分数极路比叠绕组连接方法

摘要

本发明公开一种分数极路比叠绕组连接方法，绕组的极对数为奇数，每极每相槽数为2n，n为任意正整数；各相绕组分布规律相同；构成每相绕组的四条并联支路中两两支路绕组分布规律相同，通过调整某两对极的线圈跨距，构成跨距为3×2n、3×2n‑1和3×2n+(2n‑1)个槽距的分数极路比叠绕组；本发明打破了传统交流绕组理论限制，为极对数为奇数的电机提供了分数极路比叠绕组连接方法，有效地解决了大型抽水蓄能电机和水轮发电机容量、电压和转速不匹配的矛盾，提高了电机的性能，使电机的结构合理、制造安装工艺性优良、维护简单、运行可靠，并提高了整个电站系统的技术经济指标。

权利要求

1.一种分数极路比叠绕组连接方法，其特征是：绕组的极对数p为奇数，即p＝2m+1，每极每相槽数为2n，m为零或任意正整数，n为任意正整数；各相绕组分布规律相同，即：每相绕组由四条支路绕组构成，两两支路绕组分布规律相同，四条支路绕组的电势和磁势相等，支路绕组对称；相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差均相等，相绕组对称；以任意正整数M表示极相组编号，且M大于等于2n和2m+1中的大者；所述每相四条支路绕组的结构为：第一支路绕组为：

第一极至第m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为M+1号极相组、M+2号极相组、直至M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；第m+1极、列编号为奇数3至2n-1的n-1个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为偶数的n-1个槽内下层线棒依次相连构成n-1个线圈，将列编号为1的槽内上层线棒与跨距为3×2n+(2n-1)个槽距、列编号为2n的槽内下层线棒相连构成一个线圈，将这n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+1号半极相组；将M+1号极相组到M+m号极相组和2M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第一支路绕组；

第二支路绕组为：

第m+1极、列编号为偶数的n个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为奇数的n个槽内下层线棒依次相连构成n个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成2M+2号半极相组；第m+2极至第2m+1极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为3M+1号极相组、3M+2号极相组、直至3M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；将

2M+2号半极相组和3M+1号极相组到3M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第二支路绕组；

第三支路绕组为：

第(2m+1)+1极至第(2m+1)+m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为5M+1号极相组、5M+2号极相组、直至5M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；第(2m+1)+m+1极、列编号为奇数的3至2n-1的n-1个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为偶数的n-1个槽内下层线棒依次相连构成n-1个线圈，将列编号为1的槽内上层线棒与跨距为3×2n+(2n-1)个槽距、列编号为2n的槽内下层线棒相连构成一个线圈，将这n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成6M+1号半极相组；将5M+1号极相组到5M+m号极相组和6M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组；

第四支路绕组为：

第(2m+1)+m+1极、列编号为偶数的n个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为奇数的n个槽内下层线棒依次相连构成n个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成6M+2号半极相组；第(2m+1)+m+2极至第2×(2m+1)极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为7M+1号极相组、7M+2号极相组、直至7M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；将6M+2号半极相组和7M+1号极相组到7M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第四支路绕组。

2.根据权利要求1所述的一种分数极路比叠绕组连接方法，其特征是：所述线圈的跨距不等，分别为3×2n、3×2n-1和3×2n+(2n-1)个槽距，线圈跨距的调整均在非出线侧进行。

说明书

分数极路比叠绕组连接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及交流绕组领域，具体涉及一种分数极路比叠绕组连接方法。

背景技术

[0002] 定子绕组是实现机电能量转换的重要部件，直接影响电机的各项性能。统计投运的水轮发电机发现，极对数为奇数的水轮发电机比较少，且容量也较小，定子绕组的支路数主要为一支路和二支路，主要受定子绕组可选支路数的限制。根据电机绕组理论，极对数为奇数的水轮发电机定子绕组的支路数要么太少要么太多，不存在四支路绕组，甚至不存在三支路绕组，这也是这类水轮发电机较少的一个重要原因。而随着容量增大更突显出容量、电压和转速不匹配的矛盾，给电机设计带来困难，使电机性能和结构不合理、电站系统的技术经济指标不佳。以往解决的方法是，要么放弃此转速下水轮机优越的性能采用其他转速的水轮机，要么接受电机不尽合理的性能，其代价昂贵。

