發電機三相繞組的繞制方法
發布時間：2023-10-20 點擊：489
1．成型繞組發電機的設計
成型繞組發電機與散嵌繞組發電機的設計不同之處在于成型繞組發電機定子的銅繞組是由銅棒而不是漆包銅線束組成。定子繞組由精確成型裝入槽中的銅棒集合組成，另外繞組與槽的大小比較顯示，對于相似的繞組大小，為了使銅棒更容易插入槽中，成型繞組的定子槽開口必須較大，這樣相對來說，散嵌繞組（圖3-3b）的定子槽開口會較小，漏電抗較小，輸出電壓波形中的諧波失真也較低，這是散嵌繞組發電機與成型繞組發電機比較，最重要的性能優勢。
發電機組定子結構圖
2．散嵌繞組的設計
發電機繞組通常是繞線機繞制的預制漆包銅線束，漆包銅線束再嵌入定子槽中。散嵌繞組設計的定子槽開口非常小，每個繞組由許多小截面積的漆包銅線組成。同時散嵌繞組間占用的絕緣空間比成型繞組更小。
發電機繞組展開圖
3．性能差異
1）一般來說，銅棒比漆包銅線束更加堅硬，因此成型繞組發電機比散嵌繞組發電機更容易提供堅固耐用的機械結構，但散嵌繞組中新材料、新工藝的使用以及設計改良也一樣可以提供耐用的機械結構，所以不能說散嵌繞組發電機耐用性一定比成型繞組發電機差。例如，cgt所有大于250kva的發電機均采用真空壓力浸漆（vpi）工藝，這使得定子繞組絕緣漆填充充分，無氣泡堆積，且比其他發電機生產商只采用普通浸漆設計具有更強的機械性能。因此，cgt散嵌繞組發電機能夠應用于除油田鉆機等極端非線性沖擊負載應用之外的絕大多數應用。
2）成型繞組發電機線圈之間比散嵌繞組發電機具有更多的絕緣間隙，中壓/高壓發電機導體之間的電壓差更大，需要更多的絕緣材料。
3）成型繞組發電機采用了更多的絕緣材料，使得發電機的冷卻難度加大，這就需要更多的銅棒材料（減少銅耗發熱）來達到相同的溫升等級。
4）一般情況下，更大的空氣間隙和定子槽開口會導致更大的固有電壓波形諧波失真（特別是在較高頻率下），所以在機械性能相差不多的情況下，成型繞組發電機比散嵌繞組發電機電壓波形質量較差。
5）由于散嵌繞組發電機的定子槽開口較小，定子與轉子之間的磁路磁阻較低，而且成型繞組往往比散嵌繞組的端部長，上述兩個因素導致在采用了相似材料情況下，散嵌繞組總體性能比成型繞組好。通常情況下，散嵌繞組的電抗比同容量的成型繞組發電機低，因此成型繞組需要較多的銅和鋼，以達到與散嵌繞組相同的短路水平和電機啟動能力。
6）除了上述材料利用率的差異，成型繞組發電機比散嵌繞組發電機組裝工藝復雜。這些因素導致成型繞組發電機單位容量的制造成本較高，零部件更換較困難。
總之，成型繞組發電機比散嵌繞組發電機容易達到更好的機械性能和介電強度指標，但新材料和新工藝的采用大大縮小了這些差距，現在上述兩項指標基本相當，但是成型繞組發電機比散嵌繞組發電機在電壓波形質量、電機啟動性能和短路性能方面表現較差。
4．應用
根據兩種類型的電機物理特性和性能的不同，成型繞組在中壓/高壓和特別大容量的發電機中應用更加理想，這種結構使得發電機匝間絕緣更好，可靠性更高，并且成本相對較低。
通常情況下，成型繞組的設計適合于需要較強的機械性能的主用電站應用，特別是存在非線性負載持續、重復地沖擊的應用。沖擊負載引起定子繞組特別是端部的電磁反應，容易使繞組變形甚至損壞。用剛性和加強固定設計，這些機械應力可以大幅度減小，從而提高發電機的可靠性，延長發電機的壽命。
成型繞組發電機一般應用于存在持續的負載突加過程的油田鉆井作業。
發電機散嵌繞組設計能夠提供最好的電壓波形質量、抗非線性負載諧波導致的波形畸變、短路電流性能（以便配電系統斷路器能夠進行選擇性保護，及時切斷故障點）和電動機啟動性能。因此，散嵌繞組是在緊急/備用情況下的最佳選擇。
散嵌繞組發電機非常適合于數據中心的不間斷電源、水處理和污水凈化等應用。這些應用主要是整流負載，不論使用市電還是發電機組供電，負載的加載過程都是漸進的，以盡量減少對電源的沖擊，相應減少瞬間電壓的驟降和驟升，這與油田鉆井應用是不同的。例如，當市電發生故障，發電機組啟動后，不間斷電源（ups）在維持后端負載不斷電的同時，將輸入電源由市電切換到發電機組供電，然后逐漸加大發電機組的負載（ups后端負載電流和ups配套蓄電池組充電電流），當ups后端負載突然增大時，ups配套蓄電池組將分擔這部分沖擊，以減少ups后端負載突加負載對發電機組的瞬間沖擊。這些發電機組承受的負載沖擊比鉆井應用中的大功率變頻器頻繁啟動產生的沖擊要小得多，相應地，對發電機繞組的機械應力也要小得多。因此，上述應用并不需要成型繞組發電機，散嵌繞組發電機效率高的優點更實用。
