双速三相异步电动机双独立同心式定子绕组嵌线方式_李璞伶.pdf
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1、技术与市场技术应用2023年第30卷第2期双速三相异步电动机双独立同心式定子绕组嵌线方式李璞伶1,曹增明2(1 湖南联诚轨道装备有限公司,湖南 株洲 412000;2 中车株洲电力机车有限公司产品研发中心,湖南 株洲 412000)摘要:介绍了轨道交通车辆电气设备冷却用风机双速三相异步电动机双独立同心式定子绕组的嵌线优化技术,通过对 36 槽 2 极/4 极双速三相异步电动机的双独立同心式定子绕组形式、在槽内排列位置和方式进行分析研究,获得了一种既能满足设计需要,又能优化嵌线工艺的嵌线方式,极大地提升了冷却风机电机的嵌线可靠性,为轨道交通车辆电气产品的功能稳定提供了良好的解决方案。关键词:双独
2、立;同心式定子绕组;嵌线方式doi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0280引言轨道交通车辆电气设备如牵引电机、变流器、变压器等电气设备的冷却主要是靠风机进行强迫风冷冷却。根据风机结构,风机中的电机带动叶轮旋转产生风压,将一定风量的空气输入,通过循环将电气设备多余热量带走,达到温升平衡,使牵引电机、变流器、变压器等设备安全可靠的运行。目前,轨道交通行业用风机核心单元电动机以三相异步电动机应用较为广泛。而双速三相异步电动机因节能在轨道交通行业应用也较为重要。一般的双速三相异步电动机是单绕组通过改变定子绕组的连接方式达到改变定子旋转磁场极对数,进而成倍数的改变旋转
3、磁场的旋转速度来实现调速的目的。还有另一种双速电机,是在定子铁心内嵌入2 套绕组(高速绕组和低速绕组),2 套绕组相互独立,有各自的接线端子及标识,不同转速可用不同绕组,即为双独立绕组。根据绕组在槽内排列位置及接线方式,当一套绕组工作时,另一套绕组不会因基波磁势切割绕组而产生环流电流。随着环保、节能、安全需求及市场需求增加,双速双独立绕组三相异步电动机(简称双独立绕组电机)应用较为广泛。根据电机容量和性能及设计要求,绕组可分别设计成叠式、链式、同心式等绕组形式。较传统的嵌线方式为:先将高速绕组依次嵌入槽内后,再将低速绕组依次嵌入槽内,通常高速绕组分布在槽底,低速绕组分布在槽口,低速绕组浮于高速
4、绕组上。在对低速绕组嵌线中,端部较厚,不易整形,还存在嵌线周期长,绕组端部排列不美观的问题。通过分析绕组特点及在槽内排列位置、方式和分布规律,优化嵌线方式,使其既满足设计要求,又保证产品质量。现以36 槽2/4 极双独立绕组电机嵌线方式进行研究分析,具体如下。136 槽 2/4 极双速电机双独立绕组嵌线分析1.1绕组形式定子铁心槽数 N=36,高速时,电机极数 2P=2,每极每相槽数 q=6,整距绕组;低速时,电机极数2P=4,每极每相槽数 q=3,整距绕组。为了控制绕组端部尺寸,采用同心式绕组形式。同心式绕组特点:每组线圈有 S 圈,有大圈、中圈、小圈区别,大线圈套在小线圈外面,每组线圈的轴
5、线重合。绕组参数信息如下:2 极,线圈组数 u=6,每组圈数 S=3,总线圈数 Q=18,节距(槽数)Y=1 18,2 17,3 16;4 极,线圈组数 u=6,每组圈数 S=3,总线圈数 Q=18,节距(槽数)Y=1 12,2 11,3 10。2 极绕组总线圈数 18,为槽数 36 的一半,为单层绕组;同理 4 极绕组也为单层绕组。2 极绕组线圈与4 极绕组线圈的匝数、线径、平均半匝长各不同,具体根据电机性能要求设计,这里不影响对嵌线方式的讨论分析,不做介绍。1.2接线原理图绕组在铁心槽内排列位置及星型接线方式,2U,2V,2W 为高速端,1U,1V,1W 为低速端,并联路数均为 1,具体如
6、图 1 所示。501技术应用TECHNOLOGY AND MAKETVol30,No2,2023图 1绕组接线原理图1.3传统的分层嵌线方式绕组嵌线方法有交叠法和整嵌法 2 种工艺,交叠法嵌线工艺因端部比较规整使用较广泛,采用单层绕组交叠法嵌线工艺,根据传统的分层嵌线方式,先将2 极绕组依次嵌入:第 1 组线圈小、中、大圈沉边依次嵌入 19、20、21 槽内,浮边吊起;空 3 槽,再将第 2 组线圈沉边依次嵌入 25、26、27 槽内,浮边吊起;空 3槽,从第 3 组线圈开始,沉边嵌入 31,32,33 槽内,根据节距,浮边依次嵌入 16、17、18 槽内,按第 3 组线圈嵌线方法,依次将第
7、6 把线嵌入槽内,最后再将第 1把线和第 2 把线的浮边嵌入槽内。4 极绕组嵌线时方法同 2 极线圈嵌线方法,只是仅将 4 极绕组第 1 组线浮边吊起。嵌线完成后 2 极绕组在槽底,4 极绕组在槽口分层嵌线方式。整体嵌线周期长,低速绕组嵌线时,端部较厚,不易嵌线,不易整形。1.4优化后的嵌线方式根据图 1,结合后退式嵌线方法,分析 1 3,7 9,13 15,19 21,25 27,31 33 号槽为2 极绕组沉边位置槽;4 6,10 12,16 18,22 24,28 30,34 36 号槽为 4 极绕组沉边位置槽;4 6,10 12,16 18,22 24,28 30,34 36 号槽为
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