（中车永济电机有限公司 山西永济 044502）
摘要：本文介绍了如何具体运用分数槽绕组轮换数进行绕组连接方案的设计，并通过不同方案合成电势的分析对比，提供了一种绕组连线图的设计优化方法。
关键词：双星形绕组；发电机；分数槽；轮换数；连线图
Design Optimization of the Wiring Drawing of Fractional Slot Double Star Winding
Lei Wanghong（CRRC Yongji Electric Co.，Ltd）
Abstract：The essay introduces how to design the winding wring pattern by using fractional slot winding cycle number and provides a design optimization method for a kind of winding wiring by means of analysis and comparison on the synthesis of potential generated from different patterns.
Key words：Double star winding；Generator； Fractional slot； Cycle number；Wiring drawing
0 前言
在一些配属发电机机组的整流逆变系统中，发电机绕组常常会设计成双星形结构；有的发电机绕组还同时采用分数槽绕组等措施，以削弱齿谐波电势分量，使系统能有较好质量的中间电压，比如金风公司的1.5兆瓦直驱风力发电机中就采取了这种设计方案。
在具体设计发电机绕组联线方案时，不仅要考虑每相绕组合成电势尽可能最大、三相电势要电角度对称，而且还要考虑使绕组端部的联线总体长度尽可能最短、空间分布合理，以减少成本、降低损耗和提高效率，同时联线布置尽可能方便焊接和实施绝缘包扎。
对于这种双星形结构绕组设计，有的设计师采取两套绕组各占铁芯圆周一半进行安放，即对半分布；有的采取对所有铁芯槽顺次编号，将单数槽所在绕组连接为一星形绕组，其余所有双数槽所在绕组连接为另一组星形绕组；也有的是并不区分单数槽双数槽，而是两套绕组沿圆周一圈混合分布进行设计。
下面主要就结合分数槽轮换数概念，介绍如何具体设计这类双星绕组的连线原理图，并对各种方案有关特点做一分析。
1分数槽绕组轮换数
采用分数槽绕组的发电机，其连线原理可以用槽电势星形图得到，这里主要介绍实际工程中采用轮换数【1】如何进行绕组连接方案的设计。
其中z---槽数 m---相数 p---极对数
2，2，2，1 2，2，1，2 2，1，2，2 1，2，2，2
不同轮换数对应的绕组划分结果如图1所示：
（a）轮换数“2221” （b）轮换数“2122”
图1 不同轮换数对应的绕组划分结果
其中数字“2”代表将相邻2个绕组相连方式串连在一起作为一个相带，“1”代表1个槽内的1个绕组就是一个相带。
为了视图简洁，图1所示内容可以等效简化为图2所示方式。
（a）轮换数“2221” （b）轮换数“2122”
图2 不同轮换数对应的绕组简化画法
2，1，2，1，2，1，22，1，2，1，2，2，1
2，2，2，2，1，1，12，1，2，2，2，1，1
……
还有一种情况，q为真分数，如q= 
，可以理解为在将5个绕组顺次安放到7个槽里，则有2个相带轮换数用0表示（代表该位置的相带空过，即没有绕组）。其轮换数以下几种：
1，1，1，0，1，1，01，1，1，1，1，0，0
不同的轮换数会得到不同的绕组连线方案，即联线原理图。
2 绕组连接前相带分配
以“槽数Z=30，2p=8，m=3，双Y”发电机为例。
易求得
1）首先按上述方法选取轮换数。这里我们取绕组轮换数为2，1，1，1
2）画出30个槽的位置与槽内线圈相同，顺次编好槽号，见图3。
图 3 槽数Z=30槽号与槽内线圈编号
3）按照轮换数分配相带位置。因为是双Y，一般有2种分配方法：
第一种方案是按照槽号依据轮换数顺次分配Y1、Y2两套绕组按实际物理分布区域各占一半（图4）；
图 4 轮换数为“2，1，1，1”分相结果
第二种方案是事先将单数槽定位Y1，双数槽定位Y2（图5）。
（a）Y1：单数槽轮换数“2111” （b）Y2：双数槽轮换数“2111”
（c）Y1、Y2画在一起示意图
图 5 单数槽定位Y1，双数槽定位Y2分相结果
