CN104184239A - 一种非60°相带对称绕组的连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非60°相带对称双层定子绕组的槽数选择、相带划分和绕组连接方法，给出了极数、支路数、每极每相槽数之间的关系、相带划分及其具体要求，指出了非60°相带对称双层绕组可以是波绕组或叠绕组，可以是整数槽绕组或分数槽绕组，但均须以整距连接。本发明能够解决容量、转速和电压不匹配问题，以及达到削弱谐波和改善电压波形的目的。

Description

一种非60°相带对称绕组的连接方法

技术领域

本发明涉及三相双层对称绕组的连接方法，尤其涉及一种三相双层非60°相带对称绕组的连接方法。

背景技术

水轮发电机以及抽水蓄能发电电动机的转速受水力参数限制，而电机定子绕组支路数的选择必须满足对称性条件。

现有技术中，通常三相双层绕组的接线，可先计算出单元电机、绕组循环数，并绘制星形图，然后将星形图的电势矢量划分为六个相带。其中，六个相带分别用A、Z、B、X、C、Y顺次表示，每个相带的电势矢量分布角度为60°，将6个相带所包含的所有电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，A相带合成矢量和X相带合成矢量、B相带合成矢量和Y相带合成矢量、C相带合成矢量和Z相带合成矢量，分别相差180°，且A、B、C三相的合成矢量互差120°；然后直接绘制定子绕组接线图或将星形图展开为方块图后绘制定子绕组接线图。绘制星形图时，星形图中各槽号对应的矢量为同一线圈的上层边和下层边电势矢量的合成。

对于整数槽绕组，按现有的星形图绘制方法，其星形图从内到外共有p层圆周（p为电机极对数），即星形图从内到外有p层重叠的电势矢量；每一相均有2p层重叠的电势矢量（正相带有p层，负相带有p层，共2p层），要接成对称的a支路，就需要将这2p层电势矢量均分为a组，每一支路占                                                层重叠的电势矢量；当为整数，则能接成对称绕组，当不为整数，不能按现有技术的接线方法接出对称的a条支路，即按现有技术的相带划分和接线方法接成a支路是不满足对称条件的。因此，现有技术中，对于整数槽三相双层定子绕组，每相各支路对称性条件是：为整数。类似的，可以推导出，现有技术中，对于分数槽三相双层定子绕组，每相各支路对称性条件是：不是整数，且是整数（d为每极每相槽数的分母）。

由此可见，现有技术条件下，三相双层对称定子绕组的支路数选择是受限的，在某些水力条件下，要得到最佳水力特性，电机就只能选择特定支路数，槽电流和性能参数就可能不尽合理，可能使电机材料增加、电机经济性差，从而使整个电站的经济性变差。一般而言，解决上述难题的方法是改变水轮机转速，使水轮机偏离最佳运行区域；或者接受电机某些不尽合理的参数，降低电站经济性，这两种方法的代价都非常大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种非60°相带对称绕组的连接方法，本发明能够解决容量、转速和电压不匹配问题，以及达到削弱谐波和改善电压波形的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种非60°相带对称绕组的连接方法，其特征在于，设定如下条件：

1）、当定子绕组每极每相槽数q为整数时，为大于1的奇数，其中a为定子绕组并联支路数，且a为大于2的偶数；

2）、当定子绕组每极每相槽数q为分数时，以假分数形式表示q，其分子为偶数，且，其中d为q的分母，a为定子绕组并联支路数，且a为大于2的偶数；

在上述条件基础上，其具体接线方法如下：将定子绕组上、下层线棒电势矢量都绘制于星形图中，并将星形图中的电势矢量划分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，按增大每相分布角度的方法将不同相带的电势矢量在星形图中交叉分布，使每相每支路所属所包含负相带电势矢量叠加至正相带后，在星形图中形成阶梯状的分布；然后将每个相带所包含的电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，得到六个相带的合成矢量，A、X相带的合成矢量大小相等，B、Y相带的合成矢量大小相等，C、Z相带的合成矢量大小相等，且A相带合成矢量和X相带合成矢量相差180°，B相带合成矢量和Y相带合成矢量相差180°，C相带合成矢量和Z相带合成矢量相差180°，A、B、C三相的合成矢量互差120°，每个相带均包含支路，A、X相带的a条支路构成A相绕组，B、Y相带的a条支路构成B相绕组，C、Z相带的a条支路构成C相绕组，从而构成三相双层非60°相带对称叠绕组或构成三相双层非60°相带对称波绕组；

