CN107634600B - 一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒及渐变式空换位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒及渐变式空换位方法。该定子线棒包括沿定子线棒的槽高方向排列的五个换位线棒，每个换位线棒均包括横向排列为两列的换位股线，其中，左列换位股线的数目比右列换位股线的数目多一根；该方法包括：每根换位线棒均采用0°/360°/0°换位与空换位相结合的方式，其中，空换位段位于定子线棒槽部的中心位置；每根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向逐渐减小。定子绕组多层线棒采用了不同的换位方案，即不同的空换位段长度，换位方式更加灵活，克服了单一不足换位受换位股线根数影响不能任意选取换位角度的问题，同时进一步降低了定子绕组的环流损耗，提高了电机的运行安全性。

Description

一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒及渐变式空换位 方法

技术领域

本发明涉及大型交流电机设计与制造技术领域，具体涉及一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒及渐变式空换位方法。

背景技术

定子绕组换位设计是大型交流电机的关键问题之一。在大型交流电机中，广泛采用圈式定子绕组，每层绕组由多根线棒组成，为减小涡流损耗，每根线棒一般由多根并联股线构成。在槽内，多根线棒沿槽高方向叠放，且在鼻端将股线焊接在一起，这样由于股线在槽内空间位置不同，在漏磁场的作用下将产生较大的环流损耗，严重影响定子绕组的绝缘安全和使用寿命。

最初，由于线棒股线根数少，槽部绕组一般不换位，通常在端部进行换位，而随着单机容量的增大，线棒并联股线的增多，端部换位已经不足以降低其环流损耗，因此采用了大型同步电机定子绕组的换位技术，包括360°换位、不足360°换位以及空换位，而在这些换位方式中，多匝圈式绕组一般采用不足换位方式，但是，由于绕组分匝后每根线棒的股线根数远小于绕组的股线根数，使得可供选择的不足换位角度非常少，而且线棒采用相同的换位方案，不能较好的平衡线棒的漏磁场。

发明内容

针对于现有技术中的上述不足，本发明的目的是提供一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒及渐变式空换位方法，解决现有的定子线棒中环流损耗大导致发电机运行安全性低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的一个技术方案是：

一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒，包括：

沿定子线棒的槽高方向排列的五个换位线棒，每个换位线棒均包括横向排列为两列的换位股线，其中，左列换位股线的数目比右列换位股线的数目多一根；

在定子绕组的端部，用于组成一个定子线圈的上层绕组五层换位线棒中靠近槽口的换位线棒与下层绕组五层换位线棒中远离槽口的换位线棒通过一个并头套连接，然后剩余换位线棒中与这两根换位线棒分别相邻的换位线棒通过一个并头套连接，其它换位线棒采用同样的原则，使得组成一个定子线圈的上层绕组五个换位线棒与下层绕组五个换位线棒形成串联的关系；所述左列换位股线与右列换位股线通过一个并头套连接。

采用上述技术方案的有益效果为：该结构的定子线棒使得定子绕组能够进一步降低其环流损耗，延长定子绕组的使用寿命。

进一步地，所述每根换位线棒外均包覆一层用于加强绝缘保护的外绝缘层。

进一步地，所述每个换位股线外均包覆有一层绝缘漆层。

上述大型交流电机渐变式空换位定子线棒渐变式空换位方法，包括：

每根换位线棒均采用0°/360°/0°换位与空换位相结合的方式，其中，空换位段位于定子线棒槽部的中心位置；

每根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向逐渐减小。

采用上述技术方案的有益效果为：该方法使得定子绕组不再局限于单一换位方案，可以有多种换位方案组合，使得换位方式更加灵活，进而有效地降低定子绕组的环流损耗，保证电机的安全运行。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步地，每根线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向依次减小的长度为靠近槽口方向的第一个换位线棒中空换位段长度的1/8。

