二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法
【专利摘要】本发明公开了一种二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法，能使电机定子铁芯轴向长度小、能降低厂房高度，降低电机和厂房建设成本的二百五十二槽十四极对称四支路双层三相定子绕组相带划分、支路划分方法及接线方法，指出可连接成标准60°相带的对称双层波绕组或叠绕组，也可连接成非60°相带对称双层波绕组或叠绕组，均须以整距连接。本发明适用交流电机定子绕组，尤其适合水轮发电机和抽水蓄能电机的定子绕组。
【专利说明】二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及三相双层对称绕组的接线方法，尤其涉及一种二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法。
【背景技术】
[0002]抽水蓄能电站具有削峰填谷、调相、调频及事故备用等功能，抽水蓄能电机存在发电和电动两种工况，具有频繁启停、双向旋转和转速高的特点，其设计难度较较大。转速为428.6r/min (十四极)、容量约为300MW的抽水蓄能机组的水泵水轮机的优越性能使其得以广泛应用。但对于十四极电机，其定子绕组按常规对称方式接线，可选支路数只有1、2、7和14，相应的额定电压为13.8kV和15.75kV，且选择I支路和2支路，支路电流超出现有空冷技术的最高限制，选择14支路，支路电流过低，最终，只能选择7支路，但是，此时支路电流仍然偏低，发电机的经济性不好。在其他结构尺寸不变的条件下，如果采用4支路，则支路电流与现有绝大多数抽水蓄能机组相当，其定子铁心和定子线棒长度能缩短500_左右，从而电机成本和电站建设成本均可以降低。
[0003]现有技术中，通常三相双层绕组的接线，可先计算出单元电机、绕组循环数，并绘制星形图，然后将星形图的电势矢量划分为六个相带。其中，六个相带分别用A、Z、B、X、C、Y顺次表示，每个相带的电势矢量分布角度为60°，将6个相带所包含的所有电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，A相带合成矢量和X相带合成矢量、B相带合成矢量和Y相带合成矢量、C相带合成矢量和Z相带合成矢量，分别相差180°，且A、B、C三相的合成矢量互差120° ;然后直接绘制定子绕组接线图或将星形图展开为方块图后绘制定子绕组接线图。绘制星形图时，星形图中各槽号对应的矢量为同一线圈的上层边和下层边电势矢量的合成。
[0004]对于二百五十二槽十四极电机的定子绕组，如果每极每相槽数选择为整数，按现有的星形图绘制方法，其星形图从内到外共有7层，即星形图从内到外有7层重叠的电势矢量，划分为6个相带，每相均包含14层重叠的电势矢量(正相带有7层，负相带有7层，共14层)，要接成对称的4支路，就需要将这14层电势矢量均分为4组，每一支路占层重叠的电势矢量，不能按现有技术的接线方法接出对称的a条支路，即二百五十二槽十四极电机的定子绕组按现有技术的相带划分和接线方法接成4支路是不满足对称条件的。类似的，可以推导出，如果每极每相槽数选择为分数，按现有技术的相带划分和接线方法接成4支路也是不满足对称条件的。每相4支路不对称，在实际运行过程中必将导致定子绕组中产生环流，而环流会影响发电机长期可靠运行。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法，本发明能够通过降低机组的轴向长度，达到降低发电机成本、降低厂房高度和厂房建设成本的目的。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法，其特征在于包含以下步骤:
(1)、将定子绕组上、下层线棒电势矢量都绘制于星形图中；
(2)、将所述星形图中的电势矢量划分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，将每个相带所包含的电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，得到六个相带的合成矢量，A、X相带的合成矢量大小相等，B、Y相带的合成矢量大小相等，C、Z相带的合成矢量大小相等，且A相带合成矢量和X相带合成矢量相差180°，B相带合成矢量和Y相带合成矢量相差180°，C相带合成矢量和Z相带合成矢量相差180°，A、B、C三相的合成矢量互差120°，
(3)、每个相带均包含2条支路，A、X相带的4条支路构成A相绕组，B、Y相带的4条支路构成B相绕组，C、Z相带的4条支路构成C相绕组，从而构成三相双层对称4支路叠绕组或构成三相双层对称4支路波绕组；
所述星形图由内到外共有14层重叠的电势矢量，每相每支路均包含7层重叠的电势矢量，每一支路有K层包含6个电势矢量，且K为不大于7的正奇数；
当1(=7时，六、2、8、父、(:、￥为60°标准相带；
当K〈7时，每一支路有层包含的电势矢量个数,f大于6，每一支路有￥层包含的电
隹|V|.每势矢量个数I小于6，且^ + ?1 =12 ,其中i，j=l，2，…，￥ ;A、Z、B、X、C、Y六个相带的分布角度大于60°，不同相带的电势矢量在星形图中交叉分布，每相每支路所属矢量在星形图中形成非60°相带的阶梯状分布。
[0007]实际接线时，所述波绕组或叠绕组的接线遵循相带和支路划分方式，并按整距从上层线棒自然地连到下层线棒，在必要时增加斜并头和连接线，使每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，满足每相每支路在星形图中的电势矢量分布。
[0008]采用本发明具有以下优点:
一、与传统的对称支路绕组相比，本发明具有以下优点:
