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同心复绕及复绕式绕组改交叉绕组的可行性探讨研究

姚彦鸣

检修工程部电器修造作业区

摘 要：本文通过计算、校核铁芯及绕组数据，介绍了改变绕组形式的可行性。经实施后，达到了绕组的性能优化，缩短了电机修理周期，减少了修理成本。

关 键 词：绕组；电机修理；工艺

1 概述

电机绕组在设计过程中主要考虑槽电势与磁场波形，对于修理单位，则要根据电机现场使用情况来确保电机的工作效率和服务周期。

近年来随设备主体安装了很多设计不太规范，绕组形式混乱的电机，影响电机的使用寿命和工作效率。为此在电机修理过程中，我们根据已经成型的铁心数据重新设计计算绕组形式，提高电机效率，简化修理工艺，提高下线速度，保证电机的修理和使用周期。

2 绕组修理存在的问题

随着酒钢新建项目逐渐达产达标，跟随设备主体安装的电机也开始出现烧损现象，逐渐下线检修。新项目所上的电机形式多样，与传统型号已成型设计的铁芯、绕组形式都不相同，在电机修理过程中发现有很多电机铁芯长度及铁芯内外径根本达不到名牌标注的功率数，绕组形式也比较混乱，经常出现同心复绕或每极相绕组分两半嵌线的绕组形式，造成查接线困难、嵌线复杂的现象。基于这种情况，对这些送修的电机重新计算绕组形式，增加电机功率和电气性能以达到现场使用要求就尤显重要了。

3 同心复绕及复绕式绕组与单层交叉链式绕组的优缺点对比

3.1 同心复绕及复绕式绕组缺点

1）线圈数与总槽数相等，每槽上下层分嵌二个线圈的有效边，嵌线较费时；

2）槽内上下层线圈间须加层间绝缘，槽的利用率降低；

3）有可能产生相间短路故障；

4）与单层绕组相较用铜量增加。

3.2 同心复绕及复绕式绕组优点

1）可选择最有利的节距，改善磁场波形，提高电气性能；

2）绕组线圈端部整齐美观。

3.3 单层交叉链式绕组优点

1）单层绕组的每个槽中只嵌一个线圈的有效边，绕组的线圈数等于总槽数的一半，线圈数量少，绕制和嵌线较方便省时，减少用铜量；

2）槽内因只有一有效边，无需层间绝缘，减少了槽内发生相间短路的可能性；

3）槽的利用率较高，可以通过增加匝数或线径提高电机功率。

3.4单层交叉链式绕组缺点绕组线圈的两端处理不易整齐。

由此可见，同心复绕及复绕式绕组的用铜量比交叉绕组大，端部较厚，铜耗加大；绕线及下线工艺均比单双链式绕组复杂。

下面通过铁芯及绕组计算，确定是否能够改变绕组形式，简便下线工艺。

4 绕组的重新设计与计算

以储运给二炼钢送料的

11kW电机为例进行绕组的重新设计与计算。实施重点主要是根据铁心数据重新设计电机绕组，核算绕组数据符合电机的电气性能，绕组数据设计如下：

4.1 详细作好电机原始数据的记录

以原有数据作为依据，重新计算绕组数据，以达到优化的目的。

1）原电机技术数据

型号：HM2-160M-4；容量：11kW；铁心数据：铁芯长L=155mm、内径D=170mm、外径D1=260mm，槽数：36。

2）绕组数据

绕组形式：同心复卷；匝数：14；节距：1-6-8-10；线径：2×Φ1.02+Φ1.06；组数：2.3；线圈数：12接线方式：1Y/△。

3）拟改绕组数据

绕组形式：交叉；节距：1-8-9；组数：1.2。

4.2 电气数据核算

计算绕组匝数、绕组系数，确定绕组分布，达到消弱高次谐波，提高电动机性能，节省用铜量的目的。

4.2.1 每槽导线数计算

铁心各部分通过的磁通密度要适当，不能过高即不能过饱和，计算后选择适当的匝数。

1）绕组系数计算

每极相槽数q=Z/（2pm）=36/（4×3）=3（槽）；

极距τ=Z/（2p）=36/4=9（槽），绕组形式采用单层交叉绕组，短距系数Ky=1，绕组系数为Kw=Kp=0.5/（qsin15°)=0.96

2）每槽导线数

Sn=1.27KEU相2p×102/（D·L·Z·Bg·Kw）=1.27×0.93×380×4×102/（17×15.5×36×0.66×0.96）=30.47（根/槽）

4.2.2额定电流估算，使其与初选值相近或误差不超过±10%

以△形接法计算IH=PH103/（2.15U相）=11×1000/（2.15×380）=13.46（安），与电机额定电流相符。

4.2.3导线选择

导线的电流密度的大小对电动机性能和出力情况有直接的影响。

计算出的每槽导线比预案每槽导线多2根，电流密度和槽满率变化不大，导线线径仍采用原线径和并绕根数。

4.2.4槽满率校验

原槽总导线截面积S1=（3.14×r2）×28现槽总导线截面积S2=（3.14×r2）×30槽满率提高（S2-S1）/S1=0.0714=7.14%

4.2.5计算后的绕组数据性能与原始数据性能比较

计算后得出的绕组数据完全满足原始数据的性能，并且由于槽满率的提高，增加了电机的输出功率。

5 绕组改型实施

绕组数据计算完成后，按照所设计绕组对电机进行了大修处理，按照新数据电机下线及装配整个修理工艺完成后，进行了电气试验，试验数据如表1所示。

由以上试验报告书可以看到，所有电气数据都符合合格标准，其中铁损和铜损值只是额定功率的4.2%和3.3%，电机本身损耗较低，输出功率较大。此绕组设计较成功。

6 实施效果及可取得的效益

1）电机通过了试验台的各项电气性能试验，合格出厂，在此基础上我们又对几台11kW电机，5.5kW电机进行了绕组计算，都收到了良好效果，达到了改善电机电气性能及提高电机输出功率的效果。

2）由于绕组型式由复绕式改为了简单的交叉式，每台电机绕线和嵌线可节约检修时间6小时，提高了工作效率，为生产主线单位提前生产创造条件，产生了间接经济效益。

3）减少了用铜量和层间绝缘，优化了电机性能，提高了电机使用寿命，节省了电机修理成本。

7 结束语

电机修理行业本身就是对电机进行修修补补，为主要生产厂矿服好务，在今后的电机修理过程中，我们要进一步掌握电机现场使用情况，通过我们的专业知识弥补电机设计缺陷带来的设备恶化现象，也对电机设计中的不足进行修改，保证电机的有效运行。同时要为降低修理成本，提高电机的使用周期和修理质量制定出更好的措施和方案，为酒钢一线厂矿的生产顺行做出应有的贡献。

参 考 文 献

[1]   赵家礼,张庆达等.电机故障诊断修理手册[M].北京:机械工业出版社.

[2]   电工手册(第三版)[M].上海科学技术出版社,1994.