CN109038906A - 一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，绕组的极对数为奇数，每极每相槽数为被整数2整除的正整数；将不相邻的两个极相组等分，共计构成四个半极相组；每条支路绕组为相邻的个极的m个极相组和一个半极相组按照电势相加的原则依次串联构成；另外，需要根据支路电势不对称度调整半极相组内的线圈配置情况，以获得支路电势不对称度小于1％的最佳连接方案。本发明打破了传统对称绕组的限制条件，为奇数对极的电机提供了不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，有效地解决了容量、电压和转速不匹配的矛盾，提高了电机的性能，使电机的结构合理、制造安装的工艺性优良、维护简单、运行可靠。

Description

一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法

技术领域

本发明涉及交流绕组设计领域，具体涉及一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法。

背景技术

定子绕组是实现机电能量转换的重要部件，直接影响电机的各项性能。统计投运的水轮发电机发现，极对数为奇数的水轮发电机比较少，且容量也较小，定子绕组的支路数要为一支路和二支路，主要受定子绕组可选支路数的限制。根据电机绕组理论，极对数为奇数的水轮发电机定子绕组的并联支路数要么太少要么太多，不存在四支路绕组，甚至不存在三支路绕组，这也是这类水轮发电机较少的一个重要原因。而随着容量增大更突显出容量、电压和转速不匹配的矛盾，给电机设计带来困难，使电机性能和结构不合理、电站系统的技术经济指标不佳。以往解决的方法是，要么放弃此转速下水轮机优越的性能采用其他转速的水轮机，要么接受电机不尽合理的性能，其代价昂贵。

发明内容

本发明提供一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，虽然四支路不是极对数为奇数的常规绕组支路数，但通过特殊的接线方式仍可获得支路电势不对称度小于1％的不对称支路对称绕组方案，且接线简单方便，有效地解决容量、电压和转速不匹配的矛盾，提高电机乃至整个电站系统的技术经济性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提供一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，其绕组是由极相组和半极相组按照电势相加的原则依次串联构成的双层绕组，极相组和半极相组由线圈按照电势相加的原则依次串联构成；线圈由上层线棒和下层线棒通过端部连接构成，线圈的连接调整均在出线侧端部进行；根据谐波的削弱情况选取线圈节距，且为等节距线圈；绕组极对数p为奇数，即p＝2m+1，每极每相槽数为2n，其中m为零和任意正整数，n为任意正整数；每相绕组由四条并联支路构成，各支路绕组不对称分布、支路绕组的电势和磁势不等、支路绕组不对称；但相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差相等，因此相绕组对称；将不相邻的两个极相组等分，构成四个半极相组；所述每条支路绕组为相邻个极的m个极相组和一个半极相组按电势相加的原则依次串联构成；为了编号方便起见，引入任意正整数M，且M大于等于2n和2m+1中的大者，所述每相四条并联支路绕组的结构为：

第一支路绕组为：

第一极至第m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为M+1号极相组、M+2号极相组、直至M+m号极相组；将第m+1极的2n个线圈等分成两组，将一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+1号半极相组；将M+1号极相组到M+m号极相组和2M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第一支路绕组；

第二支路绕组为：

第m+1极的剩余一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+2号半极相组；第m+2极至第2m+1极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为3M+1号极相组、3M+2号极相组、直至3M+m号极相组；将2M+2号半极相组和3M+1号极相组到3M+m号极相组按照电势相加的原则依次连串联成第二支路绕组；

第三支路绕组为：

第(2m+1)+1极至第(2m+1)+m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为5M+1号极相组、5M+2号极相组、直至5M+m号极相组；将第(2m+1)+m+1极的2n个线圈等分成两组，将一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成6M+1号半极相组；将5M+1号极相组到5M+m号极相组和6M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组；

第四支路绕组为：

第(2m+1)+m+1极的剩余一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成第6M+2号半极相组；第(2m+1)+m+2极至第2×(2m+1)极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为7M+1号极相组、7M+2号极相、直至7M+m号极相组；将6M+2号半极相组和7M+1号极相组到7M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第四支路绕组；