(I)、能发挥水泵水轮机的优越性能，也能使电机的性能更加优越。
[0009](2)、扩大了电机的电压、电流选择性，扩大了电机支路数和槽数选择范围，提升了电机研发技术。
[0010](3)、在电机其他结构尺寸相当情况下，定子铁心长度和定子线棒长度较7支路缩短了 500_左右，降低了电机和厂房建设成本。
[0011](4)、本发明采用的整距线圈，绕组短距系数为1，当采用60°标准相带时，绕组基波的绕组系数为0.9561，全谐波电压畸变率为1.196%，满足国家标准要求的小于5% ;当采用非60°阶梯状分布相带时，可以通过调整相带分布角，改变绕组感应电势基波及各次谐波的分布系数，即可调整感应电势基波及各次谐波的绕组系数，从而可以基本达到与传统短距绕组接近的谐波削弱效果、提高电能质量、减少谐波损耗、降低温升、提高电机效率。例如，图4所示的阶梯相带接成定子绕组，基波的绕组系数为0.9232，全谐波电压畸变率为
0.366%，远小于国家标准，谐波削弱效果良好，而且基波的绕组系数与传统的60°标准相带短距绕组的基波绕组系数相当。
[0012](5)、本发明适用于凸极同步电机，尤其适用于428.6r/min (十四极)的抽水蓄能发电电动机，具有重大意义。
[0013]二、与连接成非对称绕组相比，本发明中的4支路电势大小相等、相位相同，在正常运行过程中，能避免产生环流，能够保障机组长期可靠运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1本发明的60°相带四支路对称双层绕组相带及支路划分示意图；
图2本发明的60°相带四支路对称双层叠绕组接线图；
图3本发明的非60°相带四支路对称双层绕组相带及支路划分示意图；
图4本发明的非60°相带四支路对称双层叠绕组接线图。
【具体实施方式】
[0015]一种二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法，包含以下步骤:
(1)、将定子绕组上、下层线棒电势矢量都绘制于星形图中；
(2)、将所述星形图中的电势矢量划分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，将每个相带所包含的电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，得到六个相带的合成矢量，A、X相带的合成矢量大小相等，B、Y相带的合成矢量大小相等，C、Z相带的合成矢量大小相等，且A相带合成矢量和X相带合成矢量相差180°，B相带合成矢量和Y相带合成矢量相差180°，C相带合成矢量和Z相带合成矢量相差180°，A、B、C三相的合成矢量互差120°，
(3)、每个相带均包含2条支路，A、X相带的4条支路构成A相绕组，B、Y相带的4条支路构成B相绕组，C、Z相带的4条支路构成C相绕组，从而构成三相双层对称4支路叠绕组或构成三相双层对称4支路波绕组；
所述星形图由内到外共有14层重叠的电势矢量，每相每支路均包含7层重叠的电势矢量，每一支路有K层包含6个电势矢量，且K为不大于7的正奇数；
当1(=7时，六、2、8、父、(:、￥为60°标准相带；
当K〈7时，每一支路有层包含的电势矢量个数?大于6，每一支路有层包含的电
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势矢量个数$小于6，且^ + m = P ,其中i，j=l，2，…，￥ ;A、Z、B、X、C、Y六个相带的分布角度大于60°，不同相带的电势矢量在星形图中交叉分布，每相每支路所属矢量在星形图中形成非60°相带的阶梯状分布。
[0016]实际接线时，所述波绕组或叠绕组的接线遵循相带和支路划分方式，并按整距从上层线棒自然地连到下层线棒，在必要时增加斜并头和连接线，使每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，满足每相每支路在星形图中的电势矢量分布。
[0017]本发明不将同一线圈的上层边和下层边的电势矢量合成，而将同一线圈的上层边和下层边的电势矢量单独考虑，直接将上层边和下层边的电势矢量都绘制于星形图中，由于同一槽上、下层线棒处于圆周上同一位置，其感应电势矢量方向、大小相同，所以星形图从内到外的每一层圆周上的电势矢量个数与现有技术的星形图完全一致，只是其圆周的层数增加了一倍，即星形图上由内到外重叠的电势矢量增加了一倍。这样，对于二百五十二槽十四极电机的定子绕组，其星形图从内到外共有14层圆周，即星形图从内到外有14层重叠的电势矢量；每一相均有28层重叠的电势矢量(正相带有14层，负相带有14层，共28层)，要接成对称的4支路，每一支路占7层重叠的电势矢量，这样在接线时，就能保证每相各支路对称和三相对称。
[0018]如图1所示为60°相带四支路对称双层绕组相带及支路划分示意图，所述包含上、下层线棒电势矢量的星形图由内到外共有14层重叠的电势矢量；等分为6个部分，每部分为一个相带，用A、Z、B、X、C、Y表示，每个相带从内到外有14层重叠的电势矢量，图中“ O ”代表A和X相带，“ X ”代表B和Y相带，“ Δ ”代表C和Z相带；A、X相带差180°，构成A相，B、Y相带差180°，构成B相，C、Z相带差180°，构成C相，A、B、C相互差120°，满足三相对称，每一相带等分为两部分，每部分包含7层重叠的电势矢量，共42个电势矢量，组成一支路，A、Z、B、X、C、Y各含2支路，每相的4个支路包含的电势矢量的合成矢量相同，满足支路对称。接成叠绕组时，按整距，从上层线棒自然地连到下层线棒，并且在必要时增加连接线。
