三相異步電動機低諧波繞組的特點及應(yīng)用

低諧波繞組在三相異步電動機運用中有多種形式，常見的如“△-Y”混接的正弦繞組、單雙層混合繞組以及雙層低諧波繞組等。其中單、雙層混合同心式不等匝并按余弦分布的繞組形式(以下稱低諧波繞組)，與其它低諧波繞組相比，具有設(shè)計快捷，制造工藝相對簡單等特點。

　　1、 低諧波繞組的特點

　　低諧波繞組是一種“高精度”的特殊單、雙層不等匝混合繞組，就目前實際運用的低諧波繞組其本身結(jié)構(gòu)而言，它綜合了普通的單層和雙層繞組的基本特征，并能有效地消除或削弱高次諧波，使綜合諧波強度減小50%左右甚至更多，改善電機氣隙磁勢波形，從而達到提高電機效率、改善起動性能、降低電機溫升等效果。從電機電磁設(shè)計考慮，由于低諧波繞組是一種“高精度”繞組形式，故在電磁設(shè)計時能靈活地選擇每槽每層匝數(shù)，使每極每相槽數(shù)之間的匝數(shù)之差大于1及以上，因此，它的極相組的串聯(lián)匝數(shù)可實現(xiàn)靈活微調(diào)。而普通雙層繞組每極每相槽數(shù)之間的每槽每層匝數(shù)相差值至多等于1，且其跨距均為疊式等距，故在進行電磁方案設(shè)計時受到很大的局限。因此，低諧波繞組在進行電磁方案設(shè)計時，比普通雙層繞組更易兼顧到電機各項性能指標，使方案設(shè)計能達到最佳效果。

　　2 、低諧波繞組與普通雙層疊繞組及普通單層繞組性能對比

　　通過樣機試驗對比分析，采用低諧波繞組的電機性能較普通雙層繞組及普通單層繞組電機性能有幾個明顯不同之處，具體如下：

　　(1)設(shè)計時的側(cè)重點之調(diào)整

　　在設(shè)計低諧波繞組電磁方案時，除考慮保證電機各項性能指標符合產(chǎn)品標準規(guī)定外，還要顧及用戶在實際使用和直接感觀到的一些性能指標，如對電機溫升、起動、空載電流、噪聲、振動和過載能力等，在設(shè)計時都有所側(cè)重。特別是對溫升指標，因該指標無容差規(guī)定，故在設(shè)計時要留一定裕度。若溫升裕度過小，往往會因制造工藝或原材料質(zhì)量的波動，電機溫升有可能不合格。解決電機溫升的途徑有很多，可從工藝和結(jié)構(gòu)上進行改進，也可運用低諧波繞組方案改進。針對在從工藝或結(jié)構(gòu)上難以降低溫升的情況下，運用低諧波繞組可消除或削弱電機的高次諧波的優(yōu)勢，從而可以降低雜耗，使其達到降低溫升的效果。

　　(2)設(shè)計時對效率指標的控制

　　為確保電機的實測效率指標控制在規(guī)定范圍內(nèi)，故在設(shè)計低諧波繞組電機時，將效率設(shè)計值置于大于標準規(guī)定值一定范圍以上。這里需說明：由于受測試條件限制，很多電機生產(chǎn)企業(yè)對于電機的雜散耗只能根據(jù)產(chǎn)品標準規(guī)定，由計算的方法而得出，即不是實測值，而實際上很多規(guī)格電機產(chǎn)品雜散損耗比標準給定值高很多，從而造成計算結(jié)果中效率值比實測效率值低。所以，在同等條件下，對低諧波繞組電機而言，若按實測雜散耗的方法進行試驗，它的效率實測值就比普通雙層繞組電機的效率實測值留有一定的裕度(因低諧波繞組諧波含量少，所以附加損耗也比普通繞組要小)。

　　(3)設(shè)計時對功率因數(shù)指標的確定

　　在進行低諧波繞組電機設(shè)計時，在保證堵轉(zhuǎn)電流等指標合格的前提下，將功率因數(shù)指標盡可能控制在下限，這對在進行電磁方案設(shè)計時選取電機鐵心長度，更具有一定的合理性，同時，也可避免實測時有過高的功率因數(shù)指標。

