研究与
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
ξ EM CA 2007, 34 (7 )
小型异步电动机单双层绕组线圈设计
马德鑫
(上海东方泵业 (集团 )有限公司 ,上海 201907 )
摘 要 : 介绍了单双层绕组的特点、应用情况及电磁计算的方法。对单双层绕组的生产制造工艺提出了
建议。给出了单双层绕组为绕圈及绕线模模心设计各项尺寸的计算方法 ,达到了节组的目的对单双层绕组的
普及和推广起到了一定的作用。
关键词 : 异步电机 ; 单双层绕组 ; 线圈
中图分类号 : TM303. 1∶TM343 文献标识码 : A 文章编号 : 167326540 (2007) 0720012203
D esign of S ingle and Two Layer W ind ing of
Sma ll S ized A synchronousM otor
MA D e2x in
( Shanghai East Pump ( Group) Co. , L td. , Shanghai 201907, China)
Abstract: The features, app lications and electromagnetic computing method of single and two layer winding were
introduced. The p roposals for its technique of p roduction, the computing method of various core of winding former were
p resented. The good effects for copper saving p lay a role to popularize and p romote the single and two layer winding.
Key words: a synchronous m otor; single and two layer w ind ing; co ils
0 引 言
单双层绕组是一种既有单层又有双层的绕组
形式 ;其实质上是双层绕组的变形 ,只是将双层绕
组上、下层同相线圈边变为单层 ,上、下层不同相
的仍保持双层边 ,并根据槽内电流方向的需要 ,将
端部重新连接成一种单双层同心式线圈绕组。合
理使用单双层绕组可有效提高电动机效率、降低
杂耗、提高起动性能、降低温升 ,并可节铜、节能。
但此种绕组形式未能在全国大量推广 ,仅被少数
几个电机厂采用。其主要原因是一些电机设计及
工艺人员认为单双层绕组下线及端部整形的工艺
性差 ,既费时又不易保证质量。其实 ,只要线圈设
计合理 ,大多数 2、4极规格的单双层绕组电机的
下线和端部整形的工艺性 ,与原有单层绕组和双
层绕组基本相似 ,工效也不相上下。只是单双层
绕组下线等工艺操作需要有一个熟悉、习惯并达
到熟练的过程。要取得良好的工艺性 ,线圈设计
是较为重要的环节。本文主要叙述单双层绕组同
心式线圈的设计方法。
1 单双层绕组的电磁计算
单双层绕组是双层绕组的变形 ,本质上是一
种短距的双层绕组 ,因此进行电磁设计计算时 ,可
看作等效的有效跨距相当的双层绕组 ,可用双层
绕组的公式进行电磁计算。
1. 1 绕组系数与相应的短距双迭绕组相同
如 : 36槽 2极 , 22422型的单双层绕组 ,其等
效的短距双迭绕组为 q = 6,线圈跨距为 1~17 (短
距 2个槽 )。此种双层迭绕组的 Kd = 0. 956, Kp =
0. 985, Kdp = Kd ·Kp = 0. 942。
1. 2 定子端部漏抗等参数的计算
单双层绕组的线圈是同心式 ,与单层同心式
线圈相类似 ,因此定子端部漏抗等可借用单层同
心式线圈的端部漏抗的计算公式进行计算。
2 改善单双层绕组工艺性的主要设
计及工艺措施
(1) 为了使下线不至于困难 ,槽满率不宜取
得过高 ,一般取 76%左右为宜。
(2) 线圈数尽可能少些 (即单层圈尽可能多
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些 ,双层圈尽可能少些 )。如 Y22180、20022极 ,定
子槽数为 36, q = 6,单双层绕组形式可采用 22422
或 42224型 ;但采用 22422型较好 ,线圈数少 ,操作
方便 ,绕组系数也较高。
(3) 线圈尺寸要设计合适 ,端部不宜过短 ;各
个同心圈要合套 ;线圈出铁心槽口须留有足够的
直线边部分 ,这样可使不同相线圈端伸交叉处离
铁心有足够的距离 ,而使端部相间块容易垫入 ,减
少相间耐压击穿的发生 ,端部扩口也不至于困难。
只要下线时注意端部成形 ,下完线后端部稍加整
形就可完成端部成形。
(4) 端部槽口不同相线圈交叉处易发生相间
耐压击穿 ,主要原因是相间绝缘块垫不好。为了
避免这种相间击穿 ,可采取下边槽口盖条加长
(双层槽层间条也适当加长 )的方法。这样 ,这些
盖条正好压在不同相线圈的交叉点处 ,同时端部
相间绝缘块能搁在这些盖条上 ,相间绝缘块也就
易于垫入了 ,可有效地减少端部相间击穿现象。
3 单双层绕组的线圈及其绕线模的
模心设计
单双层绕组存在的下线困难、端部整形困难、
端部相间耐压击穿等问题 ,有时往往是由于线圈设
计不合适所致。故设计合适的单双层绕组线圈颇
为重要。单双层绕组采用的是同心式线圈 ,要求各
种线圈间互相套合得合适 ,端部长度也要合适 ,既
节省铜线 ,又要有工艺上的可行性 ,易于保证产品
质量。现以 Y2 2200L1 22 30 kW /2P电机为例 ,将单
双层绕组的线圈尺寸设计计算方法介绍如下。
