定子繞組的案例
新能源車用驅動電機定子繞組技術
2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
新能源車用驅動電機定子繞組技術
2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
第一代繞組技術：徑向嵌裝繞組
徑向嵌裝繞組是指將銅導體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口將繞組從徑向方向裝配進鐵芯槽內（如圖3，圖4所示為聯合電子開發的圓線/扁線徑向嵌裝繞組）。
從1888年開始，工業電機上應用的主流繞組技術均為徑向嵌裝繞組，初期繞組技術以分布式圓線徑向嵌裝繞組為主，1942年又逐漸衍生出集中式圓線徑向嵌裝繞組，隨后到1995年發展出集中式扁線繞組以及分布式波繞扁線繞組。
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2 驅動電機定子繞組技術的發展
電機繞組的發展史，就是研究如何將更多的銅導體更方便地嵌入到定子鐵芯槽內的過程，從而實現更高的槽滿率（槽滿率是表征驅動電機繞組技術的關鍵指標，本文中定義為裸導體截面積除以鐵芯槽截面積）。從驅動電機定子繞組技術的發展歷程看，可以將其劃分為第一代徑向嵌裝繞組技術與第二代軸向嵌裝繞組技術。
新能源汽車動力密碼：定子繞組技術演變與驅動系統的未來圖景
定子繞組從傳統徑向到軸向的跨越式發展，Hair-pin、I-pin 等技術路線百家爭鳴。與此同時，高轉速、低成本等難題橫亙在前，電機材料與工藝該如何破局？一起探尋驅動電機技術的演進與突圍之路。
新能源汽車驅動電機
定子繞組技術的發展與創新
隨著新能源汽車行業的快速發展，驅動電機定子繞組技術經歷了從傳統徑向嵌裝到現代軸向嵌裝的變革。目前，軸向嵌裝繞組技術已成為主流，其中Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術路線各具優勢，推動了新能源汽車電機性能的不斷提升。
01繞組技術發展歷程
第一代：徑向嵌裝繞組技術
徑向嵌裝繞組是將銅導體繞制成型后，沿定子鐵芯齒部的極靴口裝配進鐵芯槽內。早期以分布式圓線徑向嵌裝為主，1942年發展出集中式圓線徑向嵌裝，1995年進一步發展為集中式扁線繞組和分布式波繞扁線繞組。這種技術受限于鐵芯槽口極靴形狀，影響電機的峰值/持續特性及NVH性能，且生產工藝難以實現高節拍自動化生產。
第二代：軸向嵌裝繞組技術
從1958年開始，軸向嵌裝繞組技術進入市場應用。該技術將扁銅線導體沿定子鐵芯端面槽口裝配進鐵芯槽內，具有更高的自動化生產潛力和更好的性能表現。目前，軸向嵌裝繞組技術主要有Hair-pin、I-pin、S-winding和X-pin四種技術路線。
02主流軸向嵌裝繞組技術對比
Hair-pin繞組：Hair-pin繞組是目前的主流技術，槽滿率可達70%，具有電磁設計靈活、產品設計與制造均衡度好的優勢。其繞組嵌裝所需的裝配預留空間和導體間隙小，適合大規模自動化生產。
I-pin繞組：目前以聯合電子、博世為代表。I-pin繞組無需預成型且為單槽裝配，槽滿率可達74%，功率、扭矩與效率性能優異。其制造難度低，但焊接工藝繁瑣，端部高度較大，裝配復雜度較高。
展開 
新能源驅動電機定子幾種常見的扁線繞組型式
