...W 空冷水轮发电机定子线圈制造工艺研究
谢正辉
[摘 要]随着交流调速技术的提高，低压大功率变频调速电动机已广泛应用在冶金、机械、电气牵引、纺织、食品等领域。它的运行特点是：调速范围宽，负载不断变化，过载能力要求高。但是，近年来国内外都相继出现大批低压大功率变频调速电动机定子绕组在运行中时常发生匝间破压等现象。许多大功率变频电机运行的寿命只有1-2年，有的只有几个星期，甚至在试运行中就出现匝间破压等故障。对此，优化绕组制造工艺引起国内外专家的特别关注。
[关键词]低压大功率；变频电机；绕组制造；分析
中图分类号：TM344.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0016-01
1 变频电机概述
1.1 概述
随着电力电子技术及新型半导体器件的迅速发展，交流调速技术得到不断的完善和提高，逐步完善的变频器以其良好的输出波形、优异的性能价格比在交流电机上得到广泛应用。例如：钢厂用于轧钢的大型电动机和中、小型辊道电动机、铁路及城市轨道交通用牵引电机、电梯电机、集装箱起吊设备用起重电机、水泵和风机用电机、压缩机、家用电器用电机等都相继使用交流变频调速电机，并取得了良好效果。采用交流变频调速电机比直流调速电机具有显著的优点：一是调速容易，而且节能。二是交流电机结构简单、体积小、惯量小、造价低、维修容易、耐用。三是可以扩大容量，实现高转速和高电压运行。四是可以实现软启动和快速制动。五是无火花、防爆、环境适应能力强。
近年来，国际上变频调速传动装置以每年13%-16%的增长率发展，并有逐步取代大部分直流调速传动装置的趋势。由于以恒频、恒压电源进行工作的普通异步电机应用于变频调速系统时，存在着很大的局限性，国外发展了根据使用场合和使用要求而设计的专用的变频交流电动机。
1.2 发展过程
现在的电机变频系统大都是采用的恒V/F控制系统，这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统，这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要求，但是对于动态和静态的调节性能都是有限的，不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能，我们只能采用闭环控制系统来实现。所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式，这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能，但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用，应为在电机的转速较高的时候，这种系统不仅不会达到节约电能的目的，还会使电机产生极大的瞬态电流，使得电机的转矩在瞬间发生变化。所以说为了实现在较高的转速中实现较高的动态和静态性能，只有先解决电机产生瞬态电流的问题，只有将这个问题合理的解决我们才能更好的发展电机变频节能控制技术
2 变频器介绍
变频器作为交流调速驱动设备使用已经非常成熟，在生产控制中得到了广泛的应用。变频器的主电路结构图如图1所示，它包括整流桥、制动单元和逆变器三部分，整流桥大多数变频器采用二极管组成，制动单元可根据驱动设备的性质使用或不用，整流桥大多数为绝缘栅双极晶体管（IGBT），也有功率场效应管（MOSFET）的。变频器的逆变器输出部分多采用脉宽调制技术（PWM），为宽度很窄的矩形波，矢量合成后近似为正弦波如图2所示，输出波形中含有一定量的谐波，这些谐波对电机是存在危害的。这种危害性在功率较小的变频器中表现不明显，在大功率变频器中就非常的明显。虽然变频器优点非常多，为交流调速带来了革命，但变频器对驱动设备-电机的危害也逐渐为大家所认识、了解。
3 制造过程
3.1 绕线
低压大功率线圈并绕根数和匝数相对较多，采用数控绕线机，可以实现自动排线和恒张力功能，保证线圈形状规则，直线部分平直；使用更低的转速，更大的转角半径对电磁线漆膜进行更好的保护；采用合理的放线装置，有自动导向功能，不损伤漆膜。
3.2 下线
绕组每极相组线圈间增加一层挺度小，透气性好和成本低的绝缘材料。目的是防止线圈在下线、整形过程中敲打因导线直接摩擦造成导线絕缘层损伤；绝缘纸吸漆性能好可增加挂漆量；服帖易于绑扎处理；加强匝间绝缘也可降低线圈之间匝间机率，见图1。相间绝缘要求选择电气性能高，但挺度小，易于绑扎服贴，增加挂漆量的材料。绕组端部R部分整形，形成接线平台。下线结束后，通过用橡皮锤子敲击绕组两侧R端部部分（尤其是前端）形成平台，便于线路排列和绑扎，还可以为接线工序提供便利，见图2。
3.3 接线
绕组端部采用无碱玻璃丝套管作为固定环，此环作为端部绑扎绳的固定箍，不仅能保证端部绑扎整体受力均匀，而且防止线圈端部绑扎时相间绝缘被勒出以及绑扎绳直接施加作用力在线匝上。端部增加槽口膨胀垫块，防止槽口受力。
3.4 线路绑扎
引出线按照先长后短的顺序层层排列在接线平台上，联接头（U1、U2、V1、V2、W1、W2）位置规则地分布在绕组两侧，相邻联接头尽量间隔远一些，保证留出与电缆联接的空间，避免出现重叠。
3.5 电缆引接线连接
线路连接头导线漆皮挠净后，电缆和绕组采用铜管六方冷压方式连接。利用前端端部的固定环，将端部、线路及电缆一起采用连续绑扎工艺。
3.6 浸漆
由于变频调速电动机可以在很低的频率下起动，因而可以做到频繁起动，从而使电机经常处于循环交变应力作用之下，给电动机的绝缘带来疲劳和加速老化。采用VPI真空压力浸漆，绕组端部和直线部位固化成整体，从而减小匝间短路的可能；同时，浸渍漆充分占满槽内空间，散热性能好。
4 结论
通过一系列的试验，实际生产中的应用及用户的使用效果表明，按此工艺生产的变频电机的绝缘性能基本上能够满足用户的使用要求；出厂后使用情况良好，质量处于受控状态。低压大功率变频调速三相异步电动机的国内用量逐渐增加。采用此种绕组制造工艺，大幅度提升了低压大功率电机的产品品质，降低了发生匝间破压等概率，提高了性能价格比，成为同行业中先进的产品，深受钢铁、冶金、矿山、石油、纺织、机械、电力等行业的欢迎，社会效益与经济效益显著。
参考文献
[1] 姜云波，宋国玉.低压大功率变频电机散线绕组制造工艺研究[J].机械管理开发，2011，02：31+33.
[2] 帅安文，陈月忠，武智梅.低压大功率变频电机轴电流的分析与处理[J].硅谷，2012，12：170+141.
[3] 杨枢林.低压大功率变频三相异步电动机浅谈[J].科技情报开发与经济，2008，36：158-160.