对于每极每相槽数为整数的定子绕组，包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有2P层，每层含个电势矢量，每相每支路均包含层，每相每支路有K层包含个电势矢量，且K为小于的正奇数，每相每支路有层包含的电势矢量个数大于，每相每支路有层包含的电势矢量个数小于，且，其中，p为极对数，z为定子铁芯总槽数，i，j=1，2，…，；

对于每极每相槽数为分数的定子绕组，以假分数表示，每极每相槽数，e为偶数，d为奇数，包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有层，每层含个电势矢量，每相每支路均包含层，每相每支路有K层包含电势矢量，且K为小于的正奇数，每相每支路有层包含的电势矢量个数大于，每相每支路有层包含的电势矢量个数小于，且，i，j=1，2，…，。

实际接线时，所述波绕组或叠绕组的接线，按整距从上层线棒自然地连到下层线棒，并且在必要时增加斜并头和连接线，每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，满足每支路在星形图中的电势矢量分布。

采用本发明的优点在于：

（1）、采用本发明后，能选择特定的支路数，能很好地匹配容量、电压、转速之间的关系，能扩大电机转速的选择范围，保证水轮机在某些转速下的优异性能。另外，通过适当调整相带分布角度，形成非60°相带对称整距绕组，即可降低相带分布系数，也就能够降低谐波的绕组系数，从而达到削弱谐波含量和改善电压波形的目的。

（2）、本发明采用非60°相带对称绕组连接方法，扩大了对称绕组支路数的选择范围，使电机的绕组设计技术得到了更进一步发展。

（3）、本发明采用非60°相带对称绕组连接方法，扩大了电机的转速选择范围，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。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，意义重大。

（4）、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为本发明实施例一非60°相带整数槽对称双层绕组相带及支路划分示意图；

图2为本发明实施例一非60°相带整数槽对称双层波绕组接线图；

图3为本发明实施例二非60°相带整数槽对称双层绕组相带及支路划分示意图；

图4为本发明实施例二非60°相带整数槽对称双层叠绕组接线图。

具体实施方式

实施例1

一种非60°相带对称绕组的连接方法，设定如下条件：

1）、当定子绕组每极每相槽数q为整数时，为大于1的奇数，其中a为定子绕组并联支路数，且a为大于2的偶数；

2）、当定子绕组每极每相槽数q为分数时，以假分数形式表示q，其分子为偶数，且，其中d为q的分母，a为定子绕组并联支路数，且a为大于2的偶数；

在上述条件基础上，其具体接线方法如下：将定子绕组上、下层线棒电势矢量都绘制于星形图中，并将星形图中的电势矢量划分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，按增大每相分布角度的方法将不同相带的电势矢量在星形图中交叉分布，使每相每支路所属所包含负相带电势矢量叠加至正相带后，在星形图中形成阶梯状的分布；然后将每个相带所包含的电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，得到六个相带的合成矢量，A、X相带的合成矢量大小相等，B、Y相带的合成矢量大小相等，C、Z相带的合成矢量大小相等，且A相带合成矢量和X相带合成矢量相差180°，B相带合成矢量和Y相带合成矢量相差180°，C相带合成矢量和Z相带合成矢量相差180°，A、B、C三相的合成矢量互差120°，每个相带均包含支路，A、X相带的a条支路构成A相绕组，B、Y相带的a条支路构成B相绕组，C、Z相带的a条支路构成C相绕组，从而构成三相双层非60°相带对称叠绕组或构成三相双层非60°相带对称波绕组；

对于每极每相槽数为整数的定子绕组，包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有2P层，每层含个电势矢量，每相每支路均包含层，每相每支路有K层包含个电势矢量，且K为小于的正奇数，每相每支路有层包含的电势矢量个数大于，每相每支路有层包含的电势矢量个数小于，且，其中，p为极对数，z为定子铁芯总槽数，i，j=1，2，…，；