本发明提供的一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，每极每相槽数为2n；将第m+1极和第(2m+1)+m+1极的两个极相组分别等分成，共计构成四个半极相组；将一个半极相组与其相邻的m个极相组按照电势相加的原则依次串联构成一条支路，共计构成四条支路；更重要的是需要根据支路电势不对称度来调整半极相组内的线圈配置情况，获得支路电势不对称度小于1％的最佳绕组连接方案；

技术效果

与常规绕组相比，本发明打破了常规对称绕组的限制条件，采用特殊的调整技术对绕组进行连接，为极对数为奇数的电机提供了不对称四支路整数槽叠绕组连接方法；根据本发明的绕组连接方法，能获得不对称度小于1％的不对称四支路整数槽双层叠绕组方案，且构成绕组的线圈为等节距短距线圈；由于采用了短距线圈，不仅可以很好地削弱高次谐波，而且可以降低损耗和提高电能质量；虽然四支路不是常规绕组的可选支路数，但没有使绕组的制造和安装工艺复杂；相反，可以使线棒的截面尺寸合理，便于制造和安装；增大了定子齿距，有利于线棒的安装和绑扎，预防电晕、提高电机的安全可靠性；缩短了定子铁心长度，可以降低厂房高度，减少电站的建设成本；更重要的是能提高电机的超瞬变电抗等性能指标，使电机性能更加合理，并提高电站系统的技术经济指标；综上所述，由于采用了四支路绕组，有效地解决了大容量抽水蓄能电机容量、电压和转速不匹配的矛盾，在保证水轮机性能的前提下，提高了电机的性能，使电机的结构合理、制造安装工艺性优良、维护简单、运行可靠，同时提高了整个电站系统的技术经济指标。

附图说明

图1为本发明A相带和X相带线圈位置分布示意图。

图2为本发明A相各支路绕组连接示意图。

具体实施方式

本发明具体实施方式描述如下，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚。

本发明提供一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，其绕组是由极相组和半极相组按照电势相加的原则依次串联构成的双层绕组，极相组和半极相组由线圈按照电势相加的原则依次串联构成；线圈由上层线棒和下层线棒通过端部连接构成，线圈的连接调整均在出线侧端部进行；根据谐波的削弱情况选取线圈节距，且为等节距线圈；绕组极对数p为奇数，即p＝2m+1，每极每相槽数为2n，其中m为零和任意正整数，n为任意正整数；每相绕组由四条并联支路构成，各支路绕组不对称分布、支路绕组的电势和磁势不等、支路绕组不对称；但相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差相等，因此相绕组对称；将不相邻的两个极相组等分，构成四个半极相组；所述每条支路绕组为相邻个极的m个极相组和一个半极相组按电势相加的原则依次串联构成；为了编号方便起见，引入任意正整数M，且M大于等于2n和2m+1中的大者，所述每相四条并联支路绕组的结构为：

第一支路绕组为：

第一极至第m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为M+1号极相组、M+2号极相组、直至M+m号极相组；将第m+1极的2n个线圈等分成两组，将一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+1号半极相组；将M+1号极相组到M+m号极相组和2M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第一支路绕组；

第二支路绕组为：

第m+1极的剩余一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+2号半极相组；第m+2极至第2m+1极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为3M+1号极相组、3M+2号极相组、直至3M+m号极相组；将2M+2号半极相组和3M+1号极相组到3M+m号极相组按照电势相加的原则依次连串联成第二支路绕组；

第三支路绕组为：

第(2m+1)+1极至第(2m+1)+m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为5M+1号极相组、5M+2号极相组、直至5M+m号极相组；将第(2m+1)+m+1极的2n个线圈等分成两组，将一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成6M+1号半极相组；将5M+1号极相组到5M+m号极相组和6M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组；

第四支路绕组为：

第(2m+1)+m+1极的剩余一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成第6M+2号半极相组；第(2m+1)+m+2极至第2×(2m+1)极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为7M+1号极相组、7M+2号极相、直至7M+m号极相组；将6M+2号半极相组和7M+1号极相组到7M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第四支路绕组；