“定子繞組是指安裝在定子上的繞組,也就是繞在定子上面的銅線。繞組是由多個線圈或線圈組構成一相或整個電磁電路的統稱。電機繞組根據線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式不同，可分為集中式和分布式兩類。集中式繞組的繞制和嵌裝比較簡單，但效率較低，運行性能也差。目前的交流電機定子絕大部分都是采用分布式繞組，根據不同機種、型號及線圈嵌繞的工藝條件，電機各自設計采用不同的繞組型式和規格”。
01
Hair pin / 發夾式繞組
Hairpin是目前比較常見的扁線繞組形式，由于單根形狀比較像發夾，所以也叫發夾式繞組。該繞組型式的特點是只需要焊接一端。
02
i-pin繞組
i-pin最大的特點是制造工藝簡單，一字型扁銅線直接插入定子槽內后扭頭焊接，特點是端部兩頭都需要焊接。
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來源：
RIO電驅動
定子繞組是提高電機效率（efficiency）、壽命（lifetime）、體積（volume）和成本的關鍵因素。因此，要滿足交通電氣化的挑戰性，選擇合適的繞組技術和適當的設計是必須的。本文討論并對比用于電驅動的高速電機（high speed electrical machines）的定子繞組技術。
汽車應用中最常用的繞組配置（winding configurations），絞合線（stranded wire）、發夾式（hairpin）以及創新型成型利茲線（formed litzwires）。本文從相位電阻（phase resistance）、交流損耗系數（AC loss factor）和熱特性（thermal behavior）來分析三個繞組方案的主要優點。
現代電動汽車中最常見的電機拓撲（motor topologies）結構，包括感應電機（IM）、永磁同步電機（PMSM）、外勵磁機（EEM）。本文選擇的基準電機（reference machine）是一臺24 krpm的永磁輔助同步磁阻電機（Permanent Magnet assisted Synchronous Reluctance Machine），峰值功率為200 kW。
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此外，繞組端部的電磁作用力沿圓周呈類似橢圓形分布，所以當繞組端部的共振頻率為100Hz左右，且其振型呈橢圓形狀時，造成共振的危險性最大。
交變（100Hz）旋轉電磁力徑向分量分布
定子繞組端部的橢圓振形
當發電機定子繞組槽內固定、端部支撐、綁扎固定結構和工藝不滿足要求，特別是當定子繞組端部橢圓形振動頻率落入100Hz附近，則可能造成端部與倍頻電磁力發生共振，導致定子端部在運行中就可能因共振磨損大而引發事故的發生，往往機組投運后不久就會出現端部絕緣的磨損現象，嚴重情況下會導致定子繞組松動、絕緣磨損、引水管破裂、漏氫、漏水，甚至造成機組燒毀等事故。
定子斷裂的綁繩
出現移位的間隔快及磨損的線棒
另外，出廠時端部結構測試合格的發電機，運行一段時間后可能會發生變化，逐漸發生松動，繞組端部線棒的固有頻率和模態振型隨之改變，有可能落入雙倍工頻橢圓振型的范圍，此共振現象加重了松動和磨損的程度，導致故障或者事故的發生，因此分析研究定子繞組端部固定結構的振動特性，對保證機組的安全運行具有重要的意義。
展開 電動機星三角降壓啟動控制電路詳解
共有四個任務：
了解降壓起動的原因；
掌握電動機定子繞組的連接方式；
掌握Y-△降壓起動控制電路的組成；
理解Y-△降壓起動控制電路工作原理。
那為什么要降壓起動？
三相異步電動機全壓起動時電源電壓全部施加在三相繞組上，起動電流為額定電流的4~7倍，電動機功率較大時將導致電源變壓器輸出電壓下降，從而導致電動機起動困難，影響同一線路中其他電器的正常工作。