对于每极每相槽数为分数的定子绕组，以假分数表示，每极每相槽数，e为偶数，d为奇数，包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有层，每层含个电势矢量，每相每支路均包含层，每相每支路有K层包含电势矢量，且K为小于的正奇数，每相每支路有层包含的电势矢量个数大于，每相每支路有层包含的电势矢量个数小于，且，i，j=1，2，…，。

实际接线时，所述波绕组或叠绕组的接线，按整距从上层线棒自然地连到下层线棒，并且在必要时增加斜并头和连接线，每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，满足每支路在星形图中的电势矢量分布。

本发明不将同一线圈的上层边和下层边的电势矢量合成，而将同一线圈的上层边和下层边的电势矢量单独考虑，直接将上层边和下层边的电势矢量都绘制于星形图中，由于同一槽上、下层线棒处于圆周上同一位置，其感应电势矢量方向、大小相同，所以星形图从内到外的每一层圆周上的电势矢量个数与现有技术的星形图完全一致，只是其圆周的层数增加了一倍，即星形图上由内到外重叠的电势矢量增加了一倍。这样整数槽三相双层定子绕组接成a支路时，每相每支路占层电势矢量，只要为整数，就可以接出a条对称的支路，从而扩大了支路数选择范围。分数槽三相双层定子绕组的分析与此类似。

如图1所示为一种非60°相带整数槽对称绕组相带及支路划分示意图，图中“О”代表A和X相带，“×”代表B和Y相带，“Δ”代表C和Z相带；绕组由A、Z、B、X、C、Y六个相带构成，极对数p为3，槽数为z为72，每极每相槽数q为4，为整数，支路数a为4，，为大于1的奇数；星形图中包含上、下层线棒的电势矢量，由内到外，共有2p=6层，每相每支路包含层，每相每支路包含个电势矢量的层数为小于3的正奇数，即为1，另外有1层包含的电势矢量数小于4，选择为2，剩余的1层所包含的电势矢量数则为2×4-2=6，每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，形成阶梯状分布；A、X相带差180°，构成A相，B、Y相带差180°，构成B相，C、Z相带差180°，构成C相，A、B、C相互差120°，满足三相对称，且A、Z、B、X、C、Y各含2支路，每相的4个支路包含的电势矢量的合成矢量相同，满足支路对称。接成波绕组时，按整距，从上层线棒自然地连到下层线棒，并且在必要时增加斜并头和连接线。

如图2所示，图2为按图1所示的相带及支路划分方式，其中，带撇的数字代表下层线棒槽号，不带撇的数字代表上层线棒槽号；把属于A相的5-16’，28-39’，51-63’，2-14’，26-37’共5个整距线圈和12’，49按电势相加的方式串联成A1支路，把属于A相的52-64’，3-15’，27-38’，50-62’，1-13’共5个整距线圈和48，41’按电势相加的方式串联成A2支路，把属于A相的17-28’，48-51’，63-3’，14-26’，38-49’，61-72’共6个整距线圈按电势相加的方式串联成A3支路，把属于A相的64-4’，15-27’，39-50’，62-2’，13-25’共5个整距线圈和36，53’按电势相加的方式串联成A4支路，A1、A2、A3、A4共4条支路并联构成A相绕组，把属于B相的12-24’，35-47’，59-70’，10-22’，33-45’共5个整距线圈和56，1’按电势相加的方式串联成B1支路，把属于B相的37-48’，60-71’，11-23’，34-46’，58-69’，9-20’共6个整距线圈按电势相加的方式串联成B2支路，把属于B相的24-36’，47-59’，71-10’，22-34’，45-57’共5个整距线圈和68，61’按电势相加的方式串联成B3支路，把属于B相的72-11’，23-35’，46-58’，70-9’，21-32’共5个整距线圈和25，60’按电势相加的方式串联成B4支路，B1、B2、B3、B4共4条支路并联构成B相绕组，把属于C相的57-68’，8-19’，31-43’，54-66’，6-17’，29-40’共6个整距线圈按电势相加的方式串联成C1支路，把属于C相的32-44’，55-67’，7-18’，30-42’，53-65’共5个整距线圈和4，21’按电势相加的方式串联成C2支路，把属于C相的44-56’，67-7’，19-30’，42-54’，65-5’共5个整距线圈和16，33’按电势相加的方式串联成C3支路，把属于C相的69-8’，20-31’，43-55’，66-6’，18-29’，41-52’共6个整距线圈按电势相加的方式串联成C4支路，C1、C2、C3、C4共4条支路并联构成C相绕组，A相、B相、C相绕组共同构成非60°相带四支路对称双层波绕组。