进一步地，每根换位线棒均采用0°/360°/0°换位与空换位相结合的方式，其中，空换位段位于定子线棒槽部的中心位置的具体过程为：

每根换位线棒包括N根换位股线，在定子绕组的槽部轴向上，首先按照 0°/360°/0°换位方式依次换位N/2个换位节距，然后N根换位股线沿槽的方向水平移动设定的空换位段长度的距离，最后再按照0°/360°/0°换位方式依次换位N/2个换位节距，完成对单根换位线棒的换位；

其中，换位节距为(铁心长度与空换位段长度之差)与换位股线根数的比值。

进一步地，采用0°/360°/0°换位方式在1个换位节距内的具体换位过程为：

A.在定子绕组的槽部，空换位股线位于右列换位股线的位置，左列换位股线中最靠近槽口方向的换位股线向右移动一根换位股线宽度的距离，并且沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，其余的换位股线均沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，使空换位股线位置移动至左列最靠近槽口的位置；

B.左列换位股线向靠近槽口方向移动一根换位股线高度的距离，同时，沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，右列换位股线沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，使空换位股线移动至左列最远离槽口的位置；

C.右列换位股线中最远离槽口方向的换位股线向左移动一根换位股线宽度的距离，同时，沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，其余的换位股线沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，使空股线位置移动至右列最远离槽口的位置；

D.右列换位股线向远离槽口的方向移动一根换位股线高度的距离，同时，沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，左列换位股线沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离。

本发明的有益效果为：定子绕组多层线棒采用了不同的换位方案，即不同的空换位段长度，五层线棒的空换位段长度可以根据需要任意选择，不受换位角度的限制，克服了单一不足换位受换位股线根数影响不能任意选取换位角度的问题，换位方式更加灵活，同时进一步降低了定子绕组的环流损耗，提高了电机的运行安全性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的渐变式空换位定子线棒的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例定子线棒五根换位线棒中单根线棒的三维立体图；

图3是单根换位线棒的三维简化视图；

图4是图3的俯视图；

图5是图3的仰视图；

图6是图3中换位股线在M-M处的截面图；

图7是图3中换位股线在N-N处的截面图；

图8是图3中换位股线在P-P处的截面图；

图9是图3中换位股线在Q-Q处的截面图；

图10是单根换位线棒换位一个换位节距时的三维立体图；

图11是图10的俯视图；

图12是图10的仰视图；

图13是图10中换位股线在A-A处的截面图；

图14是图10中换位股线在B-B处的截面图；

图15是图10中换位股线在C-C处的截面图；

图16是图10中换位股线在D-D处的截面图；

图17是图10中换位股线在E-E处的截面图；

图18是图10的立体拆分图；

图19是股线编号为1号(No.1)及9号(No.9)的换位股线的换位过程立体图；

其中，1-定子线棒的槽部；2-定子线棒的端部；3-0°/360°/0°换位左半段； 4-空换位段；5-0°/360°/0°换位右半段；6-单根换位线棒的槽部；7-7.5个换位节距；8-空换位段；9-7.5个换位节距；10-换位弯。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参见图1，图1示出了大型交流电机渐变式空换位定子线棒的一个实施例的结构示意图；该定子线棒包括五根沿槽高方向排列的换位线棒，每根换位线棒均采用0°/360°/0°换位与空换位相结合的方式，其中，空换位段位于定子线棒槽部的中心位置，即换位线棒在槽部轴向上依次进行0°/360°/0°换位左半段3、空换位段4和0°/360°/0°换位右半段 5，不同之处在于每根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向逐渐减小；空换位是指换位股线在定子线棒的槽部1换位到某一特定位置时，暂时不继续换位，而是保持一段水平距离，即设置一个空换位段，如图1所示，空换位段位于定子线棒的槽部中心。

根据本申请的一个实施例，每根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向依次减小的长度为靠近槽口方向的第一个换位线棒中空换位段长度的 1/8。

根据本申请的一个实施例，大型交流电机渐变式空换位定子线棒每根换位线棒由15根换位股线组成，在该换位线棒的槽部6，则0°/360°/0°换位有 15个换位节距，换位节距长度为铁心长度和空换位段长度之差与换位股线根数的比值，如图2所示，即换位线棒在槽部轴向上依次为按照0°/360°/0°换位方式换位7.5个换位节距7、空换位段8和按照0°/360°/0°换位方式换位7.5 个换位节距9；由于股线根数为奇数，两排换位股线中会空出一根换位股线的位置，而在换位时就是利用空换位股线位置进行换位；对定子线棒中靠近槽口的单根换位线棒的换位过程具体为：