兩種繞組各具優缺點，很多情況下兩者均可使用，可根據性價比進行選型。總的來說，對于相似的機型，成型繞組發電機更適合中壓/高壓，以及非線性、沖擊負載迫使交流發電機受到較大機械應力的應用；散嵌繞組發電機適用于在電動機啟動能力要求高和對波形失真要求高的應用。
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成型繞組發電機與散嵌繞組發電機的設計不同之處在于成型繞組發電機定子的銅繞組是由銅棒而不是漆包銅線束組成。定子繞組由精確成型裝入槽中的銅棒集合組成，另外繞組與槽的大小比較顯示，對于相似的繞組大小，為了使銅棒更容易插入槽中，成型繞組的定子槽開口必須較大，這樣相對來說，散嵌繞組（圖3-3b）的定子槽開口會較小，漏電抗較小，輸出電壓波形中的諧波失真也較低，這是散嵌繞組發電機與成型繞組發電機比較，最重要的性能優勢。
發電機組定子結構圖
2．散嵌繞組的設計
發電機繞組通常是繞線機繞制的預制漆包銅線束，漆包銅線束再嵌入定子槽中。散嵌繞組設計的定子槽開口非常小，每個繞組由許多小截面積的漆包銅線組成。同時散嵌繞組間占用的絕緣空間比成型繞組更小。
發電機繞組展開圖
3．性能差異
1）一般來說，銅棒比漆包銅線束更加堅硬，因此成型繞組發電機比散嵌繞組發電機更容易提供堅固耐用的機械結構，但散嵌繞組中新材料、新工藝的使用以及設計改良也一樣可以提供耐用的機械結構，所以不能說散嵌繞組發電機耐用性一定比成型繞組發電機差。例如，cgt所有大于250kva的發電機均采用真空壓力浸漆（vpi）工藝，這使得定子繞組絕緣漆填充充分，無氣泡堆積，且比其他發電機生產商只采用普通浸漆設計具有更強的機械性能。因此，cgt散嵌繞組發電機能夠應用于除油田鉆機等極端非線性沖擊負載應用之外的絕大多數應用。
2）成型繞組發電機線圈之間比散嵌繞組發電機具有更多的絕緣間隙，中壓/高壓發電機導體之間的電壓差更大，需要更多的絕緣材料。
3）成型繞組發電機采用了更多的絕緣材料，使得發電機的冷卻難度加大，這就需要更多的銅棒材料（減少銅耗發熱）來達到相同的溫升等級。
4）一般情況下，更大的空氣間隙和定子槽開口會導致更大的固有電壓波形諧波失真（特別是在較高頻率下），所以在機械性能相差不多的情況下，成型繞組發電機比散嵌繞組發電機電壓波形質量較差。
5）由于散嵌繞組發電機的定子槽開口較小，定子與轉子之間的磁路磁阻較低，而且成型繞組往往比散嵌繞組的端部長，上述兩個因素導致在采用了相似材料情況下，散嵌繞組總體性能比成型繞組好。通常情況下，散嵌繞組的電抗比同容量的成型繞組發電機低，因此成型繞組需要較多的銅和鋼，以達到與散嵌繞組相同的短路水平和電機啟動能力。
6）除了上述材料利用率的差異，成型繞組發電機比散嵌繞組發電機組裝工藝復雜。這些因素導致成型繞組發電機單位容量的制造成本較高，零部件更換較困難。
總之，成型繞組發電機比散嵌繞組發電機容易達到更好的機械性能和介電強度指標，但新材料和新工藝的采用大大縮小了這些差距，現在上述兩項指標基本相當，但是成型繞組發電機比散嵌繞組發電機在電壓波形質量、電機啟動性能和短路性能方面表現較差。
4．應用
根據兩種類型的電機物理特性和性能的不同，成型繞組在中壓/高壓和特別大容量的發電機中應用更加理想，這種結構使得發電機匝間絕緣更好，可靠性更高，并且成本相對較低。
通常情況下，成型繞組的設計適合于需要較強的機械性能的主用電站應用，特別是存在非線性負載持續、重復地沖擊的應用。沖擊負載引起定子繞組特別是端部的電磁反應，容易使繞組變形甚至損壞。用剛性和加強固定設計，這些機械應力可以大幅度減小，從而提高發電機的可靠性，延長發電機的壽命。
成型繞組發電機一般應用于存在持續的負載突加過程的油田鉆井作業。
發電機散嵌繞組設計能夠提供最好的電壓波形質量、抗非線性負載諧波導致的波形畸變、短路電流性能（以便配電系統斷路器能夠進行選擇性保護，及時切斷故障點）和電動機啟動性能。因此，散嵌繞組是在緊急/備用情況下的最佳選擇。
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兩種繞組各具優缺點，很多情況下兩者均可使用，可根據性價比進行選型。總的來說，對于相似的機型，成型繞組發電機更適合中壓/高壓，以及非線性、沖擊負載迫使交流發電機受到較大機械應力的應用；散嵌繞組發電機適用于在電動機啟動能力要求高和對波形失真要求高的應用。
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