CN101494398A - 汽轮发电机的圈式散布绕组 - Google Patents

Abstract

一种汽轮发电机的圈式散布绕组，由线圈接成双层叠绕组，每一极相组的一到三个终端线圈边与其邻近相组中对应的线圈边相互更换线圈端部的连接，使电气相位角度局部更换。所述线圈为圈式线圈，其由整线连续绕成，中间无焊点。本发明能够满足电网对发电机并网时防止谐波污染的实际需要，同时大大缩短了供货周期，节约了工装制造成本，可靠性十分高。

Description

汽轮发电机的圈式散布绕组

技术领域

本发明涉及汽轮发电机，特别是一种汽轮发电机的绕组。

背景技术

现代大中型电机、特别是汽轮发电机的定子绕组，普遍采用条式线圈。

图1是条式线圈的结构图。

如图1所示，在定子铁心槽中沿高度方向放两个线棒，嵌线后，用纤焊方式将线棒彼此连接起来，组成双层绕组。每个线棒由小截面的单根铜股线组成。线棒中的股线沿宽度方向布置两排，高度方向彼此间要进行换位，以降低涡流损耗。首先将每排股线压出换位弯，然后进行换位编织成型。将编织好的两排股线组合在一起，成为一个完整的条式线棒，然后按要求垫好排间和换位处的绝缘。接着用白布扎紧，放在专用弯角台上，利用弯角靠模和气动活塞顶杆弯出端部和直线部分的角度。再用专用模具弯出端部的几何形状。

条式线圈的缺点在于：1)线圈端部为锥形渐开线，制造工艺复杂，工装成本高，一套锥形渐开线模具成本约15～20万元，有些制造厂为了节约模具成本，将不同功率电机的线棒硬往一个模具上套，导致产品性能不合格；2)生产周期长，由于模具结构投入成本高，结构复杂，模具的生产周期常规需要1～2个月，基本上很难适应目前的市场形式；3)绕组可靠性低，绕组的焊接点少则一千多个，多则数千个，每多一个焊接点就多一分故障出现的可能性。

图2是常规绕组的结构图。

如图2所示，由传统条式线圈构成的常规绕组，虽然可以通过扩大绕组节距达到遏制5次、7次谐波的含量。但随着技术的不断进步，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长，传统条式线圈绕组也远远跟不上发展的要求，迫切希望找到一种新的绕组方式，能够更有效地消除谐波的不良影响，获得更小的波形畸变率。

发明的内容

本申请人针对现有汽轮发电机采用条式线圈绕组的上述缺点，进行了研究改进，提供一种汽轮发电机的圈式散布绕组，在达到传统条式线圈绕组性能的基础上，波形畸变率更小，制造成本低，绕组的可靠性也大大提高。

本发明的技术方案如下：

一种汽轮发电机的圈式散布绕组，由线圈接成双层叠绕组，每一极相组的一到三个终端线圈边与其邻近相组中对应的线圈边相互更换线圈端部的连接。

作为进一步的技术方案：

所述线圈为圈式线圈。

上述技术方案中：

所述线圈，是指由几何形状相同、截面相同的多匝导线绕在一起，最后留出线头和线尾的组合体。线圈也可由单匝导线构成。

所述线圈的直线段称为有效边，又称线圈边，是嵌在铁心槽中起电磁能量转换作用的部分。线圈两端伸出槽外的部分称为端部，端部起连接两个有效边的作用。

所述绕组，是指由许多个线圈按照一定的规律通过串、并联连接起来的线圈整体。构成绕组的元件是线圈，因而绕组是由许多线圈构成的，是线圈的总称。

所述极相组，是指在三相电机中，每一极距范围内有三相互相绝缘的一个或若干个线圈串在一起的线圈组，称为极相组。所述极距，是指两个磁极间的跨距。通常是以两个磁极在定子(或转子)铁心上所跨过的槽数作为极距。

