CN103580342B - 非常规对称绕组的连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交流电机的定子绕组，目的是公开一种适应范围广、非常规对称定子绕组的槽数选择方法和绕组连接方式。为了保证绕组引出线在一端，给出了槽数、每极每相槽数、支路数、相数之间的关系及其具体要求，指出了非常规对称绕组可以是波绕组，也可以是叠绕组，可以是整数槽绕组，也可以是分数槽绕组，但均须以整距连接，且每支路分布在各个磁场位置上的线棒数相同。本发明适用交流电机的定子绕组，尤其适合抽水蓄能电机以及水轮发电机的定子绕组。

Description

非常规对称绕组的连接方法

技术领域：

本发明涉及非常规对称绕组的连接方法。

背景技术：

水轮发电机以及抽水蓄能电机，经常会遇到容量、转速和电压不匹配的问题。此时，电机会出现槽电流不合适，性能参数不尽合理，发电机出口开关设备参数选择困难，主保护方案设计困难等难题，因此使整个电站系统的经济性变差。而电机的转速与极数相关，其变化是不连续的，极数又决定了常规绕组的支路数。在某一转速下，支路数是固定的，因此会出容量、转速和电压不匹配的矛盾。在遇到上述矛盾时，通常的做法是绕道而行，要么改变水轮机转速，迫使水轮机偏离最佳运行区域；要么接受电机某些不尽合理的性能，使电站的经济性下降。二者的代价均很昂贵。

常规的三相绕组构成原则中要求三相绕组的电势和磁势基波必须对称，即三相绕组的基波电势和磁势大小相等、相位相差120°电角度；电势和磁势波形尽量接近正弦，谐波尽可能小。为了得到对称的电势和磁势，对于整数槽绕组(每极每相槽数为整数)，在极数为支路数整数倍的情况下，绕组总是对称的；对于分数槽绕组(每极每相槽数为分数)，应满足d/m不能是整数，2p/da是整数的条件，绕组才能是对称的，d为每极每相槽数的分母，m为相数，p为极对数，a为并联支路数。

对于极对数为奇数的电机，采用常规绕组无法解决容量、转速和电压不匹配的矛盾；如果采用非常对称绕组，可以解决容量、转速和电压不匹配的矛盾，但极数不是支路数的整数倍，不满足常规绕组对称条件，因此无法构成常规绕组。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是当电机的极对数是奇数时，提供一种能够把交流电机绕组连接成非常规对称绕组的方法。本发明的技术方案是：一种非常规对称绕组的连接方法，

1、绕组槽数为支路数和相数之积的整数倍；

2、对于整数槽绕组来说，每极每相槽数为偶数，每支路的线棒数为每极每相槽数的整数倍；

3、对于分数槽绕组来说，以假分数表示的每极每相槽数的分子为偶数，每支路的线棒数为其分子的整数倍；

4、构成每支路的线棒数要相等、磁场位置要相同，且每个线圈都应是整距；

5、为了保证各支路线棒磁场位置相同，需要对连入支路的线棒位置进行调整且顺序无关，只需满足线棒制造和绕组接线的工艺性，支路数虽然不是常规的可能并联支路数，但仍可构成对称波绕组和对称叠绕组，具体方法如下：

三相双层60°相带绕组，通常用A、Z、B、X、C、Y分别表示六个相带，相带A和X，B和Y，C和Z分别相差180电角度；每个相带的上层线棒和下层线棒可分别构成一条支路，且每支路的电势大小相等、相位相同；再由A、X相带的4条支路构成A相绕组，由B、Y相带的4条支路构成B相绕组，由C、Z相带的4条支路构成C相绕组，即可构成三相双层60°相带非常规对称4支路叠绕组，也可构成三相双层60°相带非常规对称4支路波绕组；在实际绕组连接中，单独由上层线棒或下层线棒是无法连接形成一条支路的，对于波绕组，可任选一个相带下二分之一上层线棒与其剩余的二分之一上层线棒对应的下层线棒相连构成一条支路绕组；对于叠绕组，可任选同一相的两个相带下四分之一上层线棒与其对应的四分之一下层线棒相连构成一条支路绕组。

技术效果：

本发明首次提出了采用非常规对称绕组，解决容量、转速和电压不匹配问题。非常规对称绕组由于不满足常规绕组对称条件，无法接成常规对称绕组。然而，按照本发明提出的槽数选择方法以及绕组的连接方式，使原本不对称的绕组成为对称绕组，从而扩大了电机转速的选择范围，以保证水轮机在某些转速下的优越性能。另外，大中型电机的定子绕组通常为短距绕组或长距绕组，以削弱高次谐波，提高电能质量，减少谐波损耗，降低温升，提高电机效率。然而对于极对数为奇数的电机，由于特定支路数绕组的电机性能优越，能很好地匹配容量、电压、转速之间的关系，虽然无法形成短距和长距对称支路绕组，却可以形成整距的非常规对称支路绕组。

