些缺點，改成單雙層繞組，在沒改之前繞組系數中的分布系數Kd=0.956(查表即可)，如果節距Y=3，其短距系數Kp=cos50/2=0.906，改后節距Y=16，相當短2槽，短距系數Kp=cos20/2=0.985，繞組系數Kdp=Kd×Kp=0.956×0.985=0.94，提高8.8%，每相串聯導體數(在保證有效串聯導體數不變情況下)可以減，節省銅并提高性能，可以看出效果比4極更明顯。

(3)單層繞組改成雙層繞組。如圖1所示，如果都改成整距繞組，那么每槽內上下層線圈邊，都屬于同一相，且電流方向相同，可以按單層考慮，由此可以考慮單層繞組如何改成單雙層繞組，這就會很簡單了。

4 單雙層繞組的設計特點

4.1 單層邊槽數盡可能采用偶數，這便于組成對稱的單雙層同心式線圈，如果單層邊槽數為奇數，一般組成不了對稱的單雙層繞組，這種繞組因不對稱而端部不夠整齊，為了免除上述不對稱的缺點，可將中間一個槽的單層線圈近分成兩個向兩邊走的雙層線圈，這樣單層槽數為奇數時，就可以組成對稱的單雙層繞組了。

4.2 每極每相槽數q≥2，否則改不成單雙層繞組。

4.3 改成單雙層繞組后，相鄰倆個雙層槽內線圈可以設計成不等匝，比如相差1匝，根據氣隙磁勢波形的需要和理想的每相有效串聯導體數來確定。

4.4 電機在設計時，往往每極每相槽q值是不同的，所以在設計單雙層繞組端部型式也是不同的，目前已有成熟的型式，在實踐中不斷的進行總結可以達到創新。

4.5 為了使嵌線不至于困難，槽滿率不易太高，通常計算槽滿率在75%左右(實際已達到78%左右)。

4.6 線圈數盡可能少(單層線圈盡可能多些，雙層線圈盡可能少些)。

4.7 線圈尺寸設計要合理，用現行的通用計算程序計算單雙層同心式繞組，不太合適。建議用公式計算，結合畫圖方法互相校對好。

4.8 不能過度追求端部短，這樣極易造成端部相間短及槽口破壓。

5 單雙層繞組的適用范圍

5.1 針對普通Y系列電機來講，中心高在160以下，小功率2極、4極，雙速電機適用效果明顯。

5.2 中心高在180以上功率較大，適用于2極、4極、6極和8極電機，因此大些普通電機不適合做成單層繞組的基本上也不適用單雙層繞組。

5.3 二十世紀初，有些資料介紹國外已有單雙層繞組，但沒看到實物，改革開放后，對引進設備如風機、水泵等小功率電機修理時，發現都是單雙層繞組，體現出國外電機的科技水平。

6 結語

單雙層繞組節約銅線主要在繞組的端部及節距短，但在電氣上繞組系數高，具備了單層繞組和雙層繞組的優點，采用同心式繞組型式，最終實現省銅高效，溫升低，堵轉性能好，電氣性能穩定等優點，降低電機制造的成本。

[1] 馬德鑫.單雙繞組的組成及其計算方法.中小型電機技術情報，1979.4.

[2] 西安大學“七二一”電機試驗班.電機修理.西安：陜西人民出版社，1973.4.

[3] 李巖，李彬，劉照.雙繞組電機變頻調速控制系統.防爆電機，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

張亮 男 1979年生；畢業于哈爾濱理工大學機電技術及自動化專業，現從事電機技術管理工作.

2016-03-11