本發(fā)明涉及一種單層同心式不等匝整距繞組的設(shè)計計算方法。
背景技術(shù)：
：三相異步電動機量大面廣，每年的耗電量占全國總發(fā)電量的一半以上，所以對三相異步電動機的深入研究具有重要意義。隨著全球能源消耗的逐年快速增長，美國、歐盟、加拿大、澳大利亞等主要發(fā)達國家都在各自的發(fā)展計劃中不斷提升電動機的效率。2008年10月國際電工委員會iec組織正式發(fā)布了iec60034-30“單速、三相籠型感應(yīng)電動機的能效分級”標準，統(tǒng)一了全球的電機效率標準，首次提出了ie4效率等級的概念，2014年在發(fā)布的最新iec60034-30-1：2014標準中，正式明確了全球統(tǒng)一的最高的ie4效率指標。在三相異步電動機中，由于中心高較小電機的體積較小，如果采用一般的雙層繞組會帶來下線的工藝問題，加上雙層繞組中含有層間絕緣，對體積較小的電機會占據(jù)更大的定子槽內(nèi)的空間，造成有效空間的浪費，所以在三相異步電動機設(shè)計中，中心高小于等于160mm的電機一般采用單層繞組。單層繞組雖然在下線工藝和空間利用率上有優(yōu)勢，但單層繞組的整距繞組特性會使電機的磁場波形變差，五次和七次諧波的含量增加，造成諧波雜散損耗的增大，不僅會降低電機的效率降低，而且會增大電機的振動和噪聲，降低電機的可靠性和使用壽命。單層不等匝的一組線圈的線圈圖如圖1所示。圖1為h160-2電機的定子線圈，每極每相槽數(shù)為6，由于對稱關(guān)系所以圖中僅給出了半個線圈。圖1中的1、2、3為每極每相槽數(shù)6個線圈中的三個。若電機的每極每相槽數(shù)為奇數(shù)，即不能被2整除，則不能構(gòu)成對稱的兩個線圈，此時需要給出每極每相槽數(shù)的所有線圈，如圖2所示。圖2為h132-4電機的定子線圈，每極每相槽數(shù)為3，三個線圈需要全部給出。不等匝正弦繞組理論提出較早，前人做了很多工作，但所有研究基本針對雙層繞組和對應(yīng)下線工藝，如學者趙慶普發(fā)表的論文“低諧波繞組的研究”；專利申請?zhí)?014107205750“一種新型單雙層混合同心不等匝超超高效異步電機”、專利申請?zhí)?012103501154“q為6、7、8的對稱不等匝繞組高壓三相電動機”、專利號cn102916542b“一種超高效三相異步電動機”等專利。上面這些研究成果都在雙層繞組的不等匝繞組的范圍，均未涉及到單層繞組的不等匝繞組的設(shè)計計算方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種計算方便、計算精度高、計算周期短的電機單層不等匝繞組設(shè)計計算方法。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種單層同心式不等匝繞組的設(shè)計計算方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、選擇一個規(guī)格三相異步電動機，電機定子槽數(shù)為q，極數(shù)為2p，極距為τ，其中：每極每相槽數(shù)為q，其中：且q＞2；步驟2、選取每線圈匝數(shù)為：m1、m2、m3、...、mq，共q個，其中：若q為奇數(shù)則m1＝mq、m2＝m(q-1)、...、若q為偶數(shù)則m1＝mq、m2＝m(q-1)、...、步驟3、計算電角度a，步驟4、計算不同諧波系數(shù)下的繞組系數(shù)，諧波系數(shù)最大取為max，且諧波系數(shù)不為2或3的倍數(shù)，則任意諧波系數(shù)v下的繞組系數(shù)為kdpv，則：當每極每相槽數(shù)為奇數(shù)時：當每極每相槽數(shù)為偶數(shù)時：步驟5、計算得到槽比漏磁導∑s，優(yōu)選地，在步驟4中，max取為997。本發(fā)明的優(yōu)點是：1、通用性強，可計算任何整數(shù)槽的三相異步電動機單層不等匝繞組的諧波比漏磁導；2、計算方便，不需借助有限元等其它計算軟件輔助運算；3、易于編制程序進行計算，節(jié)省設(shè)計時間；4、計算過程中沒有經(jīng)驗公式，計算精度高。