如图3至图5所示，图3为单根换位线棒的简化立体图，图4为图3的俯视图，图5为图3的仰视图；M-M位置为换位线棒换位的初始位置，其换位股线截面图如图6所示，按照0°/360°/0°换位方式换位7.5个换位节距后至N-N位置，其截面图如图7所示，接下来是换位股线进行空换位的过程， 15根换位股线沿槽的方向水平移动选定的空换位长度的距离，约为铁芯长度的2％，至P-P位置，其截面图如图8所示，再按照0°/360°/0°换位方式换位 7.5个换位节距后至Q-Q位置，其截面图如图9所示，此时单根换位线棒换位结束。

定子线棒中其余四根换位线棒与靠近槽口换位线棒的换位股线换位步骤一致，但是其余四根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向分别为靠近槽口换位线棒空换位段长度的7/8、6/8、5/8和4/8，即空换位段长度依次减小靠近槽口线棒1/8空换位段的长度。

根据本申请的一个实施例，对单根换位线棒一个换位节距内的换位股线的换位过程进行说明：图10为单根换位线棒换位一个换位节距时的三维立体图；图11为图10的俯视图；图12为图10的仰视图；图13至图17为换位股线在1个换位节距内换位时处于不同位置处的截面图；图18为1个换位节距内两列换位股线上下分离一段距离后的立体图；在1个换位节距内，换位股线进行换位的具体过程如下：

如图10所示，A-A位置是单个换位节距内股线换位的起始阶段，其截面图如图13所示，共15根股线，空股线位置位于右列最靠近槽口的位置；首先，左列换位股线中最靠近槽口方向的换位股线向右移动一根换位股线宽度的距离的同时沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，剩余的换位股线沿槽的方向水平移动同样0.2倍换位节距的距离，至B-B位置，使空股线位置移动到左列最靠近槽口的位置，其截面图如图14所示；

为了使右列换位股线中最远离槽口方向的换位股线进行排间换位，左列 7根换位股线向靠近槽口的方向移动一根换位股线高度的距离的同时沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，右列8根换位股线沿槽的方向水平移动同样0.3倍换位节距的距离，至C-C位置，使空股线位置移动到左列最远离槽口的位置，其截面图如图15所示；

然后，右列换位股线中最远离槽口方向的换位股线向左移动一根股线宽度的距离的同时沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，剩余的换位股线沿槽的方向水平移动同样0.2倍换位节距的距离，至D-D位置，使空股线位置移动到右列最远离槽口的位置，其截面图如图16所示；

最后，为了使空股线位置与起始阶段一致，右列7根换位股线向远离槽口的方向移动一根换位股线高度的距离的同时沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，左列8根换位股线沿槽的方向水平移动同样0.3倍换位节距的距离，至E-E位置，其截面图如图17所示；

在1个换位节距内，空股线位置首先位于右列最靠近槽口的位置，然后每经过一次股线移动，变换一次位置，依次是左列最靠近槽口的位置，左列最远离槽口的位置，右列最远离槽口的位置以及右列最靠近槽口的位置。

在定子绕组的槽部，单根线棒每经过一个换位节距后，左列股线中最靠近槽口的换位股线先移动至右列中最靠近槽口的位置，然后再向远离槽口的方向移动一根换位股线高度的距离，左列换位股线中的其余换位股线均向靠近槽口的方向移动一根股线高度的距离；右列换位股线中最远离槽口位置的换位股线移动至左列中最远离槽口的位置，右列换位股线中的其余换位股线均向远离槽口的方向移动一根换位股线高度的距离。

图19为上层绕组靠近槽口处换位线棒15根换位股线中编号为1号 (No.1)和9号(No.9)换位股线的换位立体图，从图中可以看出两根换位股线的具体换位过程以及定子线棒中的具体位置，其中10为两根换位股线的换位弯。