[0019]如图2所示，图2为按图1所示的相带及支路划分方式，其中，带撇的数字代表下层线棒槽号，不带撇的数字代表上层线棒槽号；把属于A相的19-37’，20-38’，21-39’，22-40’ ，23-41’ ，24_42’ ，37-55’，38-56’，39-57’，40-58’，41-59’，42-60’，55-73’，56-74’，57-75’，58-76’，59-77’，60-78’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的96’，77，94’，75，92’，73按电势相加的方式串联成Al支路，把属于A相的91-109，，92-110，，93-111，，94-112，，95-113，，96-114，，109-127，，110-128，，I1卜129，，112-130，，113-131，，114-132，，127-145，，128-146，，129-147，，130-148，，131-149，，132-150，共 18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的78，95’，76，93’，74，91’按电势相加的方式串联成 A2 支路，把属于 A 相的 145-163’，146-164’，147-165’，148-166’，149-167’，150-168’，163-181，，164-182，，165-183，，166-184，，167-185，，168-186，，181-199，，182-200，，183-201’，184-202’，185-203’，186-204’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的199，218’，201，220’，203，222’按电势相加的方式串联成A3支路，把属于A相的217-235’，218-236，，219-237，，220-238，，221-239，，222-240，，235-1，，236-2，，237-3，，238-4，，239-5，，240-6，，1-19，，2-20，，3-21，，4-22，，5-23，，6-24 ’ 共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的217’，200，219’，202，221’，204按电势相加的方式串联成A4支路，Al、A2、A3、A4共4条支路并联构成A相绕组，把属于B相的31-49，，32-50，，33-51，，34-52，，35-53’，36-54’，49-67’，50-68’，51-69’，52-70’，53-71’，54-72’，67-85’，68-86’，69-87’，70-88’，71-89’，72-90’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的108’，89，106’，87，104，，85按电势相加的方式串联成BI支路，把属于B相的103-121，，104-122，，105-123，，106-124’，107-125’，108-126’，121-139’，122-140’，123-141’，124-142’，125-143’，126-144’，139-157，，140-158’，141-159’，142-160，，143-161，，144-162’ 共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的90，107’，88，105’，86，103’按电势相加的方式串联成B2支路，把属于 B 相的 157-175，，158-176，，159-177’，160-178，，161-179，，162-180，，175-193，，
176-194，，177-195，，178-196，，179-197，，180-198，，193-211，，194-212，，195-213，，196-214’，197-215’，198-216’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的211, 230%213，232，，215，234’按电势相加的方式串联成B3支路，把属于B相的229-247’，230-248’，
231-249’，232-250’，233-251’，234-252’，247-13’，248-14’，249-15’，250-16’，251-17’，252-18，，13-31’，14-32，，15-33，，16-34，，17-35，，18-36，共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的229’，212，231’，214，233’，216按电势相加的方式串联成B4支路，B1、B2、B3、B4共4条支路并联构成B相绕组，把属于C相的7-25，，8-26，，9-27，，10-28，，11-29，，12-30’，25-43’，26-44’，27-45’，28-46’，29-47’，30-48’，43-61’，44-62’，45-63’，46-64’，47-65，，48-66，共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的84’，65，82’，63，80’，61按电势相加的方式串联成Cl支路，把属于C相的79-97’，80-98’，81-99’，82-100’，83-101’，84-102’，97-115’，98-116’，99-117’，100-118’，101-119’，102-120’，115-133’，116-134’，117-135，，118-136，，119-137，，120-138’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的66，83，，64，81，，62，79’按电势相加的方式串联成C2支路，把属于C相的133-151，，134-152，，135-153，，136-154，，137-155，，138-156，，151-169，，152-170，，153-171，，154-172，，155-173，，156-174，，169-187，，170-188，，171-189，，172-190，，173-191，，174-192，共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的210’，191，208’，189，206’，187按电势相加的方式串联成 C3 支路，把属于 C 相的 205-223’，206-224’，207-225’，208-226’，209-227’，