发明内容

[0003] 本发明提供一种分数极路比叠绕组连接方法，虽然四支路绕组不是极对数为奇数的常规支路数，但通过调整接线方式仍可获得对称支路的对称绕组，且接线简单方便，可有效地解决容量电压转速不匹配的矛盾，提高电机乃至整个电站系统的技术经济性。

[0004] 本发明的技术方案为：

[0005] 本发明公开一种分数极路比叠绕组连接方法，其特征是：绕组的极对数p为奇数，即p＝2m+1，每极每相槽数为2n，m为零或任意正整数，n为任意正整数；各相绕组分布规律相同，即：每相绕组由四条支路绕组构成，两两支路绕组分布规律相同，四条支路绕组的电势和磁势相等，支路绕组对称；相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差均相等，相绕组对称；以任意正整数M表示极相组编号，且M大于等于2n和2m+1中的大者；所述每相四条支路绕组的结构为：

[0006] 第一支路绕组为：

[0007] 第一极至第m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为M+1号极相组、M+2号极相组、直至M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；第m+1极、列编号为奇数3至2n-1的n-1个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为偶数的n-1个槽内下层线棒依次相连构成n-1个线圈，将列编号为1的槽内上层线棒与跨距为3×2n+(2n-1)个槽距、列编号为2n的槽内下层线棒相连构成一个线圈，将这n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+1号半极相组；将M+1号极相组到M+m号极相组和2M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第一支路绕组；

[0008] 第二支路绕组为：

[0009] 第m+1极、列编号为偶数的n个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为奇数的n个槽内下层线棒依次相连构成n个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成2M+2号半极相组；第m+2极至第2m+1极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为3M+1号极相组、3M+2号极相组、直至3M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；将2M+2号半极相组和3M+1号极相组到3M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第二支路绕组；

[0010] 第三支路绕组为：

[0011] 第(2m+1)+1极至第(2m+1)+m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为5M+1号极相组、5M+2号极相组、直至5M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；第(2m+1)+m+1极、列编号为奇数的3至2n-1的n-1个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为偶数的n-1个槽内下层线棒依次相连构成n-1个线圈，将列编号为1的槽内上层线棒与跨距为3×2n+(2n-1)个槽距、列编号为2n的槽内下层线棒相连构成一个线圈，将这n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成6M+1号半极相组；将5M+1号极相组到5M+m号极相组和6M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组；

[0012] 第四支路绕组为：

[0013] 第(2m+1)+m+1极、列编号为偶数的n个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为奇数的n个槽内下层线棒依次相连构成n个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成6M+2号半极相组；第(2m+1)+m+2极至第2×(2m+1)极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为7M+1号极相组、7M+2号极相组、直至7M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；将6M+2号半极相组和7M+1号极相组到7M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第四支路绕组。

[0014] 本发明公开一种分数极路比叠绕组连接方法，其特征是：所述线圈的跨距不等，分别为3×2n、3×2n-1和3×2n+(2n-1)个槽距，线圈跨距的调整均在非出线侧进行。