附圖說明圖1為h160-2電機的定子線圈；圖2為h132-4電機的定子線圈。具體實施方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例作詳細說明如下。單層繞組的結(jié)構(gòu)決定了其必為整距繞組，但在工程實際中為了節(jié)省端部材料用量，一般連接成端部短距的同心式繞組、交叉式繞組或鏈式繞組。由于鏈式繞組的每極每相槽數(shù)為2，所以鏈式繞組的不等匝繞組和等匝繞組完全相同，沒有達到降低諧波含量的目的，所以本方法更適用于每極每相槽數(shù)大于2的交叉式繞組和同心式繞組。單層不等匝繞組的每槽導體數(shù)可能均不同，所以在設(shè)計繞組類型時交叉式繞組應(yīng)改為同心式繞組形式。單層不等匝繞組能夠改善電機氣隙的磁密諧波含量，由于磁密為磁勢與磁導之積，計算中如不考慮磁導的變化，則可以通過計算磁勢諧波來得到磁密的諧波含量；電機氣隙磁勢中諧波次數(shù)較多，需要綜合考慮各次諧波的影響，電機設(shè)計中常用諧波比漏磁導系數(shù)來評價諧波的含量，如下式所示。式中：∑s為諧波比漏磁導系數(shù)；v為諧波次數(shù)；kdpv為v次諧波的繞組系數(shù)。本發(fā)明的計算方法依次包括下列步驟：步驟1、選擇一個規(guī)格三相異步電動機，電機定子槽數(shù)為q，極數(shù)為2p，極距為τ，其中：每極每相槽數(shù)為q，其中：且q＞2；步驟2、選取每線圈匝數(shù)為：m1、m2、m3、...、mq，共q個。其中：若q為奇數(shù)則m1＝mq、m2＝m(q-1)、...、若q為偶數(shù)則m1＝mq、m2＝m(q-1)、...、步驟3、計算電角度a，步驟4、計算不同諧波系數(shù)下的繞組系數(shù)，直至計算至諧波系數(shù)取為997，且諧波系數(shù)不為2或3的倍數(shù)，則任意諧波系數(shù)v下的繞組系數(shù)為kdpv，則：當每極每相槽數(shù)為奇數(shù)時：...................當每極每相槽數(shù)為偶數(shù)時：.............................步驟5、計算得到槽比漏磁導系數(shù)∑s，本實施例以一臺h160l-2-18.5kw三相異步電動機為對象，在電機鐵心等參數(shù)均不變的情況下，將其原有的等匝繞組重新設(shè)計成不等匝同心式繞組，對比繞組的試驗值。原繞組方案中，每槽導體數(shù)為28，并聯(lián)支路數(shù)為2。步驟a、選用一臺h160l-2-18.5kw三相異步電動機，定子槽數(shù)為36，極數(shù)為2，極距為18，每極每相槽數(shù)為6。步驟b、由于每極每相槽數(shù)為偶數(shù)，所以設(shè)計每線圈匝數(shù)為：29、28、27、27、28、29，跨距為：1-18、2-17、3-16、4-21、5-20、6-19。繞組對稱設(shè)計，可用部分繞組表示全部繞組排布情況，如圖1所示。步驟c、計算電角度為：360*1/36＝10。步驟d、由于每極每相槽數(shù)是偶數(shù)，所以由：.............................計算得到kdp5至kdp997的值，見表1。表1kdp5至kdp997的值步驟e、計算得到諧波比漏磁導系數(shù)∑s：注：通過步驟a至步驟e求得了不等匝繞組的諧波比漏磁導值，由于理論計算相對于工程實際可能存在一定的誤差，所以需要通過樣機的試驗進行驗證。高次諧波損耗為電機雜散損耗的重要組成部分，占有較高比例，但雜散損耗的具體算法仍不成熟，這里通過諧波含量來估算雜耗的變化情況。普通繞組和不等匝繞組雜耗數(shù)據(jù)的試驗數(shù)據(jù)對比如表2所示：表2兩種繞組對比序號項目數(shù)值備注1普通單層繞組諧波比漏磁導系數(shù)0.0046642單層不等匝繞組諧波比漏磁導系數(shù)0.0045593普通單層繞組電機雜散損耗實測值231.9w4單層不等匝繞組電機雜散損耗實測值209.0w通過繞組計算可以看出不等匝繞組諧波比漏磁導系數(shù)較小，通過樣機試驗驗證，也證實了諧波比漏磁導系數(shù)較小電機的雜散損耗也較小，兩者的變化幅度基本相當，證明此算法有較強的實用性。當前第1頁12