本发明提供的一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，其特征是：每极每相槽数为2n；将第m+1极和第(2m+1)+m+1极的两个极相组分别等分成，共计构成四个半极相组；将一个半极相组与其相邻的m个极相组按照电势相加的原则依次串联构成一条支路，共计构成四条支路；重要的是需要根据支路电势不对称度来调整半极相组内的线圈配置情况，获得支路电势不对称度小于1％的最佳绕组连接方案；

为了清楚起见，针对本发明提供的不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，以实例对具体实施方式进行说明：

本发明提供一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法：其特征是：由极相组和半极相组按照电势相加的原则依次串联构成的双层绕组，极相组和半极相组由线圈按照电势相加的原则依次串联构成；线圈由上层线棒和下层线棒通过端部连接构成，线圈的连接调整均在出线侧端部进行；根据谐波的削弱情况选取线圈节距为0.8333，且为等节距线圈；每相绕组由四条并联支路构成，各支路绕组不对称分布、支路绕组的电势和磁势不等、支路绕组不对称；但相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差相等，因此相绕组对称；绕组的极对数7为奇数，即p＝2m+1＝7、m＝3，每极每相槽数为∈其中；将不相邻的两个极相组等分成，构成四个半极相组；所述每条支路绕组为相邻个极的三个极相组和一个半极相组按电势相加的原则依次串联构成；图1为本发明A相带和X相带线圈位置分布示意图；其中，第一行为列编号，最大列编号为每极每相槽数6，A相带和X相带的第一列为极数编号，统一用罗马数字编排序号，表格中的数字为线圈号；为了编号方便起见，引入任意正整数M并假定为10，所述每相四条并联支路绕组的结构为：

第一支路绕组(即A1支路绕组)为：

A相带I号极1-6号线圈按电势相加的原则依次串联构成11号极相组，X相带Ⅱ号极19-24号线圈按电势相加的原则依次串联构成12号极相组，A相带Ⅲ号极37-42号线圈按电势相加的原则依次串联构成13号极相组，X相带Ⅳ号极55、58和59号线圈按电势相加的原则依次串联构成21号半极相组；将11号极相组、12号极相组、13号极相组和21号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成A1支路绕组，如图1所示；即将1号线圈、2号线圈、3号线圈、4号线圈、5号线圈、6号线圈、24号线圈、23号线圈、22号线圈、21号线圈、20号线圈、19号线圈、37号线圈、38号线圈、39号线圈、40号线圈、41号线圈、42号线圈、59号线圈、58号线圈和55号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A1支路绕组，如图2所示；

第二支路绕组(即A2支路绕组)为：

X相带Ⅳ号极56、57和60号线圈按电势相加的原则依次串联构成22号半极相组，A相带V号极73-78号线圈按电势相加的原则依次串联构成31号极相组，X相带Ⅵ号极91-96号线圈按电势相加的原则依次串联构成32号极相组，A相带Ⅶ号极109-114号线圈按电势相加的原则依次串联构成33号极相组；将22号半极相组、31号极相组、32号极相组和33号极相组按照电势相加的原则依次串联构成A2支路绕组，如图1所示；即将56号线圈、57号线圈、60号线圈、78号线圈、77号线圈、76号线圈、75号线圈、74号线圈、73号线圈、91号线圈、92号线圈、93号线圈、94号线圈、95号线圈、96号线圈、114号线圈、113号线圈、112号线圈、111号线圈、110号线圈和109号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A2支路绕组，如图2所示；

第三支路绕组(即A3支路绕组)为：

X相带Ⅷ号极127-132号线圈按电势相加的原则依次串联构成51号极相组，A相带Ⅸ号极145-150号线圈按电势相加的原则依次串联构成52号极相组，X相带X号极163-168号线圈按电势相加的原则依次串联构成53号极相组，A相带XI号极181、184和185号线圈按电势相加的原则依次串联构成61号半极相组；将51号极相组、52号极相组、53号极相组和61号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成A3支路绕组，如图1所示；即将127号线圈、128号线圈、129号线圈、130号线圈、131号线圈、132号线圈、150号线圈、149号线圈、148号线圈、147号线圈、146号线圈、145号线圈、163号线圈、164号线圈、165号线圈、166号线圈、167号线圈、168号线圈、185号线圈、184号线圈和181号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A3支路绕组，如图2所示；