為了減小三相異步電動機直接起動電流，通常將電壓適當降低后，加到電動機定子繞組上進行起動，待電動機起動運轉后，再恢復到額定電壓運行。降壓起動達到了減小起動電流的目的。
Y-△降壓起動時，定子繞組接成Y形，當電動機轉速接近額定轉速時再換接成△形聯結。
Y-△降壓起動有一定局限，適合△形聯結、容量較大電動機，空載、輕載起動。
我們來看一下電動機定子繞組的聯結方式，電動機定子繞組分為星形和三角形兩種聯結方式。
星形聯結把U、V、W三相繞組首端U1、V1、W1分別與電源相連，尾端U2、V2、W2連成一點，接線盒端口按圖U2、V2、W2短接，形成星形聯結。
三角形聯結把三相繞組按順序首尾相連，U2與V1相連，V2與W1相連，W2與U1相連后接電源，接線盒端口按圖連接，形成三角形聯結。
Y-△降壓起動控制電路的主電路是在自鎖電路主電路基礎上增加KM△和KMY兩個交流接觸器。
通過對電動機U1、V1、W1、U2、V2、W2的連接形成星形和三角形聯結。KMY主觸點短接后把電動機U2、V2、W2連成一點實現星形聯結，KM△主觸點把接線端口U1接W2、V1接U2、W1接V2成三角形聯結。
KM、KMY主觸點閉合時電動機星形聯結。KM、KM△主觸點閉合時電動機三角形聯結。
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然后對關鍵部位的尺寸進行測量，對電機繞組作電氣檢查。
（1）機械檢查
測量石墨軸承的孔徑和軸套的軸徑，并察看它們配合面的光潔度。如石墨軸承和軸套的配合間隙超過檢修標準的規定（0.55—11kw配合間隙，直徑差為0.4㎜，15—45kw配合間隙，直徑差為0.5㎜）或配合面光潔度不良時，需根據情況更換軸承、軸套或推力板。
測量檢查葉輪的上、下外止口和與它們相配合的扣環及泵座內徑的尺寸，這兩個配合間隙是否在檢修標準規定的范圍內，超差時需更換零件或采取其它措施（如：堆焊、鑲套）使配合間隙達到規定要求。否則將影響泵的性能、流量、揚程、軸向平衡力等。
觀察檢查定、轉子屏蔽套的表觀情況，尤其要注意焊縫處有無異常情況，必要時應作探傷、檢漏檢查。
經過長期運行后，轉動部分的平衡情況可能有變化。因此，有必要將轉子連同葉輪等旋轉零件組裝在一起做動平衡試驗。
（2）電氣檢查
直流電阻檢查：三相電阻的不平衡度不得超過2。
絕緣電阻檢查：屏蔽泵電機繞組的絕緣電阻一般能達到100MΩ以上。如低于5MΩ時需分析原因，絕緣是否受潮，或屏蔽套是否有泄漏點等，如經定子屏蔽套檢漏無問題，則純屬絕緣受潮，需進行干燥處理，如定子屏蔽套有問題，則需更換屏蔽套。
3、屏蔽泵的恢復性大修
如遇繞組或屏蔽套損壞的屏蔽泵，則需進行恢復性大修。損壞情況大體分為兩種：一種是定子屏蔽套良好，而定子繞組發生對地、相間擊穿，線圈匝間短路，過載而造成繞組燒毀。另一種是由于定子屏蔽套損壞而使介質侵入定子繞組致使定子繞組損壞。不論哪種情況，均需更換定子線圈和屏蔽套。
由于屏蔽泵結構特殊，更換定子繞組變得比較復雜，必須拆除定子屏蔽套及兩端封板，才能拆除定子繞組。修復繞組后，又必須重新制作新的屏蔽套和封板。其材料要求特殊，且制作精度也要求較高。
展開 電動機降壓啟動方式及原理接線圖大全
它具有線路結構緊湊、不受電動機繞組接線方式限制的優點，還可按允許的啟動電流和所需要的啟動轉矩選用不同的變壓器電壓抽頭，故適用于容量較大的電動機。
圖1 自耦減壓啟動
