1、技术与市场技术应用2023年第30卷第2期双速三相异步电动机双独立同心式定子绕组嵌线方式李璞伶1，曹增明2(1 湖南联诚轨道装备有限公司，湖南 株洲 412000;2 中车株洲电力机车有限公司产品研发中心，湖南 株洲 412000)摘要:介绍了轨道交通车辆电气设备冷却用风机双速三相异步电动机双独立同心式定子绕组的嵌线优化技术，通过对 36 槽 2 极/4 极双速三相异步电动机的双独立同心式定子绕组形式、在槽内排列位置和方式进行分析研究，获得了一种既能满足设计需要，又能优化嵌线工艺的嵌线方式，极大地提升了冷却风机电机的嵌线可靠性，为轨道交通车辆电气产品的功能稳定提供了良好的解决方案。关键词:双独
2、立;同心式定子绕组;嵌线方式doi:10 3969/j issn 1006 8554 2023 02 0280引言轨道交通车辆电气设备如牵引电机、变流器、变压器等电气设备的冷却主要是靠风机进行强迫风冷冷却。根据风机结构，风机中的电机带动叶轮旋转产生风压，将一定风量的空气输入，通过循环将电气设备多余热量带走，达到温升平衡，使牵引电机、变流器、变压器等设备安全可靠的运行。目前，轨道交通行业用风机核心单元电动机以三相异步电动机应用较为广泛。而双速三相异步电动机因节能在轨道交通行业应用也较为重要。一般的双速三相异步电动机是单绕组通过改变定子绕组的连接方式达到改变定子旋转磁场极对数，进而成倍数的改变旋转
3、磁场的旋转速度来实现调速的目的。还有另一种双速电机，是在定子铁心内嵌入2 套绕组(高速绕组和低速绕组)，2 套绕组相互独立，有各自的接线端子及标识，不同转速可用不同绕组，即为双独立绕组。根据绕组在槽内排列位置及接线方式，当一套绕组工作时，另一套绕组不会因基波磁势切割绕组而产生环流电流。随着环保、节能、安全需求及市场需求增加，双速双独立绕组三相异步电动机(简称双独立绕组电机)应用较为广泛。根据电机容量和性能及设计要求，绕组可分别设计成叠式、链式、同心式等绕组形式。较传统的嵌线方式为:先将高速绕组依次嵌入槽内后，再将低速绕组依次嵌入槽内，通常高速绕组分布在槽底，低速绕组分布在槽口，低速绕组浮于高速
4、绕组上。在对低速绕组嵌线中，端部较厚，不易整形，还存在嵌线周期长，绕组端部排列不美观的问题。通过分析绕组特点及在槽内排列位置、方式和分布规律，优化嵌线方式，使其既满足设计要求，又保证产品质量。现以36 槽2/4 极双独立绕组电机嵌线方式进行研究分析，具体如下。136 槽 2/4 极双速电机双独立绕组嵌线分析1.1绕组形式定子铁心槽数 N=36，高速时，电机极数 2P=2，每极每相槽数 q=6，整距绕组;低速时，电机极数2P=4，每极每相槽数 q=3，整距绕组。为了控制绕组端部尺寸，采用同心式绕组形式。同心式绕组特点:每组线圈有 S 圈，有大圈、中圈、小圈区别，大线圈套在小线圈外面，每组线圈的轴
5、线重合。绕组参数信息如下:2 极，线圈组数 u=6，每组圈数 S=3，总线圈数 Q=18，节距(槽数)Y=1 18，2 17，3 16;4 极，线圈组数 u=6，每组圈数 S=3，总线圈数 Q=18，节距(槽数)Y=1 12，2 11，3 10。2 极绕组总线圈数 18，为槽数 36 的一半，为单层绕组;同理 4 极绕组也为单层绕组。2 极绕组线圈与4 极绕组线圈的匝数、线径、平均半匝长各不同，具体根据电机性能要求设计，这里不影响对嵌线方式的讨论分析，不做介绍。1.2接线原理图绕组在铁心槽内排列位置及星型接线方式，2U，2V，2W 为高速端，1U，1V，1W 为低速端，并联路数均为 1，具体如
6、图 1 所示。501技术应用TECHNOLOGY AND MAKETVol30，No2，2023图 1绕组接线原理图1.3传统的分层嵌线方式绕组嵌线方法有交叠法和整嵌法 2 种工艺，交叠法嵌线工艺因端部比较规整使用较广泛，采用单层绕组交叠法嵌线工艺，根据传统的分层嵌线方式，先将2 极绕组依次嵌入:第 1 组线圈小、中、大圈沉边依次嵌入 19、20、21 槽内，浮边吊起;空 3 槽，再将第 2 组线圈沉边依次嵌入 25、26、27 槽内，浮边吊起;空 3槽，从第 3 组线圈开始，沉边嵌入 31，32，33 槽内，根据节距，浮边依次嵌入 16、17、18 槽内，按第 3 组线圈嵌线方法，依次将第
7、6 把线嵌入槽内，最后再将第 1把线和第 2 把线的浮边嵌入槽内。4 极绕组嵌线时方法同 2 极线圈嵌线方法，只是仅将 4 极绕组第 1 组线浮边吊起。嵌线完成后 2 极绕组在槽底，4 极绕组在槽口分层嵌线方式。整体嵌线周期长，低速绕组嵌线时，端部较厚，不易嵌线，不易整形。1.4优化后的嵌线方式根据图 1，结合后退式嵌线方法，分析 1 3，7 9，13 15，19 21，25 27，31 33 号槽为2 极绕组沉边位置槽;4 6，10 12，16 18，22 24，28 30，34 36 号槽为 4 极绕组沉边位置槽;4 6，10 12，16 18，22 24，28 30，34 36 号槽为
