三相異步電動機低諧波繞組的特點及應用

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構而言，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，故在電磁設計時能靈活地選擇每槽每層匝數，使每極每相槽數之間的匝數之差大于1及以上，因此，它的極相組的串聯匝數可實現靈活微調。而普通雙層繞組每極每相槽數之間的每槽每層匝數相差值至多等于1，且其跨距均為疊式等距，故在進行電磁方案設計時受到很大的局限。因此，低諧波繞組在進行電磁方案設計時，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)設計時的側重點之調整

　　在設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品標準規定外，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，在設計時都有所側重。特別是對溫升指標，因該指標無容差規定，故在設計時要留一定裕度。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，可從工藝和結構上進行改進，也可運用低諧波繞組方案改進。針對在從工藝或結構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勢，從而可以降低雜耗，使其達到降低溫升的效果。

　　(2)設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定范圍內，故在設計低諧波繞組電機時，將效率設計值置于大于標準規定值一定范圍以上。這里需說明：由于受測試條件限制，很多電機生產企業對于電機的雜散耗只能根據產品標準規定，由計算的方法而得出，即不是實測值，而實際上很多規格電機產品雜散損耗比標準給定值高很多，從而造成計算結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)設計時對功率因數指標的確定

　　在進行低諧波繞組電機設計時，在保證堵轉電流等指標合格的前提下，將功率因數指標盡可能控制在下限，這對在進行電磁方案設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指標。

　　(4)可能存在的問題

　　在進行低諧波繞組電機設計時，一般定子線圈的每極每相槽數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銅提效效果，但當定子線圈的每極每相槽數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生產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，嵌線職工可能會產生排斥現象，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 、結論

　　根據之前低諧波繞組在諸多規格電機中的運用效果以及部分規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。從以前在多個規格電機產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用，保持原有性能不降低，它的節材效果特別明顯，在鐵心長度不調整的前提下，僅需新做一套繞線模，就可以達到7%以上的節銅率，節銅效果明顯，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，每臺節省漆包線3.46Kg(車間實際稱重對比)。如結合型式試驗數據，根據溫升及效率裕量，再適當調整鐵心長度，可以使產品性能更加優化，成本更低，可獲得非常可觀的經濟效益;若不考慮節材，采用低諧波繞組方案，則可以明顯提高電動機產品的性能，比如效率提高，溫升降低等，用于高效電機生產，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市場或者獲取較大利潤。節材或提效兩種計算方法根據產品的實際需要靈活應用。

　　考慮很多規格節銅率比較高，均衡不能采用該算法的規格(主要是132以下規格，用銅總量少)，如果一個電機生產企業可以生產到355機座，平均節銅率可達5%左右。如電機生產企業一年漆包線用量為1000噸，按照5%的平均節銅率計算，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，節銅方案取得的經濟效果顯著。