　　(4)可能存在的問題

　　在進行低諧波繞組電機設(shè)計時，一般定子線圈的每極每相槽數(shù)q小于等于2時，對削弱高次諧波，改善電機氣隙磁勢波形等效果不是很明顯，也達不到比較好的節(jié)銅提效效果，但當定子線圈的每極每相槽數(shù)q大于3且q越大時，其對削弱高次諧波，改善電機氣隙磁勢波形等效果越是明顯。低諧波繞組電機因繞組形式不同于現(xiàn)生產(chǎn)的普通雙層繞組電機，所以在線圈繞制和嵌線等工序，特別是嵌線較普通雙層繞組存在不同，開始實施階段，嵌線職工可能會產(chǎn)生排斥現(xiàn)象，但當嵌線工熟悉了這類繞組的嵌線方法以后，因為這類繞組很多存在單層，槽滿率又不是很高，嵌線效率會明顯提高，節(jié)省工時;若在原單層繞組的電機上推廣低諧波繞組，除工時略有增加外，還要另增加電機層間絕緣等費用，但從綜合成本考慮，節(jié)省的成本要比增加的工時及材料成本多很多，降低成本效果明顯。

　　3 、結(jié)論

　　根據(jù)之前低諧波繞組在諸多規(guī)格電機中的運用效果以及部分規(guī)格的型式試驗報告來看，可以認為低諧波繞組完全可廣泛運用到中心高H160及以上機座號，且每極每相槽數(shù)q大于等于3的電機中，即低諧波繞組可用于任何系列單速電機以及變頻系列電機中，特別是在變頻電機中，因變頻器輸出電壓含有較多高次諧波，低諧波繞組降低高次諧波的效果在變頻器供電時會極好地得到體現(xiàn)。從以前在多個規(guī)格電機產(chǎn)品運用低諧波繞組的實際運用效果看，低諧波繞組在使用中有兩種方式：1、在原合格的電機上推廣應(yīng)用，保持原有性能不降低，它的節(jié)材效果特別明顯，在鐵心長度不調(diào)整的前提下，僅需新做一套繞線模，就可以達到7%以上的節(jié)銅率，節(jié)銅效果明顯，如我司160M-4-11，原漆包線重量7.23(車間實際稱重)，低諧波繞組計算銅重6.5Kg，節(jié)省漆包線0.73Kg(占原銅重的10%多)，溫升降低11K;280S-4 75KW電機，采用低諧波繞組方案投入批量生產(chǎn)，每臺節(jié)省漆包線3.46Kg(車間實際稱重對比)。如結(jié)合型式試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)溫升及效率裕量，再適當調(diào)整鐵心長度，可以使產(chǎn)品性能更加優(yōu)化，成本更低，可獲得非?？捎^的經(jīng)濟效益;若不考慮節(jié)材，采用低諧波繞組方案，則可以明顯提高電動機產(chǎn)品的性能，比如效率提高，溫升降低等，用于高效電機生產(chǎn)，可以在滿足性能指標的前提下，不需要增加很多成本，有利于以較低價格占領(lǐng)市場或者獲取較大利潤。節(jié)材或提效兩種計算方法根據(jù)產(chǎn)品的實際需要靈活應(yīng)用。

　　考慮很多規(guī)格節(jié)銅率比較高，均衡不能采用該算法的規(guī)格(主要是132以下規(guī)格，用銅總量少)，如果一個電機生產(chǎn)企業(yè)可以生產(chǎn)到355機座，平均節(jié)銅率可達5%左右。如電機生產(chǎn)企業(yè)一年漆包線用量為1000噸，按照5%的平均節(jié)銅率計算，就是1000*5%=50噸，每噸漆包線約6.3萬元(目前銅的價格是6.3萬左右)，約合315萬元，在投入很少的前提下，節(jié)銅方案取得的經(jīng)濟效果顯著。