相带命名是按照三相相带顺序特点顺次分配，即“A-Z-B-X-C-Y”分配好相带名称。我们约定其中“A，B，C”代表电流为头进尾出，“X，Y，Z”代表电流为尾进头出。我们约定，“A，B，C”所属绕组为”+”，“X，Y，Z”所属绕组类前面加“–”。
第一种方案相带命名后见图6
图 6 Y1、Y2两套绕组按实际物理分布区域各占一半
第二种方案相带命名后见图7。
（a） 单数槽Y1 （b）双数槽Y2
图7 单数槽定位Y1，双数槽定位Y2分相结果
3 计算绕组合成电势
（1）上述“槽数Z=30，2p=8，m=3，双Y”发电机方案一。
槽电势星形见图8，方案一中，根据照图6可知，Y1绕组中，A1相绕组线圈包括编号为1、2、5、9、13共5支线圈，结合绕组中电势方向，其连接方式可表示为“1，2，-5，9，-13”：意思是指用绕组1的尾连接绕组2的头；绕组2的尾连接绕组5的尾（前面有“-”）；绕组5的头连接绕组9的头；绕组9的尾连接绕组13的尾”（前面有“-”）。
我们设定单个绕组感生电势幅值为1，槽1所在电角度为0°，即极坐标的起点，则第n槽的电角度θ为
θ=48°（n-1）±360°k （k取0，1，2，3…）
不难推出，A1组5个绕组的电势电角度分别为：0°、48°、-192°、24°、-216°。
图 8 “槽数Z=30，2p=8，m=3，θ=48°” 槽电势星形图
从槽电势星形图易得各槽绕组电势角度如下表：
则A1组线圈连接方式为“1，2，-5，9，-13”时合成电势为：
EA1=1∠0°+1∠48°-1∠192°+1∠24°-1∠216°=4.78∠24°
同理，B1组线圈连接方式为“4、-8、11、12、-15”，合成电势为：
EB1=1∠144°-1∠336°+1∠120°+1∠168°-1∠312°=4.78∠144°
同理，C1组线圈连接方式为“-3、6、7、-10、14”，合成电势为：
EC1=-1∠96°+1∠240°+1∠288°-1∠72°+1∠264°=4.78∠-96°
依此类推，可得到第二套绕组，即第16槽到30槽，各相绕组合成电势为：
EA2=4.78∠24°
EB2=4.78∠144°
EC2=4.78∠-96°
可见，三相完全对称，两套绕组相电势同相位。见图9所示。
图9 绕组沿圆周对半布置两套绕组相合成电势
（2）上述“槽数Z=30，2p=8，m=3，双Y”发电机方案二。
位于单数槽的一组圆周均布，位于双数槽的一组也圆周均布。
A1组线圈连接方式为“1，3，-9，17，-25”合成电势为：
EA1=1∠0°+1∠96°-1∠24°+1∠48°-1∠72°=0.51∠48°
B1组线圈连接方式为“7、-15、21、23、-29”，合成电势为：EB1=1∠288°-1∠312°+1∠240°+1∠336°-1∠264°=0.51∠-72°
C1组线圈连接方式为“-5、11、13、-19、27”，合成电势为：
EC1=-1∠192°+1∠120°+1∠216°-1∠144°+1∠168°=0.51∠168°
依此类推，可得到第二套绕组，即所有双数槽，各相绕组合成电势为：
EA2=4.78∠96°
EB2=4.78∠-24°
EC2=4.78∠-144°
可见，三相电势完全对称，但两套绕组相电势不同位，相差48°电角度。见图10.
图10 绕组按单双数槽布置绕组合成电势
同时发现，第二种方案绕组合成电势明显偏小，幅值系数仅为0.51，而第一种方案幅值系数达4.78。
4 结束语
由于分数槽绕组轮换数选取不同，最后给出的绕组联线方案也会不同；不同联线方案绕组发出的电势大小也会有差异，产品绕组联线过程中遇到的问题也会不同，因此设计绕组连线图（原理图）不仅要考虑空间布线均衡，端部联线最短，还要考虑利于联线正确性的检查和分辨，减少出错，保证过程质量。
参考文献：
[1]电机学：华中工学院 许实章主编，机械工业出版社
作者简介：
雷王宏，1967年11月生，中车永济电机有限公司工艺部高级工程师。1990年毕业于西南交通大学电力牵引与传动控制专业，长期从事机车电机电气产品、风力发电机产品的质量控制和现场工艺技术与质量管理工作。
论文作者:雷王宏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/4
标签：绕组论文; 电势论文; 双数论文; 方案论文; 线圈论文; 单数论文; 星形论文; 《电力设备》2018年第36期论文;