三相异步电动机低谐波绕组的特点及应用

低谐波绕组在三相异步电动机运用中有多种形式，常见的如“△-Y”混接的正弦绕组、单双层混合绕组以及双层低谐波绕组等。其中单、双层混合同心式不等匝并按余弦分布的绕组形式（以下称低谐波绕组），与其它低谐波绕组相比，具有设计快捷，制造工艺相对简单等特点。  

1低谐波绕组的特点

 低谐波绕组是一种“高精度”的特殊单、双层不等匝混合绕组，就目前实际运用的低谐波绕组其本身结构而言，它综合了普通的单层和双层绕组的基本特征，并能有效地消除或削弱高次谐波，使综合谐波强度减小50%左右甚至更多，改善电机气隙磁势波形，从而达到提高电机效率、改善起动性能、降低电机温升等效果。   从电机电磁设计考虑，由于低谐波绕组是一种“高精度”绕组形式，故在电磁设计时能灵活地选择每槽每层匝数，使每极每相槽数之间的匝数之差大于1及以上，因此，它的极相组的串联匝数可实现灵活微调。   而普通双层绕组每极每相槽数之间的每槽每层匝数相差值至多等于1，且其跨距均为叠式等距，故在进行电磁方案设计时受到很大的局限。   因此，低谐波绕组在进行电磁方案设计时，比普通双层绕组更易兼顾到电机各项性能指标，使方案设计能达到最佳效果。  
 
 

2低谐波绕组与普通双层叠绕组及普通单层绕组性能对比

 通过样机试验对比分析，采用低谐波绕组的电机性能较普通双层绕组及普通单层绕组电机性能有几个明显不同之处，具体如下：  
（1）设计时的侧重点之调整  在设计低谐波绕组电磁方案时，除考虑保证电机各项性能指标符合产品标准规定外，还要顾及用户在实际使用和直接感观到的一些性能指标，如对电机温升、起动、空载电流、噪声、振动和过载能力等，在设计时都有所侧重。 特别是对温升指标，因该指标无容差规定，故在设计时要留一定裕度。 若温升裕度过小，往往会因制造工艺或原材料质量的波动，电机温升有可能不合格。 解决电机温升的途径有很多，可从工艺和结构上进行改进，也可运用低谐波绕组方案改进。 针对在从工艺或结构上难以降低温升的情况下，运用低谐波绕组可消除或削弱电机的高次谐波的优势，从而可以降低杂耗，使其达到降低温升的效果。  （2）设计时对效率指标的控制  为确保电机的实测效率指标控制在规定范围内，故在设计低谐波绕组电机时，将效率设计值置于大于标准规定值一定范围以上。 这里需说明： 由于受测试条件限制，很多电机生产企业对于电机的杂散耗只能根据产品标准规定，由计算的方法而得出，即不是实测值，而实际上很多规格电机产品杂散损耗比标准给定值高很多，从而造成计算结果中效率值比实测效率值低。 所以，在同等条件下，对低谐波绕组电机而言，若按实测杂散耗的方法进行试验，它的效率实测值就比普通双层绕组电机的效率实测值留有一定的裕度（因低谐波绕组谐波含量少，所以附加损耗也比普通绕组要小）。  （3）设计时对功率因数指标的确定  在进行低谐波绕组电机设计时，在保证堵转电流等指标合格的前提下，将功率因数指标尽可能控制在下限，这对在进行电磁方案设计时选取电机铁心长度，更具有一定的合理性，同时，也可避免实测时有过高的功率因数指标。  （4）可能存在的问题

在进行低谐波绕组电机设计时，一般定子线圈的每极每相槽数q小于等于2时，对削弱高次谐波，改善电机气隙磁势波形等效果不是很明显，也达不到比较好的节铜提效效果，但当定子线圈的每极每相槽数q大于3且q越大时，其对削弱高次谐波，改善电机气隙磁势波形等效果越是明显。 低谐波绕组电机因绕组形式不同于现生产的普通双层绕组电机，所以在线圈绕制和嵌线等工序，特别是嵌线较普通双层绕组存在不同，开始实施阶段，嵌线职工可能会产生排斥现象，但当嵌线工熟悉了这类绕组的嵌线方法以后，因为这类绕组很多存在单层，槽满率又不是很高，嵌线效率会明显提高，节省工时； 若在原单层绕组的电机上推广低谐波绕组，除工时略有增加外，还要另增加电机层间绝缘等费用，但从综合成本考虑，节省的成本要比增加的工时及材料成本多很多，降低成本效果明显。  
 

3结论

 根据之前低谐波绕组在诸多规格电机中的运用效果以及部分规格的型式试验报告来看，可以认为低谐波绕组完全可广泛运用到中心高H160及以上机座号，且每极每相槽数q大于等于3的电机中，即低谐波绕组可用于任何系列单速电机以及变频系列电机中，特别是在变频电机中，因变频器输出电压含有较多高次谐波，低谐波绕组降低高次谐波的效果在变频器供电时会极好地得到体现。  
 从以前在多个规格电机产品运用低谐波绕组的实际运用效果看，低谐波绕组在使用中有两种方式： 1、在原合格的电机上推广应用，保持原有性能不降低，它的节材效果特别明显，在铁心长度不调整的前提下，仅需新做一套绕线模，就可以达到7%以上的节铜率，节铜效果明显，如我司160M-4-11，原漆包线重量7.23（车间实际称重），低谐波绕组计算铜重6.5Kg，节省漆包线0.73Kg（占原铜重的10%多），温升降低11K;280S-4 75KW电机，采用低谐波绕组方案投入批量生产，每台节省漆包线3.46Kg（车间实际称重对比）。 如结合型式试验数据，根据温升及效率裕量，再适当调整铁心长度，可以使产品性能更加优化，成本更低，可获得非常可观的经济效益； 若不考虑节材，采用低谐波绕组方案，则可以明显提高电动机产品的性能，比如效率提高，温升降低等，用于高效电机生产，可以在满足性能指标的前提下，不需要增加很多成本，有利于以较低价格占领市场或者获取较大利润。 节材或提效两种计算方法根据产品的实际需要灵活应用。  
 考虑很多规格节铜率比较高，均衡不能采用该算法的规格（主要是132以下规格，用铜总量少），如果一个电机生产企业可以生产到355机座，平均节铜率可达5%左右。 如电机生产企业一年漆包线用量为1000吨，按照5%的平均节铜率计算，就是1000*5%=50吨，每吨漆包线约6.3万元（目前铜的价格是6.3万左右），约合315万元，在投入很少的前提下，节铜方案取得的经济效果显著。