工作原理如圖1所示:啟動電動機時，將刀柄推向啟動位置，此時三相交流電源通過自耦變壓器與電動機相連接。待啟動完畢后，把刀柄扳至運行位置切除自耦變壓器，使電動機直接接到三相電源上，電動機正常運轉。此時吸合線圈KV得電吸合，通過連鎖機構保持刀柄在運行位置。停轉時，按下SB按鈕即可。
自耦變壓器次級設有多個抽頭，可輸出不同的電壓。一般自耦變壓器次級電壓是初級的40%、65%、80%等，可根據啟動轉矩需要選用。
2、手動控制Y-△降壓啟動
Y-△降壓啟動的特點是方法簡便、經濟。其啟動電流是直接啟動時的1/3，故只適用于電動機在空載或輕載情況下啟動。
圖2 手動控制Y-△降壓啟動
圖2所示為QX1型手動Y-△啟動器接線圖。圖中L1、L2和L3接三相電源，D1、D2、D3、D4、D5和D6接電動機。當手柄扳到“0”位時，八副觸點都斷開，電動機斷電不運轉;當手柄扳到“Y”位置時，1、2、5、6、8觸點閉合，3、4、7觸點斷開，電動機定子繞組接成Y形降壓啟動;當電動機轉速上升到一定值時。
將手柄扳到“△”位置，這時l、2、3、4、7、8觸點接通，5、6觸點斷開，電動機定子繞組接成△形正常運行。
3、定子繞組串聯電阻啟動控制
電動機啟動時，在電動機定子繞組中串聯電阻，由于電阻上產生電壓降，加在電動機繞組上的電壓低于電源電壓，待啟動后，再將電阻短接，使電動機在額定電壓下運行，達到安全啟動的目的。
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共有四個任務：
了解降壓起動的原因；
掌握電動機定子繞組的連接方式；
掌握Y-△降壓起動控制電路的組成；
理解Y-△降壓起動控制電路工作原理。
那為什么要降壓起動？
三相異步電動機全壓起動時電源電壓全部施加在三相繞組上，起動電流為額定電流的4~7倍，電動機功率較大時將導致電源變壓器輸出電壓下降，從而導致電動機起動困難，影響同一線路中其他電器的正常工作。
為了減小三相異步電動機直接起動電流，通常將電壓適當降低后，加到電動機定子繞組上進行起動，待電動機起動運轉后，再恢復到額定電壓運行。降壓起動達到了減小起動電流的目的。
Y-△降壓起動時，定子繞組接成Y形，當電動機轉速接近額定轉速時再換接成△形聯結。
Y-△降壓起動有一定局限，適合△形聯結、容量較大電動機，空載、輕載起動。
我們來看一下電動機定子繞組的聯結方式，電動機定子繞組分為星形和三角形兩種聯結方式。
星形聯結把U、V、W三相繞組首端U1、V1、W1分別與電源相連，尾端U2、V2、W2連成一點，接線盒端口按圖U2、V2、W2短接，形成星形聯結。
三角形聯結把三相繞組按順序首尾相連，U2與V1相連，V2與W1相連，W2與U1相連后接電源，接線盒端口按圖連接，形成三角形聯結。
Y-△降壓起動控制電路的主電路是在自鎖電路主電路基礎上增加KM△和KMY兩個交流接觸器。
通過對電動機U1、V1、W1、U2、V2、W2的連接形成星形和三角形聯結。KMY主觸點短接后把電動機U2、V2、W2連成一點實現星形聯結，KM△主觸點把接線端口U1接W2、V1接U2、W1接V2成三角形聯結。
KM、KMY主觸點閉合時電動機星形聯結。KM、KM△主觸點閉合時電動機三角形聯結。
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11種三相異步電動機常見故障與維修方法，電工們請收藏！
十、電動機過熱甚至冒煙
1．故障原因
①電源電壓過高，使鐵芯發熱大大增加；
②電源電壓過低，電動機又帶額定負載運行，電流過大使繞組發熱；
③修理拆除繞組時，采用熱拆法不當，燒傷鐵芯；
④定轉子鐵芯相擦；
⑤電動機過載或頻繁起動；
⑥籠型轉子斷條；
⑦電動機缺相，兩相運行；