[0015] 本发明技术效果：

[0016] 根据交流绕组理论，极对数为奇数的绕组，其并联支路数要么太少要么太多，不存在四支路绕组，甚至不存在三支路绕组。正是这种原因，给电机设计带来巨大困难，使电机出现容量、电压和转速不匹配的矛盾以及性能、结构不合理等一系列问题。以往解决的方法是，要么放弃此转速下水轮机优越的性能而采用其他转速的水轮机，要么接受电机不尽合理的性能，其代价昂贵。而本发明打破了交流绕组理论限制，通过跨接线等特殊技术方法改变线圈跨距，获得了分数极路比叠绕组，为极对数为奇数的电机提供了分数极路比叠绕组连接方法；虽然四支路绕组不是奇数对极的常规可选支路数，但未使绕组的制造和安装工艺复杂；相反，由于槽数减少、槽形尺寸变大，可以使线棒的截面尺寸合理，便于制造和安装；同时增大了定子齿距，有利于线棒的安装和绑扎，预防电晕、提高电机的安全可靠性；另外，由于支路数减少，使定子铁心长度缩短，可以降低厂房高度，减少电站的建设成本；更重要的是能提高电机的超瞬变电抗等性能指标，使电机性能更加合理，并提高电站系统的技术经济指标；综上所述，采用了四支路绕组，有效地解决了大容量抽水蓄能电机和水轮发电机容量、电压和转速不匹配的矛盾，可提高电机的性能，使电机的结构合理、制造安装工艺性优良、维护简单、运行可靠，同时提高了整个电站系统的技术经济指标。

附图说明

[0017] 图1为本发明A相带线圈位置分布示意图。

[0018] 图2为本发明X相带线圈位置分布示意图。

[0019] 图3为本发明各支路绕组连接示意图。

具体实施方式

[0020] 本发明具体实施方式描述如下，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

[0021] 本发明公开一种分数极路比叠绕组连接方法，绕组的极对数p为奇数，即p＝2m+1，每极每相槽数为2n，m为零或任意正整数，n为任意正整数；各相绕组分布规律相同，即：每相绕组由四条支路绕组构成，两两支路绕组分布规律相同，四条支路绕组的电势和磁势相等，支路绕组对称；相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差均相等，相绕组对称；以任意正整数M表示极相组编号，且M大于等于2n和2m+1中的大者；所述每相四条支路绕组的结构为：

[0022] 第一支路绕组为：

[0023] 第一极至第m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为M+1号极相组、M+2号极相组、直至M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；第m+1极、列编号为奇数3至2n-1的n-1个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为偶数的n-1个槽内下层线棒依次相连构成n-1个线圈，将列编号为1的槽内上层线棒与跨距为3×2n+(2n-1)个槽距、列编号为2n的槽内下层线棒相连构成一个线圈，将这n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成2M+1号半极相组；将M+1号极相组到M+m号极相组和2M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第一支路绕组；

[0024] 第二支路绕组为：

[0025] 第m+1极、列编号为偶数的n个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为奇数的n个槽内下层线棒依次相连构成n个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成2M+2号半极相组；第m+2极至第2m+1极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为3M+1号极相组、3M+2号极相组、直至3M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；将2M+2号半极相组和3M+1号极相组到3M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第二支路绕组；

[0026] 第三支路绕组为：

[0027] 第(2m+1)+1极至第(2m+1)+m极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为5M+1号极相组、5M+2号极相组、直至5M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；第(2m+1)+m+1极、列编号为奇数的3至2n-1的n-1个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为偶数的n-1个槽内下层线棒依次相连构成n-1个线圈，将列编号为1的槽内上层线棒与跨距为3×2n+(2n-1)个槽距、列编号为2n的槽内下层线棒相连构成一个线圈，将这n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成6M+1号半极相组；将5M+1号极相组到5M+m号极相组和6M+1号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组；

[0028] 第四支路绕组为：

[0029] 第(2m+1)+m+1极、列编号为偶数的n个槽内上层线棒与跨距为3×2n-1个槽距、列编号为奇数的n个槽内下层线棒依次相连构成n个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成6M+2号半极相组；第(2m+1)+m+2极至第2×(2m+1)极的每极2n个线圈按照电势相加的原则依次串联构成m个极相组，分别为7M+1号极相组、7M+2号极相组、直至7M+m号极相组，线圈跨距为3×2n个槽距；将6M+2号半极相组和7M+1号极相组到7M+m号极相组按照电势相加的原则依次串联构成第四支路绕组。