210-228’，223-241’，224-242’，225-243’，226-244’，227-245’，228-246’，241-7’，242-8’，243-9’，244-10’，245-11’，246-12’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的192，209’，190，207’，188，205’按电势相加的方式串联成C4支路，Cl、C2、C3、C4共4条支路并联构成C相绕组，A相、B相、C相绕组共同构成60°相带四支路对称双层叠绕组。
[0020]如图3所示为非60°相带四支路对称双层绕组相带及支路划分示意图，图中“ O ”代表A和X相带，“ X ”代表B和Y相带，“ Δ ”代表C和Z相带；将二百五十二槽十四极双层定子绕组的包含上、下层线棒电势矢量的星形图，由内到外，共有14层重叠的电势矢量，等分为A、Z、B、X、C、Y共6个相带，每个相带从内到外有14层重叠的电势矢量，扩大每个相带的电势矢量分布角度，每相包含4支路，每支路包含7层重叠的电势矢量，共42个电势矢量,这42个电势矢量的分布为2,2,6,6,6,10,10,—共7层,每相每支路形成阶梯状分布；
A、X相带差180°，构成A相，B、Y相带差180°，构成B相，C、Z相带差180°，构成C相，A、
B、C相互差120°，满足三相对称，且每相的4个支路包含的电势矢量的合成矢量相同，满足支路对称。接成叠绕组时，按整距，从上层线棒自然地连到下层线棒，并且在必要时增加连接线。
[0021]如图4所示，图4为按图3所示的相带及支路划分方式，其中，带撇的数字代表下层线棒槽号，不带撇的数字代表上层线棒槽号；把属于A相的19-37’，20-38’，21-39’，22-40’，23-41’，24-42’，71-89’，72-90’，37-55’，38-56’，39-57’，40-58’，41-59’，42-60’，43-61’，44-62’，57-75’，58-76’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的96，，77，94’，75，92’，73按电势相加的方式串联成Al支路，把属于A相的91-109’，92-110’，93-111’，94-112’，95-113’，96-114’，111-129’，112-130’，125-143’，126-144’，127-145’，128-146，，129-147，，130-148，，131-149，，132-150，，133-151，，134-152，共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的78，95’，76，93’，74，91’按电势相加的方式串联成A2支路，把属于 A 相的 179-197，，180-198’，145-163，，146-164，，147-165，，148-166’，149-167，，150-168’，151-169’，152-170’，165-183’，166-184’，181-199’，182-200’，183-201’，184-202’，185-203’，186-204’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的199,218’,201，220’，203，222’按电势相加的方式串联成A3支路，把属于A相的219-237，，220-238’，233-251’，234-252’，235-1，，236-2’，237-3’，238-4’，239-5’，240-6’，241-7’，242-8’，1-19’，2-20’，3-21’，4-22’，5-23’，6-24’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的217’，200，219’，202，221’，204按电势相加的方式串联成A4支路，Al、A2、A3、A4共4条支路并联构成 A 相绕组，把属于 B 相的 31-49’，32-50，，33-51，，34-52，，35-53，，36-54，，47-65’，48-66’，49-67’，50-68’，51-69’，52-70’，53-71’，54-72’，55-73’，56-74’，69-87’，70-88’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的108’，89，106’，87，104’，85按电势相加的方式串联成BI支路，把属于B相的103-121，，104-122，，105-123，，106-124，，107-125’，108-126’，123-141’，124-142’，137-155’，138-156’，139-157’，140-158’，141-159’，142-160’，143-161’，144-162’，109-127’，110-128’ 共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的90，107’，88，105’，86，103’按电势相加的方式串联成B2支路，把属于B相的 