⑧重繞后定于繞組浸漆不充分；
⑨環境溫度高電動機表面污垢多，或通風道堵塞；
⑩電動機風扇故障，通風不良；定子繞組故障（相間、匝間短路；定子繞組內部連接錯誤）。
11種三相異步電動機常見故障與維修方法，電工們請收藏！
十、電動機過熱甚至冒煙
1．故障原因
①電源電壓過高，使鐵芯發熱大大增加；
②電源電壓過低，電動機又帶額定負載運行，電流過大使繞組發熱；
③修理拆除繞組時，采用熱拆法不當，燒傷鐵芯；
④定轉子鐵芯相擦；
⑤電動機過載或頻繁起動；
⑥籠型轉子斷條；
⑦電動機缺相，兩相運行；
⑧重繞后定于繞組浸漆不充分；
⑨環境溫度高電動機表面污垢多，或通風道堵塞；
⑩電動機風扇故障，通風不良；定子繞組故障（相間、匝間短路；定子繞組內部連接錯誤）。
為什么4KW以上的電動機用三角形接法？
友情提示:電機定子繞組的首末端是生產廠家事先預定好的，絕對不能任意顛倒是非，但是可以將三相繞組線圈的首末端一起顛倒(如將U2、V2、W2作為首端，而將U1、V1、W1作為末端，但是絕對不能單獨將一相繞組的首末顛倒)，這樣將產生接線錯誤。
?三相異步電動機的結構
三相交流異步電動機的主要部件，見下圖所示
它主要由定子和轉子兩大部分組成。
定子是指電動機的靜止部分。它主要由機座、定子鐵心、端蓋、定子三相對稱繞組等組成。機座通常由鑄鐵或鑄鋼制成。機座內壓裝定子鐵心。定子鐵心是電動機磁路的一部分，為了減少鐵損耗，采用0.5mm厚的硅鋼片疊成圓筒形，壓裝在機座內，見下圖所示
在鐵心的內圓周上，沖有若干均勻分布的槽孔，用以嵌置定子三相繞組。中、小型電動機的定子繞組，一般采用漆包線制成。異步機的三相對稱繞組共有6個出線端，每相繞組的起端和末端分別用U?、V?、W?和U?、V?、W?表示，通常它們都從機座上的接線盒內引出。三相對稱定子繞組可以接成星形，也可以接成三角形，這要看電源的線電壓和繞組的額定電壓而定。例如電源的線電壓為380V，電動機定子繞組的額定相電壓為220V，則繞組必須接成星形；如繞組的額定電壓為380B，則繞組必須按成三角形。只有這樣，才能保證各相繞組在其額定電壓下工作。
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友情提示：
電機定子繞組的首末端是生產廠家事先預定好的，絕對不能任意顛倒是非，但是可以將三相繞組線圈的首末端一起顛倒(如將U2、V2、W2作為首端，而將U1、V1、W1作為末端，但是絕對不能單獨將一相繞組的首末顛倒)，這樣將產生接線錯誤。
三相異步電動機的結構
三相交流異步電動機的主要部件，見下圖所示：
它主要由定子和轉子兩大部分組成。
定子是指電動機的靜止部分。它主要由機座、定子鐵心、端蓋、定子三相對稱繞組等組成。機座通常由鑄鐵或鑄鋼制成。機座內壓裝定子鐵心。定子鐵心是電動機磁路的一部分，為了減少鐵損耗，采用0.5mm厚的硅鋼片疊成圓筒形，壓裝在機座內，見下圖所示：
在鐵心的內圓周上，沖有若干均勻分布的槽孔，用以嵌置定子三相繞組。中、小型電動機的定子繞組，一般采用漆包線制成。異步機的三相對稱繞組共有6個出線端，每相繞組的起端和末端分別用U?、V?、W?和U?、V?、W?表示，通常它們都從機座上的接線盒內引出。三相對稱定子繞組可以接成星形，也可以接成三角形，這要看電源的線電壓和繞組的額定電壓而定。例如電源的線電壓為380V，電動機定子繞組的額定相電壓為220V，則繞組必須接成星形；如繞組的額定電壓為380V，則繞組必須按成三角形。
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