低谐波绕组在YX3系列电机节材增效设计上的应用

撰文/汤绍钊

■355017 宁德出入境检验检疫局 福建 福安



低谐波绕组在YX3系列电机节材增效设计上的应用

撰文/汤绍钊

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本文以YX3-180M-2电机为例，通过对比分析双层同心式低谐波绕组在基波绕组系数、各次谐波含量、线重耗材上较双层叠式短距绕组的优势，并以试验样机加以验证。三相异步电动机；效率；基波绕组系数；谐波

电动机节材增效设计的实现手段主要有合理设计定转子冲片磁路、槽形，合理选用导磁材料，改进定转子铁心的制造工艺，选用合适的绕组型式（如双层同心式低谐波绕组）等。综合利用这些手段、精心设计可提高电动机效率节约材料使用。其中双层同心式低谐波绕组具有谐波含量低，绕组系数较高（与双叠短距绕组相比）的优点成为电动机节材增效设计的有效手段。本文以YX3-180M-2电机为例，集中探讨低谐波绕组在电动机上的应用并试制样机加以求证。

YX3-180M-2常规绕组的基本参数及谐波含量［1］

电动机绕组做为砺磁元件在产生基波磁场的同时还伴生有各高次谐波磁场，谐波磁场会加大电动机损耗不利于效率提高。YX3系列电动机180及以上机座2P电机采用了双层叠式绕组、短距布置，双层叠式短距绕组能一定程度减少各次谐波强度，但基波绕组系数也因此降低，绕组系数越低意味着需要消耗更多的漆包线。现将YX3-180M-2常规绕组基本参数列表1、各次谐波含量列表2。

双层同心式低谐波绕组的设计原理及匝比分配

感应电机气隙磁场空间谐波的来源主要有两方面，一是由定转子开槽引起的齿谐波，二是由于相带存在引起的相带谐波。减弱齿谐波的方法有斜槽、采用软磁槽契等，本文暂不讨论。在不考虑开槽引起磁导变化的情况下可认为气隙磁导在圆周上的均匀的，因此气隙磁场空间谐波取决于绕组磁势的空间谐波，至此低谐波绕组的设计任务转换为了合理设计槽内绕组匝数，使定子安匝数沿圆周方向呈正弦分布即磁势波沿圆周方向呈正弦分布。双层同心式绕组通合理分配匝比恰好能够使定子安匝数沿圆周方向呈正弦分布。

YX3-180M-2双层同心式低谐波绕组的基本参数及谐波含量

利用上述理论及方法对YX3-180M-2电机进行设计，其双层同心式低谐波绕组基本参数列表各次谐波含量列表4。

比较表3、表4和表1、表2，可以看出采用双层同心式绕组基波绕系数有较大上升，同时5、7谐波的幅值有较大的下降，其优势反应在耗材上铜线重较之前下降了约0.7kg。

表1　YX3-180M-2常规绕组的基本参数

表2　YX3-180M-2常规绕组各次谐波基波幅值百分比

表3　YX3-180M-2双层同心式绕组的基本参数

表4　YX3-180M-2双层同心式绕组各次谐波基波幅值百分比

表5　样机测试结果

样机测试结果比较

按以上两个方案试制样机测试结果如表5。

从表5可以看出，双层同心式低谐波绕组在耗铜减少的的情况下效率却略有提升，验证了双层同心式低谐波绕组能够提高绕组系数、降低谐波、有利于效率提升。

结论

上述理论计算和实测验证很好的证明了双层同心式低谐波绕是一种有效的帮助节材增效设计的手段，尤其是YX3系列电机180中心高及以上2P电机常规设计时绕组为双层叠式短距绕组，其短距槽数较多绕组系数低，用双层同心式低谐波绕代替节材增效效果更明显。

参考：

［1］许实璋.交流电机的绕组理论.机械工业出版社，1985

［2］李晓松，陈乔夫.双层同心式低谐波绕组的研究.微电机，2004年第4期

［3］乔长君.三相交流电动机绕组布线接线图册.化学工业出版社，2008.12

作者简介：

汤绍钊（1984-），男，本科学历，助理工程师，主要从事电机检测与研究工作。

基金项目：*国家质检总局科技计划项目（2015IK038）