本发明提出的不满足对称条件的非常规对称绕组的槽数选择方法和绕组连接方式，扩大了对称绕组的设计范围，使电机的绕组设计技术得到创新和发展。

采用本发明首次提出的非常规对称绕组，可以扩大电机的转速范围，使原本无法选择的转速成为可能，能很好地解决容量、电压、转速之间不匹配的矛盾。采用非常规对称绕组，在保证水轮机性能优越的同时，可以使电机的技术参数合理、性能指标优越，因此，使整个电站系统的经济性更高。这对于大中型电机，尤其是水轮发电机和抽水蓄能电机，意义非常大。

本发明适用于交流电机绕组，尤其适合水轮发电机和抽水蓄能电机的定子绕组。

附图说明：

图1本发明的非常规对称整数槽叠绕组

图2本发明的非常规对称整数槽波绕组

图3本发明的非常规对称分数槽波绕组

具体实施方式：

一种非常规对称绕组的连接方法，其特征是：

1)绕组槽数为支路数和相数之积的整数倍；

2)对于整数槽绕组来说，每极每相槽数为偶数，每支路的线棒数为每极每相槽数的整数倍；

3)对于分数槽绕组来说，以假分数表示的每极每相槽数的分子为偶数，每支路的线棒数为其分子的整数倍；

4)构成每支路的线棒数相等、磁场位置相同，且每个线圈是整距；

5)为了保证各支路线棒磁场位置相同，需要对连入支路的线棒位置进行调整，只需满足线棒制造和绕组接线的工艺性，支路数虽然不是常规的可能并联支路数，但仍可构成对称波绕组和对称叠绕组，

具体方法如下：

三相双层60°相带绕组，通常用A、Z、B、X、C、Y分别表示六个相带，相带A和X，B和Y，C和Z分别相差180电角度；每个相带的上层线棒和下层线棒可分别构成一条支路，且每支路的电势大小相等、相位相同；再由A、X相带的4条支路构成A相绕组，由B、Y相带的4条支路构成B相绕组，由C、Z相带的4条支路构成C相绕组，即可构成三相双层60°相带非常规对称4支路叠绕组，也可构成三相双层60°相带非常规对称4支路波绕组；在实际绕组连接中，单独由上层线棒或下层线棒是无法连接形成一条支路的，对于波绕组，可任选一个相带下二分之一上层线棒与其剩余的二分之一上层线棒对应的下层线棒相连构成一条支路绕组；对于叠绕组，可任选同一相的两个相带下四分之一上层线棒与其对应的四分之一下层线棒相连构成一条支路绕组。

如图1所示为一种非常规对称整数槽叠绕组，三相双层60°相带绕组，由A、Z、B、X、C、Y六个相带构成，极对数为3，奇数，槽数为72是支路数4和相数3之积的整数倍，每极每相槽数为4，偶数，每支路线棒数为每极每相槽数的整数倍；图中实线处的数字表示上层线棒，虚线处带撇的数字表示下层线棒；把属于A相的1-13＇、2-14＇、3-15＇、4-16＇、13-26＇、15-28＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A1支路；把属于A相的14-25＇、16-27＇、25-37＇、26-38＇、27-39＇、28-40＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A2支路；把属于A相的37-49＇、38-50＇、39-51＇、40-52＇、49-62＇、51-64＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A3支路；把属于A相的61-1＇、62-2＇、63-3＇、64-4＇、50-61＇、52-63＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A4支路；A1、A2、A3、A4这4条支路并联形成A相绕组；把属于B相的9-21＇、10-22＇、11-23＇、12-24＇、21-34＇、23-36＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B1支路；把属于B相的22-33＇、24-35＇、33-45＇、34-46＇、35-47＇、36-48＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B2支路；把属于B相的45-57＇、46-58＇、47-59＇、48-60＇、57-70＇、59-72＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B3支路；把属于B相的69-9＇、70-10＇、71-11＇、72-12＇、58-69＇、60-71＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B4支路；B1、B2、B3、B4这4条支路并联形成B相绕组；把属于C相的17-29＇、18-30＇、19-31＇、20-32＇、29-42＇、31-44＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C1支路；把属于C相的30-41＇、32-43＇、41-53＇、42-54＇、43-55＇、44-56＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C2支路；把属于C相的53-65＇、54-66＇、55-67＇、56-68＇、65-6＇、59-8＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C3支路；把属于C相的5-17＇、6-18＇、7-19＇、8-20＇、66-5＇、68-7＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C4支路；C1、C2、C3、C4这4条支路并联形成C相绕组；A相、B相和C相绕组共同构成非常规对称整数槽叠绕组。