实施例2

如图3所示为非60°相带四支路对称双层绕组相带及支路划分示意图，图中“О”代表A和X相带，“×”代表B和Y相带，“Δ”代表C和Z相带；绕组由A、Z、B、X、C、Y六个相带构成，极对数p为7，槽数为z为252，每极每相槽数q为6，为整数，支路数a为4，，为大于1的奇数；星形图中包含上、下层线棒的电势矢量，由内到外，共有2p=14层，每相每支路包含层，共42个电势矢量，每相每支路包含个电势矢量的层数为小于7的正奇数，选择为3，另外有2层包含的电势矢量数小于6，选择为2，剩余的2层所包含的电势矢量数则为2×6-2=10，每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，每相每支路形成阶梯状分布；A、X相带差180°，构成A相，B、Y相带差180°，构成B相，C、Z相带差180°，构成C相，A、B、C相互差120°，满足三相对称，且每相的4个支路包含的电势矢量的合成矢量相同，满足支路对称。接成叠绕组时，按整距，从上层线棒自然地连到下层线棒，并且在必要时增加连接线。

如图4所示，图4为按图3所示的相带及支路划分方式，其中，带撇的数字代表下层线棒槽号，不带撇的数字代表上层线棒槽号；把属于A相的19-37’，20-38’，21-39’，22-40’，23-41’，24-42’，71-89’，72-90’，37-55’，38-56’，39-57’，40-58’，41-59’，42-60’，43-61’，44-62’，57-75’，58-76’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的96’，77，94’，75，92’，73按电势相加的方式串联成A1支路，把属于A相的91-109’，92-110’，93-111’，94-112’，95-113’，96-114’，111-129’，112-130’，125-143’，126-144’，127-145’，128-146’，129-147’，130-148’，131-149’，132-150’，133-151’，134-152’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的78，95’，76，93’，74，91’按电势相加的方式串联成A2支路，把属于A相的179-197’，180-198’，145-163’，146-164’，147-165’，148-166’，149-167’，150-168’，151-169’，152-170’，165-183’，166-184’，181-199’，182-200’，183-201’，184-202’，185-203’，186-204’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的199，218’，201，220’，203，222’按电势相加的方式串联成A3支路，把属于A相的219-237’，220-238’，233-251’，234-252’，235-1’，236-2’，237-3’，238-4’，239-5’，240-6’，241-7’，242-8’，1-19’，2-20’，3-21’，4-22’，5-23’，6-24’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的217’，200，219’，202，221’，204按电势相加的方式串联成A4支路，A1、A2、A3、A4共4条支路并联构成A相绕组，把属于B相的31-49’，32-50’，33-51’，34-52’，35-53’，36-54’，47-65’，48-66’，49-67’，50-68’，51-69’，52-70’，53-71’，54-72’，55-73’，56-74’，69-87’，70-88’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的108’，89，106’，87，104’，85按电势相加的方式串联成B1支路，把属于B相的103-121’，104-122’，105-123’，106-124’，107-125’，108-126’，123-141’，124-142’，137-155’，138-156’，139-157’，140-158’，141-159’，142-160’，143-161’，144-162’，109-127’，110-128’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的90，107’，88，105’，86， 103’按电势相加的方式串联成B2支路，把属于B相的155-173’，156-174’，157-175’，158-176’，159-177’，160-178’，161-179’，162-180’，163-181’，164-182’，177-195’，178-196’，193-211’，194-212’，195-213’，196-214’，197-215’，198-216’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的211，230’，213，232’，215，234’按电势相加的方式串联成B3支路，把属于B相的231-249’，232-250’，245-11’，246-12’，247-13’，248-14’，249-15’，250-16’，251-17’，252-18’，217-235’，218-236’，13-31’，14-32’，15-33’，16-34’，17-35’，18-36’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的229’，212，231’，214，233’，216按电势相加的方式串联成B4支路，B1、B2、B3、B4共4条支路并联构成B相绕组，把属于C相的7-25’，8-26’，9-27’，10-28’，11-29’，12-30’，59-77’，60-78’，61-79’，62-80’，63-81’，64-82’，65-83’，66-84’，67-85’，68-86’，45-63’，46-64’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的120’，101，118’，99，116’，97按电势相加的方式串联成C1支路，把属于C相的79-97’，80-98’，81-99’，82-100’，83-101’，84-102’，135-153’，136-154’，113-131’，114-132’，115-133’，116-134’，117-135’，118-136’，119-137’，120-138’，121-139’，122-140’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的102，119’，100，117’，98，115’按电势相加的方式串联成C2支路，把属于C相的167-185’，168-186’，169-187’，170-188’，171-189’，172-190’，173-191’，174-192’，175-193’，176-194’，153-171’，154-172’，205-223’，206-224’，207-225’，208-226’，209-227’，210-228’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的187，206’，189，208’，191，210’按电势相加的方式串联成C3支路，把属于C相的243-9’，244-10’，221-239’，222-240’，223-241’，224-242’，225-243’，226-244’，227-245’，228-246’，229-247’，230-248’，25-43’，26-44’，27-45’，28-46’，29-47’，30-48’，共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的205’，188，207’，190，209’，192按电势相加的方式串联成C4支路，C1、C2、C3、C4共4条支路并联构成C相绕组，A相、B相、C相绕组共同构成非60°相带四支路对称双层叠绕组。