[0030] 本发明公开一种分数极路比叠绕组连接方法，其特征是：所述线圈的跨距不等，分别为3×2n、3×2n-1和3×2n+(2n-1)个槽距，线圈跨距的调整均在非出线侧进行。

[0031] 为了清楚起见，针对本发明提供的一种分数极路比叠绕组连接方法，以实例对具体实施方式进行详细说明。

[0032] 本发明公开一种分数极路比叠绕组连接方法，绕组的极对数7(m＝3)为奇数，每极每相槽数为6(n＝3)，每相绕组由四条支路构成，每条支路为相邻 个极的三个极相组和一个半极相组按照电势相加的原则依次串联构成；支路绕组对称分布、支路电势和磁势相等，支路绕组对称；相绕组的电势大小、时间相角差以及磁势大小、空间相角差相等，相绕组对称；图1和图2分别为本发明A相带和X相带绕组线圈位置分布示意图，图中对所有线圈进行编号，以线圈上层边所在槽的编号作为线圈编号，第一列为极数序号，统一用罗马数字编排，第一行为列编号，最大为每极每相槽数6；假定M＝10；以A相四条支路绕组连接为例进行具体说明；

[0033] 第一支路绕组(即A1支路绕组)为：

[0034] 第Ⅰ极至第Ⅲ极的每极6个线圈按照电势相加的原则依次串联构成3个极相组，分别为11号极相组、12号极相组和13号极相组，线圈跨距为18个槽距，如图1和图2所示；11号极相组由1号线圈、2号线圈、3号线圈、4号线圈、5号线圈和6号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；12号极相组由19号线圈、20号线圈、21号线圈、22号线圈、23号线圈和24号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；13号极相组由37号线圈、38号线圈、39号线圈、40号线圈、41号线圈和42号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；第Ⅳ极的列编号为奇数3和5的57号槽和59号槽的上层线棒依次与跨距为17个槽距、列编号为偶数的74号槽和76号槽的下层线棒相连构成2个线圈，将列编号为1的55号槽的上层线棒与跨距为23个槽距、列编号为偶数6的78号槽的下层线棒相连构成一个线圈，将这3个线圈按照电势相加的原则依次串联构成21号半极相组，如图2所示；21号半极相组由55号线圈、57号线圈和59号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；将11号极相组、12号极相组和13号极相组以及21号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成A相第一支路绕组(即A1支路绕组)；即将1号线圈、2号线圈、3号线圈、4号线圈、5号线圈、6号线圈、24号线圈、23号线圈、22号线圈、21号线圈、20号线圈、19号线圈、37号线圈、38号线圈、39号线圈、40号线圈、41号线圈、42号线圈、59号线圈、57号线圈和55号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A相第一支路绕组(即A1支路绕组)，如图3所示；

[0035] 第二支路绕组(即A2支路绕组)为：

[0036] 第Ⅳ极的列编号为偶数的56号槽、58号槽和60号槽的上层线棒依次与跨距为17个槽距、列编号为奇数的73号槽、75号槽和77号槽的下层线棒相连构成3个线圈，再将其按照电势相加的原则依次串联构成22号半极相组，如图2所示；22号半极相组由56号线圈、58号线圈和60号线圈按照电势相加的原则依次串联连接构成；第Ⅴ极至第Ⅶ极的每极6个线圈按照电势相加的原则依次串联构成3个极相组，分别为31号极相组、32号极相组和33号极相组，线圈跨距为18个槽距，如图1和图2所示；31号极相组由73号线圈、74号线圈、75号线圈、76号线圈、77号线圈和78号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；32号极相组由91号线圈、92号线圈、93号线圈、94号线圈、95号线圈和96号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；33号极相组由109号线圈、110号线圈、111号线圈、112号线圈、113号线圈和114号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；将22号半极相组以及31号极相组、32号极相组和33号极相组按照电势相加的原则依次串联构成A相第二支路绕组(即A2支路绕组)；即将56号线圈、
58号线圈和60号线圈、78号线圈、77号线圈、76号线圈、75号线圈、74号线圈、73号线圈、91号线圈、92号线圈、93号线圈、94号线圈、95号线圈、96号线圈、114号线圈、113号线圈、112号线圈、111号线圈、110号线圈、109号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A相第二支路绕组(即A2支路绕组)，如图3所示；