图2所示为一种非常规对称整数槽波绕组，三相双层60°相带绕组，由A、Z、B、X、C、Y六个相带构成，极数为3，奇数，槽数为72是支路数4和相数3之积的整数倍，每极每相槽数为4，偶数，每支路线棒数为每极每相槽数的整数倍；图中实线处的数字表示上层线棒，虚线处带撇的数字表示下层线棒；把属于A相的1-13＇、25-38＇、50-62＇、3-15＇、27-40＇、52-64＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A1支路；把属于A相的2-14＇、26-37＇、49-61＇、4-16＇、27-40＇、51-63＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A2支路；把属于A相的13-25＇、37-50＇、62-2＇、15-27＇、39-52＇、64-4＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A3支路；把属于A相的14-26＇、38-49＇、61-1＇、16-28＇、40-51＇、63-3＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A4支路；四条支路并联形成A相绕组；把属于B相的9-21＇、33-46＇、58-70＇、11-23＇、35-48＇、60-72＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B1支路；把属于B相的10-22＇、34-45＇、57-69＇、12-24＇、35-48＇、59-71＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B2支路；把属于B相的21-33＇、45-58＇、70-10＇、23-35＇、47-60＇、72-12＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B3支路；把属于B相的22-34＇、46-57＇、69-9＇、24-36＇、48-59＇、71-11＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B4支路；四条支路并联形成B相绕组；把属于C相的17-29＇、41-54＇、66-6＇、19-31＇、43-54＇、68-8＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C1支路；把属于C相的18-30＇、42-53＇、65-5＇、20-32＇、43-54＇、67-7＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C2支路；把属于C相的29-41＇、53-66＇、6-18＇、31-43＇、55-68＇、8-20＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C3支路；把属于C相的22-34＇、46-57＇、69-9＇、24-36＇、48-59＇、71-11＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C4支路；四条支路并联形成C相绕组；A相、B相和C相绕组共同构成非常规对称整数槽波绕组。

如图3所示为一种非常规对称分数槽波绕组，其特征是：三相双层60°相带绕组，由A、Z、B、X、C、Y六个相带构成，极对数为5，奇数，槽数72是支路数4和相数3之积的整数倍；以假分数表示的每极每相槽数的分子为12，偶数，每支路的线棒数为12，是其分子的整数倍；图中实线处的数字表示上层线棒，虚线处带撇的数字表示下层线棒；把属于A相的20-27＇、34-41＇、47-55＇、62-69＇、4-11＇、18-25＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A1支路；把属于A相的5-11＇、19-26＇、33-40＇、47-54＇、61-56＇、63-70＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A2支路；把属于A相的11-18＇、25-20＇、27-34＇、41-48＇、55-62＇、69-4＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A3支路；把属于A相的56-63＇、70-5＇、12-19＇、26-33＇、40-47＇、54-61＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成A4支路；四条支路并联形成A相绕组；把属于B相的9-16＇、23-30＇、37-32＇、39-46＇、53-60＇、67-2＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B1支路；把属于B相的10-17＇、24-31＇、38-45＇、52-59＇、66-1＇、68-3＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B2支路；把属于B相的2-9＇、16-23＇、30-37＇、32-39＇、46-53＇、60-67＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B3支路；把属于B相的3-10＇、17-24＇、31-38＇、45-52＇、59-66＇、1-68＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成B4支路；四条支路并联形成B相绕组；把属于C相的13-8＇、15-22＇、29-36＇、43-50＇、57-64＇、71-6＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C1支路；把属于C相的14-21＇、28-35＇、42-49＇、44-51＇、58-65＇、72-7＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C2支路；把属于C相的6-13＇、8-15＇、22-29＇、36-43＇、50-57＇、64-71＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C3支路；把属于C相的7-14＇、21-28＇、35-42＇、49-44＇、51-58＇、65-72＇共计6个整距线圈按电势相加的方式串联起来形成C4支路；四条支路并联形成C相绕组；A相、B相和C相绕组共同构成非常规对称整数槽波绕组。

Claims (1)

1.一种非常规对称绕组的连接方法，其特征是：

1)绕组槽数为支路数和相数之积的整数倍；

2)对于整数槽绕组来说，每极每相槽数为偶数，每支路的线棒数为每极每相槽数的整数倍；

3)对于分数槽绕组来说，以假分数表示的每极每相槽数的分子为偶数，每支路的线棒数为其分子的整数倍；

4)构成每支路的线棒数相等、磁场位置相同，且每个线圈是整距；

5)为了保证各支路线棒磁场位置相同，需要对连入支路的线棒位置进行调整，只需满足线棒制造和绕组接线的工艺性，支路数虽然不是常规的可能并联支路数，但仍可构成对称波绕组和对称叠绕组，

具体方法如下：

三相双层60°相带绕组，通常用A、Z、B、X、C、Y分别表示六个相带，相带A和X，B和Y，C和Z分别相差180电角度；每个相带的上层线棒和下层线棒可分别构成一条支路，且每支路的电势大小相等、相位相同；再由A、X相带的4条支路构成A相绕组，由B、Y相带的4条支路构成B相绕组，由C、Z相带的4条支路构成C相绕组，即可构成三相双层60°相带非常规对称4支路叠绕组，也可构成三相双层60°相带非常规对称4支路波绕组；在实际绕组连接中，单独由上层线棒或下层线棒是无法连接形成一条支路的，对于波绕组，可任选一个相带下二分之一上层线棒与其剩余的二分之一上层线棒对应的下层线棒相连构成一条支路绕组；对于叠绕组，可任选同一相的两个相带下四分之一上层线棒与其对应的四分之一下层线棒相连构成一条支路绕组。