本发明的有益技术效果是：

圈式散布绕组对发电机输出波形的控制优于传统条式线圈绕组。传统条式线圈绕组通过扩大绕组节距达到遏制5次、7次谐波的含量，试验结果为波形畸变率小于4％。圈式散布绕组通过不同相组线圈的相互混杂，达到遏制5次、7次谐波的含量，试验结果为波形畸变率小于2％。因此波形畸变率更小。

圈式线圈与条式线圈相比大大简化了制造难度，节约成本。传统条式线圈的形状就是圈式线圈的一半，成组时需要单根对接，每线圈有多少股线就有2倍于股线的焊接点存在。线圈两端的渐开线形状需要利用渐开线锥型模热压固化而成。锥体模需要数控中心加工而成，材料费及成本费都很贵，闲置时占用很大的厂房空间。圈式线圈的制造工艺过程完全同普通交流异步电机，无需投入新的大型渐开线锥形工装，每台套节约15～20万元的工装制造费用。

圈式线圈与条式线圈相比大大提高了电气可靠性。圈式线圈绕制时已经成型，线圈内无任何焊点。其故障率大大减少，故障率仅为同规格条式线圈的2.5～5％，可靠性提高了20到40倍。

圈式线圈与条式线圈相比大大提高了绝缘可靠性。圈式线圈绕制时已经成型，包完绝缘后下完线，采用VPI(Vacuum Pressure Impregnating，真空压力浸漆)技术，整套绕组的绝缘电气性能优于常规发电机行业的制造水平。

附图说明

图1是条式线圈的结构图。

图2是常规绕组的结构图。

图3是圈式线圈的结构图。

图4是本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

首先对散布绕组的原理进行说明。

叠绕组，是指任何两个相邻的线圈都是后一个线圈叠在前一线圈的上面。在制造上，这种绕组的一个线圈多为一次制造成，这种形式的线圈也称为框式绕组。

图2是常规绕组的结构图。

图4是本发明的结构图。

如图2、图4所示，两种绕组均为叠绕组，为三相绕组，采用Y接法，极数为2，并联路数为2。U1、V1、W1、U2、V2、W2为引出线，两种绕组在出线端看均按逆时针转向制造。当引出线根数为3根时，U2、V2、W2在内部接好，不引出；当引出线根数为4根时，U2、V2、W2在内部接好引出一根引出线，设其标志为N，引出线引出部位应靠近出线盒。当引出线根数为3根或4根时，标志U1、V1、W1分别改为U、V、W。

所述绕组的Y接法，是指三相绕组的末端U2、V2、W2联于一点后像一个放射的Y形。

所述并联路数，又称并联支路数。对于大电流电动机，为了便于线圈的绕制及嵌线，而采用增加绕组并联路数的办法。

对比图2、图4，可以看到，本发明是将每一极相组的两个终端线圈边与其邻近相组中对应的线圈边相互更换线圈端部的连接，直到全部更换完为止，从而使所有的相组都互相参杂。进行更换的终端线圈边的个数不限于两个，按绕组的不同，数量可以是一到三个。更换的部位称为散布区。这样一来，磁动势的阶梯在相带内予以分裂。因而使合成磁动势的波形更接近于纯正弦波。

散布绕组的基波分布系数略小于相当的每极每相整数槽绕组的值。然而，对电网产生污染的，电机工作者十分厌恶的5次、7次谐波的分布系数都大为减少。常用散布绕组的基波分布系数Kd见下表2：

表2常用散布绕组的基波分布系数Kd

极相组线圈数	q＝4	q＝5	q＝6	q＝7	q＝8	q＝10
							散布形式	1-2-1	1-3-1	1-4-1	1-5-1	1-6-1	2-6-2
Kd	0.8924	0.9149	0.9271	0.9345	0.9393	0.9425