155-173，，156-174，，157-175，，158-176，，159-177’，160-178，，161-179，，162-180，，163-181’，164-182’，177-195’，178-196’，193-211’，194-212’，195-213’，196-214’，197-215’，198-216’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的211，230’，213，232’，215，234’按电势相加的方式串联成B3支路，把属于B相的231-249’，232-250’，245-11’，246-12’，247-13’，248-14’，249-15’，250-16’，25卜17’，252-18’，217-235’，218-236’，13-31’，14-32，，15-33，，16-34，，17-35，，18-36，共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的229’，212，231’，214，233’，216按电势相加的方式串联成B4支路，B1、B2、B3、B4共4条支路并联构成B相绕组，把属于C相的7-25，，8-26，，9-27，，10-28，，11-29，，12-30，，59-77 ’，60-78’，61-79 ’，62-80，，63-81，，64-82，，65-83，，66-84，，67-85，，68-86，，45-63 ’，46-64’共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的120’，101，118’，99，116’，97按电势相加的方式串联成Cl支路，把属于C相的79-97，，80-98’，81-99’，82-100，，83-101，，84-102，，135-153，，136-154，，113-131，，114-132，，115-133，，116-134，，117-135，，118-136’，119-137’，120-138’，121-139’，122-140’ 共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的102，119’，100，117’，98，115’按电势相加的方式串联成C2支路，把属于C相的 167-185，，168-186，，169-187，，170-188，，171-189，，172-190，，173-191，，174-192，，175-193’，176-194’，153-171’，154-172’，205-223’，206-224’，207-225’，208-226’，209-227，，210-228，共18个整距线圈及用斜并头及连接线连接的187，206’，189，208’，191，210’按电势相加的方式串联成C3支路，把属于C相的243-9，，244-10，，221-239，，222-240’，223-241’，224-242’，225-243’，226-244’，227-245’，228-246’，229-247’，230-248 ’，25-43 ’，26-44 ’，27-45 ’，28-46 ’，29-47 ’，30-48，，共 18 个整距线圈及用斜并头及连接线连接的205’，188，207’，190，209’，192按电势相加的方式串联成C4支路，C1、C2、C3、C4共4条支路并联构成C相绕组，A相、B相、C相绕组共同构成非60°相带四支路对称双层叠绕组。
【权利要求】
1.一种二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法，其特征在于包含以下步骤: (1)、将定子绕组上、下层线棒电势矢量都绘制于星形图中； (2)、将所述星形图中的电势矢量划分为A、Z、B、X、C、Y六个相带，将每个相带所包含的电势矢量按串联相加的方式分别合成为一个电势矢量，得到六个相带的合成矢量，A、X相带的合成矢量大小相等，B、Y相带的合成矢量大小相等，C、Z相带的合成矢量大小相等，且A相带合成矢量和X相带合成矢量相差180°，B相带合成矢量和Y相带合成矢量相差180°，C相带合成矢量和Z相带合成矢量相差180°，A、B、C三相的合成矢量互差120° ； (3)、每个相带均包含2条支路，A、X相带的4条支路构成A相绕组，B、Y相带的4条支路构成B相绕组，C、Z相带的4条支路构成C相绕组，从而构成三相双层对称4支路叠绕组或构成三相双层对称4支路波绕组； 所述星形图由内到外共有14层重叠的电势矢量，每相每支路均包含7层重叠的电势矢量，每一支路有K层包含6个电势矢量，且K为不大于7的正奇数； 当1(=7时，六、2、8、父、(:、￥为60°标准相带； 当K〈7时，每一支路有层包含的电势矢量个数^大于6，每一支路有〒层包含的电势矢量个数I小于6iM: + N =12 ,其中i，j=l，2，…，￥ ;A、Z、B、X、C、Y六个相带的分布角度大于60°，不同相带的电势矢量在星形图中交叉分布，每相每支路所属矢量在星形图中形成非60°相带的阶梯状分布。
2.如权利要求1所述的二百五十二槽十四极对称四支路双层三相绕组的接线方法，其特征在于:所述波绕组或叠绕组的接线遵循相带和支路划分方式，并按整距从上层线棒自然地连到下层线棒，使每相每支路包含的负相带电势矢量叠加至正相带后，满足每相每支路在星形图中的电势矢量分布。
【文档编号】H02K3/28GK104184240SQ201410447932
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】郑小康, 邹应冬, 钱昌燕, 钱生坤, 骆林, 罗永刚, 李建富 申请人:东方电气集团东方电机有限公司