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卷绕方式的演变及其应用价值

2021-09-08  浏览次数:

小S承担某型号电机的设计改进任务,目标是大幅度降低有效材料消耗,同时效率指标至少从IE2提高到IE3。

一般来说,电机效率的提高往往伴随着有效材料的增加。而小S的效率指标虽然高于一个水平,但成本不升反降,成本是首要目标,IE3能效水平是前提。有点“压力”的小S请沈女士帮忙出个主意,看看有什么好主意。Ms了解到这种类型的电机是2极的,建议小S把传统的双层绕组改成单双层同心绕组。

两极电机的绕组特性

与多极(4极)电机相比,两极双叠片绕组线圈机械圆周角度大,线圈端部长,端部漏磁大,铜线利用率低。

另外考虑到嵌入的工艺性,跨距一般为整个节距线圈的2/3,缠绕系数低。传统的双层绕组缠绕成单层和双层同心绕组时,等效全距可大于全距线圈的2/3,而几何平均跨距小于全距线圈的2/3。线圈端部短,缠绕系数高(跨距可设计为全距线圈的5/6),所以端部漏磁小,铜线利用率高。应用于大型小型二极电机,节材效果非常显著,效率、功率因数等性能指标得到提高

绕组组成原理和跨度

三相绕组组成原理

争取获得更大的基波电势和磁势,尽可能削弱谐波分量。

保证三相电势和磁势的对称性。

考虑节约材料,方便工艺。

跨度选择

星形和三角形连接的三相绕组消除了三次和三次谐波,节距选择主要考虑削弱五次和七次谐波。由于节距可以通过缩短次谐波的一个极距(即1/基波积分节距)来消除次谐波,因此,跨距通常选择为5/6基波积分节距或5/6积分线圈跨距。

双层绕组分为单层和双层

双层绕组,图1是双层绕组的放大视图,具有2个磁极、1个通道、36个槽和1-16个跨距。

卷绕式等效原理

只要保持图中每个电势或磁势矢量的方向不变,且分支电势或磁势矢量的级数相等,则转换前后的合成矢量相等,在这种情况下,不同端部连接方式的绕组类型是等效的。不同类型的等效绕组在平均终端长度或平均线圈长度上是不同的。

绕组类型的演变

在图1中,如果“16 ~ 24”的向量为正,“34 ~ 36”和“1 ~ 6”对应的向量为负。将“19 ~ 21”和“1 ~ 3”的上下线圈侧合并成一个线圈侧,如图2所示重组,明显符合上述“矢量方向不变,磁势矢量级数相等”的原则。

同理,图1中的另外两相V、W按照U相规律重新组合,也就是演变成如图2所示的“单层双层同心绕组”。

结论

与图1中的跨度“1 ~ 16”,即终端跨度数为15相比,图2中的平均跨度数为[210(12 14 18)416]/12=14.315。在实际应用中,大小线圈终端长度之间的比例关系可以进一步优化。结果,平均端子长度明显小于图1所示的双叠层绕组,铜线重量和线圈电阻值降低,材料消耗和铜损耗降低,效率提高。

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