可以看到，散布绕组的基波分布系数在可以接受的范围内。

由于采用散布绕组，发电机输出波形中的5次、7次较大含量的不良谐波被很好的遏制，故发电机的波形畸变率也得到了很好的遏制。

本实施例中，散布绕组的接线方法如图4所示，每极相组线圈数q＝10，散布形式采用2-6-2排列方式。与图2所示常规绕组的布线相比，就是将每个极相组的首末的两个线圈边与相邻极相组的两个线圈边进行线圈端部连接的换位：8、9与10、11换位，18、19与20、21换位，28、29与30、31换位，38、39与40、41换位，48、49与50、51换位，58、59与60、1换位，产生的散布区共有6处。在某型号电机上采用后，定子绕组在满发电负荷的情况下，温升满足国家标准80K的要求。发电机发出的电压波形畸变率经示波器检测仅为1.8％，远优于国家标准“波形畸变率小于5％”的要求。

构成上述散布绕组的线圈为圈式线圈。

图3是圈式线圈的结构图。

如图3所示，圈式绕组一般由多匝组成，每匝由一股或多股并联的铜线平绕成梭形、梯形和菱形三种，图中实施例为梭形。还包括绕制、拉形、匝间胶化、包绝缘等工序。其工艺过程，见表1。

表1圈式线圈工艺过程

序号	主要工序及说明	主要设备及工装	备注
				1	绕线绕成梭形、菱形或梯形线圈	绕线机、绕线模、对焊机等
2	包保护带	包带机
				3	搪锡	刮头机、锡锅
4	张形	张形机
				5	整形	整形模

6	匝间绝缘胶化处理	烘压膜、冷压膜	高压线圈
				7	检查试验	匝间短路检查设备	高压线圈
8	包引出线绝缘
				9	包对地绝缘(1)连续式绝缘(2)复合式绝缘	包带机热滚卷机	高压线圈
10	热压成型		高压线圈
				11	检查试验尺寸检查、绝缘试验、介质损耗角正切测量	试验设备
12	防电晕处理		6V以上线圈

关于上述工艺过程的具体内容，在电工技术手册中均有说明，在此不再敷述。

对比图1、图3，可以看到，传统条式线圈的形状大体为圈式线圈的一半。因此圈式线圈与条式线圈相比，大大简化了制造难度，节约了成本。其电气可靠性、绝缘可靠性也大大提高。

由于条式线圈由多根股线组成，每两个条式线圈中的股线两两对组焊接。有多少股线就有2倍于股线的焊接点存在。以某型号的电机为例：每台电机有60个槽，每槽有2个线圈，每线圈有20根股线，则焊点数为4800个，4800个焊接点全靠人工保证。若算上槽与槽之间的线圈之间的焊点则更多。采用圈式线圈后，同一圈式线圈内无焊接点，焊点仅在槽与槽之间的线圈之间存在，焊点为120个，数量约只有原来的2.5％。因此绕组的电气可靠性提高了40倍。

以某型号的汽轮发电机为例，若按国内传统条式线圈结构需要投入渐开线锥形模16.75万元，按圈式线圈方案仅需要投入线圈工装0.57万元，节约16.18万元，缩短制造周期45天，为如期交货提供了技术保障。

以某型号的汽轮发电机为例，若按国内传统条式线圈结构需要投入渐开线锥形模18.78万元，按圈式线圈方案仅需要投入线圈工装0.67万元，节约18.11万元，缩短制造周期50天，为如期交货提供了技术保障。

综合以上所述，本发明通过散布绕组与圈式线圈两者结合。圈式线圈由于跨距做不大，若采用常规绕组则输出波形中5次、7次谐波含量较大。采用散布绕组可以满足圈式线圈的性能要求，遏制发电机并网时产生的谐波污染。同时，由于圈式线圈工艺简单，大大缩短了供货周期，节约了工装制造成本。圈式线圈焊点又比条式线圈少，可靠性十分高。

需要注意的是，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种汽轮发电机的圈式散布绕组，由线圈接成双层叠绕组，其特征在于：每一极相组的一到三个终端线圈边与其邻近相组中对应的线圈边相互更换线圈端部的连接。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机的圈式散布绕组，其特征在于：所述线圈为圈式线圈。

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