以一台5M核电泵用电机为例，采用场路耦合三维有限元法分别对定子线棒采用全换位、空0.5根股线不足换位以及本发明的渐变式空换位方法进行计算，得到单槽内上、下层绕组的环流损耗，结果显示，当采用全换位时，上、下层绕组的总环流损耗为5.57W，当采用空0.5根股线不足换位时，上、下层绕组的总环流损耗为3.27W，当采用本发明的渐变式空换位方式时，上、下层绕组的总环流损耗为2.59W，与全换位相比降低了53.5％，与空0.5根股线不足换位相比降低了20.8％，因此，本发明所提供的新型渐变式空换位法对于降低大型交流电机定子线棒的环流损耗起到非常显著的效果，具有巨大的应用前景。

Claims (7)

1.一种大型交流电机渐变式空换位定子线棒，其特征是，包括：

沿定子线棒的槽高方向排列的五个换位线棒，每个换位线棒均包括横向排列为两列的换位股线，其中，左列换位股线的数目比右列换位股线的数目多一根；

在定子绕组的端部，用于组成一个定子线圈的上层绕组五层换位线棒中靠近槽口的换位线棒与下层绕组五层换位线棒中远离槽口的换位线棒通过一个并头套连接，然后剩余换位线棒中与这两根换位线棒分别相邻的换位线棒通过一个并头套连接，其它换位线棒采用同样的原则，使得组成一个定子线圈的上层绕组五根换位线棒与下层绕组五根换位线棒形成串联的关系；所述左列换位股线与右列换位股线通过一个并头套连接。

2.根据权利要求1所述的大型交流电机渐变式空换位定子线棒，其特征是，所述每根换位线棒外均包覆一层用于加强绝缘保护的外绝缘层。

3.根据权利要求1所述的大型交流电机渐变式空换位定子线棒，其特征是，所述每根换位股线外均包覆有一层绝缘漆层。

4.权利要求1-3任一项所述的定子线棒渐变式空换位方法，其特征是，包括：

每根换位线棒均采用0°/360°/0°换位与空换位相结合的方式，其中，空换位段位于定子线棒槽部的中心位置；

每根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的定子线棒渐变式空换位方法，其特征是，每根换位线棒的空换位段长度不同，沿槽高方向依次减小的长度为靠近槽口方向的第一根换位线棒中空换位段长度的1/8。

6.根据权利要求4所述的定子线棒渐变式空换位方法，其特征是，每根换位线棒均采用0°/360°/0°换位与空换位相结合的方式，其中，空换位段位于定子线棒槽部的中心位置的具体过程为：

每根换位线棒包括N根换位股线，在定子绕组的槽部轴向上，首先按照0°/360°/0°换位方式依次换位N/2个换位节距，然后N根换位股线沿槽的方向水平移动设定的空换位段长度的距离，最后再按照0°/360°/0°换位方式依次换位N/2个换位节距，完成对单根换位线棒的换位；

其中，换位节距为铁心长度与空换位段长度之差与换位股线根数的比值。

7.根据权利要求6所述的定子线棒渐变式空换位方法，其特征是，采用0°/360°/0°换位方式在1个换位节距内的具体换位过程为：

A.在定子绕组的槽部，空换位股线位于右列换位股线的位置，左列换位股线中最靠近槽口方向的换位股线向右移动一根换位股线宽度的距离，并且沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，其余的换位股线均沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，使空换位股线位置移动至左列最靠近槽口的位置；

B.左列换位股线向靠近槽口方向移动一根换位股线高度的距离，同时，沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，右列换位股线沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，使空换位股线移动至左列最远离槽口的位置；

C.右列换位股线中最远离槽口方向的换位股线向左移动一根换位股线宽度的距离，同时，沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，其余的换位股线沿槽的方向水平移动0.2倍换位节距的距离，使空股线位置移动至右列最远离槽口的位置；

D.右列换位股线向远离槽口的方向移动一根换位股线高度的距离，同时，沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离，左列换位股线沿槽的方向水平移动0.3倍换位节距的距离。

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