Y2 2200L1 22铁心长 150 mm, (较统一设计短
10 mm) ,定子槽数为 36,采用 22422型单双层绕
组。定子冲片及槽形主要尺寸如图 1所示。
图 1 定子冲片及槽形尺寸
(1)求取各线圈边的跨距。
τy =
π[D i1 + 2 ( hs0 + hs1 ) + hs2 + R ]
P
β = 336β
β为各线图跨距的短距比。Y2 2200L1 22的β
分别为 17 /18、15 /18、13 /18、11 /18。代入上式得 :
τy1 = 317,τy2 = 280,τy3 = 243,τy4 = 205。
(2)求线圈直线边和端部斜边间的夹角α。
sinα = bs1 + 2R
bs1 + 2R + 2bτ1
= 0. 589
得α= arc sin 0. 589 = 36. 1°(一般 2极减去
2°,α用 34°)。
(3)作图 (见图 2)。
图 2 单双层绕组绕圈设计辅助图
①以 12τy1 = 158. 5为直角边及α角 ( 34°)作
直角三角形 AB 1 C。
②在 CA延长线上 ,找 O 点为圆心 ,作圆弧
B 1 D1 ,使B 1 D1弧长近似等于 B 1 C长 ,找得 O点。
③从图中量得 OB 1 = R1 = 194 mm
R2 = R1 - 2R ×K1 = 179 mm
R3 = R2 - 2R ×K2 = 165 mm
R4 = R3 - 2R ×K2 = 155 mm
式中 , K1、K2 为系数 ,单层圈取 K1 = 1. 25,双
层圈取 K2 = 1. 15。
④以 O 点为圆心 ,以 R1、R2、R3、R4 为半径 ,
分别作圆弧D2 B 2、D3 B 3、D4 B 4 ,各圆弧与相应的线
圈直线边的交点分别为 B 2、B 3、B 4。
(4)线圈端部圆弧部分尺寸计算。
①用量角器量得各圆弧所应对中心角分别为 :
θ1 = 55°,θ2 = 51. 5°,θ3 = 48°,θ4 = 42°。
②线圈端部弧长 =πR θ90°,分别求得各端部
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弧长 :
2 D1 B 1 = R1π 55°90°= 372. 5 mm
2 D2 B 2 = R2π 51. 5°90° = 321. 8 mm
2 D3 B 3 = R3π 48°90°= 276. 5 mm
2 D4 B 4 = R4π 42°90°= 227. 2 mm
则平均端部弧长 = 315 mm
平均半匝长
Lz =L + 2d1 +平均端部弧长 = 505 mm
(5)用以上求得的数据作线圈图 (见图 3)。
图 3 各线圈的平均尺寸 (单位 : mm)
图 3所示尺寸为各线圈的平均尺寸。设计绕
线模模心尺寸时应四周减去半个线圈厚度尺寸。
如 : Y22200L1 22 30 kW /2P电机的定子线圈绕
线线模尺寸 ,为下线工艺的需要 ,在模心周长不变
的情况下 ,模心形状作适当变动 ,最后模心尺寸如
图 4所示。
图 4 线圈的模心尺寸 (单位 : mm)
Y2 2200L1 22 30 kW /2P铁心长 150 mm,线规
3φ1. 06 + 1φ1. 0,线圈匝数为 30、30、15、15,用铜
17. 52 kg/台 (统一设计 18. 48 kg/台 ) ,槽满率为
73. 6% /74. 1% (单层 /双层 )。
4 单双层绕组同心式线圈设计有关
问题讨论
同心式线圈设计时 ,应考虑定子槽形大小对
线圈端部尺寸的影响。原设计程序中 ,双层线圈
设计计算公式考虑了定子槽形对端部尺寸的影
响 ;而单层线圈设计计算公式中没有考虑定子槽
形对端部尺寸的影响 ,仅以 Ks 为经验值。2极取
Ks 为 1. 16, 4、6极取 1. 2, 8极取 1. 25 ,这显然是
不合理的。因此在单双层绕组线圈设计计算时 ,
吸取了双层线的设计特点 ,考虑到了定子槽形对
线圈端部长度的影响。在实践中也曾发现 :单层
绕组在较大槽形时按原公式计算所得线圈尺寸 ,
往往会发生下线困难 ,应适当放大线圈端部长度。
在双层线圈设计计算时 ,所求得线圈直线边
和端部斜边间的夹角α,对 4极电机基本合适 ;对
2级电机则偏大 ,应减去 2°;对 6、8极偏小 ,应加
上 2°。
5 结 语
单双层绕组使用于小型电动机中 ,会取得明
显的节铜效果 ,提高电机性能及降低能耗。但大
多数电机制造厂没有推广使用单双层绕组 ,究其
原因主要是对单双层绕组的优越性认识不足 ,对
单双层绕组线圈的设计计算没有掌握要领 ,而使
设计出的线圈尺寸不合适、不合套 ,以致在
施工
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中
发生下线困难、端部扩口、整形困难、端部线圈相
间交叉点发生相间耐压击穿等现象 ,使单双层绕
组的推广使用遇到阻力。然而 ,只要线圈尺寸设
计合适 ,这些问题都可迎刃而解。
本文希望通过对单双绕组线圈设计的介绍 ,使
大家能掌握单双层绕组线圈的设计特点 ,在小型异
步电机中推广使用单双层绕组 ,从而提高国内小型
电动机的设计和制造水平 ,节约铜材 ,降低能耗。
【参 考 文 献 】
[ 1 ] 马德鑫 .单双层绕组在小型三相异步电动机设计中
的应用及其效果 [ J ]. 电机技术 , 2005 (4) : 8211.
[ 2 ] 马德鑫 .单双层绕组应用于小型电机设计中的节铜
效果 [ J ]. 电机与控制应用 , 2006, 33 (8) : 61263.
收稿日期 : 2007202227
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