8、2 极绕组浮边位置槽;1 3，7 9，13 15，19 21，25 27，31 33 号槽为 4 极绕组浮边位置槽。1 个槽内有不同的上下 2 条线圈边，有双层绕组特点，双层绕组交叠法嵌线时，不空槽，先将下层边嵌入槽内，另一边吊起先不嵌入，顺次嵌至线圈跨距后，其余线圈可逐步嵌入相应的上下层，下层边嵌满后，再把吊边嵌入相应槽的上层。这里可将以上分析的 2 极、4 极的沉边作为下层边先嵌，根据节距再将浮边嵌入，最后再将吊边嵌入上层。鉴于以上分析，将 2/4 极绕组按双层绕组排列，嵌线顺序排列如表 1 所示。表 1嵌线顺序槽号嵌线顺序上层(下层边)下层(线圈种类)槽号嵌线顺序上层(下层边)下层(线圈
9、种类)1 316(10 12)9(2 极线圈)19 215(28 30)1(2 极线圈)4 621(19 21)11(4 极线圈)22 2410(1 3)2(4 极线圈)7 920(16 18)13(2 极线圈)25 278(34 36)3(2 极线圈)10 1222(25 27)15(4 极线圈)28 3014(7 9)4(4 极线圈)13 1523(22 24)17(2 极线圈)31 3312(4 6)6(2 极线圈)16 1824(31 33)19(4 极线圈)34 3618(13 15)7(4 极线圈)601技术与市场技术应用2023年第30卷第2期具体嵌线方法按以下进行。1)2 极第
10、 1 组线圈的下层边依次嵌入 19、20、21号槽底，上层边吊起;4 极第 1 组线圈下层边依次嵌入 22、23、24 号槽底，上层边吊起。2)2 极第 2 组线圈的下层边依次嵌入 25、26、27号槽底，上层边吊起;4 极第 2 组线圈下层边依次嵌入 28、29、30 号槽底，上层边依次嵌入 19、20、21 号槽口。3)2 极第 3 组线圈的下层边依次嵌入 31、32、33号槽底，上层边吊起;4 极第 3 组线圈下层边依次嵌入 34、35、36 槽底，上层边依次嵌入 25、26、27 号槽口。4)2 极第 4 组线圈的下层边依次嵌入 1、2、3 号槽底，上层边依次嵌入 22、23、24 号
11、槽口;4 极第 4 组线圈的下层边依次嵌入 4、5、6 号槽底，上层边依次嵌入 31、32、33 号槽口。5)2 极第 5 组线圈的下层边依次嵌入 7、8、9 号槽底，上层边依次嵌入 28、29、30 号槽口;4 极第 5 组线圈的下层边依次嵌入 10、11、12 号槽底，上层边依次嵌入 1、2、3 号槽口。6)2 极第 6 组线圈的下层边依次嵌入 13、14、15号槽底，上层边依次嵌入 34、35、36 号槽口;4 极第 6组线圈的下层边依次嵌入 16、17、18 号槽底，上层边依次嵌入 7、8、9 号槽口。7)吊把的 2 极第 1 组线圈上层边嵌入 4、5、6 号槽口;2 极第 2 组线圈
12、上层边依次嵌入 10、11、12 号槽;4 极第 1 组线圈上层边依次嵌入 13、14、15 号槽口;2 极第 3 组线圈的上层边依次嵌入 16、17、18 号槽口。嵌线中，2 极线圈和 4 极线圈槽内和端部相间分别安装 0 25 的 C 符合箔 NHN 进行层间及相间绝缘。对于双独立绕组电机，当其中一套绕组接电工作后，会有三相对称电流通过，产生的旋转磁场会切割另一套绕组，会在另一套绕组中感应电势，所以分别将 2 极线圈和 4 极线圈分别按 1 路星型接法要求接线，一套绕组工作时，另一套绕组没有闭合回路，不会产生环流。1.5优化嵌线方式的试验检测2 极绕组和 4 极绕组对铁心、相间、匝间分别进
13、行对地耐压试验、相间耐压试验、匝间耐压试验，2 极绕组和 4 极绕组对铁心和相间均能承受工频 2 800 V1 min 的耐压试验，绝缘良好无击穿，匝间承受4 200 V的脉冲电压 3 s，波形基本重合。端部尺寸检测均符合设计要求。电机组装后进行例行试验，各项参数指标均满足该电机例行试验要求。2结语对比传统的双速双独立绕组电机分层嵌线方式，需要二次嵌线，一次先将高速绕组线圈依次嵌入槽内，二次将低速绕组线圈依次嵌入槽内，低速绕组浮于低速绕组上，之间用 0 25 的 C 复合箔进行绝缘。绕组端部较厚，排列不整齐，嵌线周期长。本文分析的嵌线方式，按双层绕组交叠法方式，一次嵌线同时将高、低速线圈依次嵌
14、入槽内，高速绕组和低速绕组端部呈交叠状，排列整齐，嵌线效率高。对于双速双绕组电机，低速极数是高速极数的 2倍，高速每极每相槽数 q 是低速每级每相槽数的 2倍，高低速绕组均为单层同心式绕组，端部要求高，均可采用此嵌线方式。嵌线中注意在高低速绕组间安装好相间绝缘。在双速双绕组电机嵌线后接线并线中，需要采用合理的接线方法消除环流电流。参考文献:1 潘品英新编电动机绕组布线接线彩色图集:第2 版 M 北京:机械工业出版社，2000 2 孙雅欣，姚俊琪 图解电动机绕组嵌线技巧M 北京:电子工业出版社，2011作者简介:李璞伶(1981)，女，陕西汉中人，本科，工程师，研究方向:电机嵌线现场工艺。701