第四支路绕组(即A4支路绕组)为：

A相带XI号极182、183和186号线圈按电势相加的原则依次串联构成62号半极相组，X相带XⅡ号极199-204号线圈按电势相加的原则依次串联构成71号极相组，A相带XⅢ号极217-222号线圈按电势相加的原则依次串联构成72号极相组，X相带XⅣ号极235-240号线圈按电势相加的原则依次串联构成73号极相组；将62号半极相组、71号极相组、72号极相组和73号极相组按照电势相加的原则依次串联构成A4支路绕组，如图1所示；即将182号线圈、183号线圈、186号线圈、204号线圈、203号线圈、202号线圈、201号线圈200号线圈、199号线圈、217号线圈、218号线圈、219号线圈、220号线圈、221号线圈、222号线圈、240号线圈、239号线圈、238号线圈、237号线、236号线圈和235号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A4支路绕组，如图2所示；

本发明实施例的特点是各支路绕组是三点五个极的线圈所构成的四个极相组和一个半极相组按照电势相加的原则依次串联构成；各支路绕组不对称分布；根据支路电势不对称度来调整半极相组内的线圈配置情况，获得了不对称度为0.7634％的最佳绕组连接方案。

Claims (2)

1.一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法：其特征是：由极相组和半极相组按照电势相加的原则依次串联构成的双层绕组，极相组和半极相组由线圈按照电势相加的原则依次串联构成；线圈由上层线棒和下层线棒通过端部连接构成，线圈的连接调整均在出线侧端部进行；根据谐波的削弱情况选取线圈节距，且为等节距线圈；绕组极对数p为奇数，即p＝2m+1，每极每相槽数为2n，其中m为零和任意正整数，n为任意正整数；每相绕组由四条并联支路构成，各支路绕组不对称分布、支路绕组的电势和磁势不等、支路绕组不对称；但相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差相等，因此相绕组对称；将不相邻的两个极相组等分，构成四个半极相组；所述每条支路绕组为相邻个极的m个极相组和一个半极相组按电势相加的原则依次串联构成；为了编号方便起见，引入任意正整数M，且M大于等于2n和2m+1中的大者，所述每相四条并联支路绕组的结构为：

第一支路绕组为：

第一极至第m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为M+1号极相组、M+2号极相组、直至M+m号极相组；将第m+1极的2n个线圈等分成两组，将一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+1号半极相组；将M+1号极相组到M+m号极相组和2M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第一支路绕组；

第二支路绕组为：

第m+1极的剩余一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+2号半极相组；第m+2极至第2m+1极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为3M+1号极相组、3M+2号极相组、直至3M+m号极相组；将2M+2号半极相组和3M+1号极相组到3M+m号极相组按照电势相加的原则依次连串联成第二支路绕组；

第三支路绕组为：

第(2m+1)+1极至第(2m+1)+m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为5M+1号极相组、5M+2号极相组、直至5M+m号极相组；将第(2m+1)+m+1极的2n个线圈等分成两组，将一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成6M+1号半极相组；将5M+1号极相组到5M+m号极相组和6M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组；

第四支路绕组为：

第(2m+1)+m+1极的剩余一组n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成第6M+2号半极相组；第(2m+1)+m+2极至第2×(2m+1)极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为7M+1号极相组、7M+2号极相、直至7M+m号极相组；将6M+2号半极相组和7M+1号极相组到7M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第四支路绕组。

2.根据权利要求1所述的一种不对称四支路整数槽叠绕组连接方法，其特征是：每极每相槽数为2n；将第m+1极和第(2m+1)+m+1极的两个极相组分别等分成，共计构成四个半极相组；将一个半极相组与其相邻的m个极相组按照电势相加的原则依次串联构成一条支路，共计构成四条支路；重要的是需要根据支路电势不对称度来调整半极相组内的线圈配置情况，获得支路电势不对称度小于1％的最佳绕组连接方案。