[0037] 第三支路绕组(即A3支路绕组)为：

[0038] 第Ⅷ极至第Ⅹ极的每极6个线圈按照电势相加的原则依次串联构成3个极相组，分别为51号极相组、52号极相组和53号极相组，线圈跨距为18个槽距，如图1和图2所示；51号极相组由127号线圈、128号线圈、129号线圈、130号线圈、131号线圈和132号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；52号极相组由145号线圈、146号线圈、147号线圈、148号线圈、149号线圈和150号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；53号极相组由163号线圈、164号线圈、165号线圈、166号线圈、167号线圈和168号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；第XI极的列编号为3和5的183号槽和185号槽的上层线棒依次与跨距为17个槽距、列编号为偶数的200号槽和202号槽的下层线棒相连构成2个线圈，将列编号为1的181号槽的上层线棒与跨距为23个槽距、列编号为6的204号槽的下层线棒相连构成一个线圈，将这3个线圈按照电势相加的原则依次串联构成61号半极相组，如图1所示；61号半极相组由183号线圈、185号线圈和181号线圈按照电势相加的原则依次串联连接构成；将51号极相组、52号极相组和53号极相组以及61号半极相组按照电势相加的原则依次串联构成第三支路绕组(即A3支路绕组)；即将127号线圈、128号线圈、129号线圈、130号线圈、131号线圈、132号线圈、
150号线圈、149号线圈、148号线圈、147号线圈、146号线圈、145号线圈、163号线圈、164号线圈、165号线圈、166号线圈、167号线圈、168号线圈、185号线圈、183号线圈和181号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A相第三支路绕组(即A3支路绕组)，如图3所示；

[0039] 第四支路绕组(即A4支路绕组)为：

[0040] 第XI极的列编号为2和4偶数的182号槽和184号槽的上层线棒依次与跨距为17个槽距、列编号为奇数的201号槽和203号槽的下层线棒相连构成2个线圈，将列编号为6的186号槽的上层线棒与跨距为23个槽距、列编号为1的199号槽的下层线棒相连构成一个线圈，将这3个线圈依次串联构成62号半极相组，如图1所示；62号半极相组由182号线圈、184号线圈和186号线圈按照电势相加的原则依次串联连接构成；第XⅡ极至第XⅣ极的每极6个线圈按照电势相加的原则依次串联构成3个极相组，分别为71号极相组、72号极相组和73号极相组，线圈跨距为18个槽距，如图1和图2所示；71号极相组由199号线圈、200号线圈、201号线圈、202号线圈、203号线圈和204号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；72号极相组由217号线圈、218号线圈、219号线圈、220号线圈、221号线圈和222号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；73号极相组由235号线圈、236号线圈、237号线圈、238号线圈、239号线圈和240号线圈按照电势相加的原则依次串联构成；将62号半极相组以及71号极相组、72号极相组和73号极相组按照电势相加的原则依次串联构成A相第四支路绕组(即A4支路绕组)；
即将182号线圈、184号线圈、186号线圈、204号线圈、203号线圈、202号线圈、201号线圈、200号线圈、199号线圈、217号线圈、218号线圈、219号线圈、220号线圈、221号线圈、222号线圈、
240号线圈、239号线圈、238号线圈、237号线圈、236号线圈和235号线圈按照电势相加的原则依次串联构成A相第四支路绕组(即A4支路绕组)，如图3所示；

[0041] 本发明实施例的主要特点：所述线圈的跨距不等，分别为18个槽距、17个槽距和23个槽距；而线圈跨距的调整均在非出线侧进行。