Claims (2)

1.一种非60°相带对称绕组的连接方法，其特征在于，设定如下条件：

1）、当定子绕组每极每相槽数q为整数时，                                               为大于1的奇数，其中a为定子绕组并联支路数，且a为大于2的偶数；

2）、当定子绕组每极每相槽数q为分数时，以假分数形式表示q，其分子为偶数，且，其中d为q的分母，a为定子绕组并联支路数，且a为大于2的偶数；

在上述条件基础上，其具体接线方法如下：将定子绕组上、下层线棒电势矢量都绘制于星形图中，并将星形图中的电势矢量划分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，按增大每相分布角度的方法将不同相带的电势矢量在星形图中交叉分布，使每相每支路所属所包含负相带电势矢量叠加至正相带后，在星形图中形成阶梯状的分布；然后将每个相带所包含的电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，得到六个相带的合成矢量，A、X相带的合成矢量大小相等，B、Y相带的合成矢量大小相等，C、Z相带的合成矢量大小相等，且A相带合成矢量和X相带合成矢量相差180°，B相带合成矢量和Y相带合成矢量相差180°，C相带合成矢量和Z相带合成矢量相差180°，A、B、C三相的合成矢量互差120°，每个相带均包含支路，A、X相带的a条支路构成A相绕组，B、Y相带的a条支路构成B相绕组，C、Z相带的a条支路构成C相绕组，从而构成三相双层非60°相带对称叠绕组或构成三相双层非60°相带对称波绕组；

对于每极每相槽数为整数的定子绕组，包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有2P层，每层含个电势矢量，每相每支路均包含层，每相每支路有K层包含个电势矢量，且K为小于的正奇数，每相每支路有层包含的电势矢量个数大于，每相每支路有层包含的电势矢量个数小于，且，其中，p为极对数，z为定子铁芯总槽数，i，j=1，2，…，；

对于每极每相槽数为分数的定子绕组，以假分数表示，每极每相槽数，e为偶数，d为奇数，包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有层，每层含个电势矢量，每相每支路均包含层，每相每支路有K层包含电势矢量，且K为小于的正奇数，每相每支路有层包含的电势矢量个数大于，每相每支路有层包含的电势矢量个数小于，且，i，j=1，2，…，。

2.如权利要求1所述的一种非60°相带对称绕组的连接方法，其特征在于：所述波绕组或叠绕组的接线，按整距从上层线棒自然地连到下层线棒，每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，满足每相每支路在星形图中的电势矢量分布。