1．成型繞組發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

 

成型繞組發(fā)電機(jī)與散嵌繞組發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)不同之處在于成型繞組發(fā)電機(jī)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(duì)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(kāi)口必須較大，這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)，散嵌繞組（圖3-3b）的定子槽開(kāi)口會(huì)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(fā)電機(jī)與成型繞組發(fā)電機(jī)比較，最重要的性能優(yōu)勢(shì)。

 

發(fā)電機(jī)組定子結(jié)構(gòu)圖

 

2．散嵌繞組的設(shè)計(jì)

 

發(fā)電機(jī)繞組通常是繞線機(jī)繞制的預(yù)制漆包銅線束，漆包銅線束再嵌入定子槽中。散嵌繞組設(shè)計(jì)的定子槽開(kāi)口非常小，每個(gè)繞組由許多小截面積的漆包銅線組成。同時(shí)散嵌繞組間占用的絕緣空間比成型繞組更小。

 

發(fā)電機(jī)繞組展開(kāi)圖

 

 

3．性能差異

 

1）一般來(lái)說(shuō)，銅棒比漆包銅線束更加堅(jiān)硬，因此成型繞組發(fā)電機(jī)比散嵌繞組發(fā)電機(jī)更容易提供堅(jiān)固耐用的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但散嵌繞組中新材料、新工藝的使用以及設(shè)計(jì)改良也一樣可以提供耐用的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以不能說(shuō)散嵌繞組發(fā)電機(jī)耐用性一定比成型繞組發(fā)電機(jī)差。例如，CGT所有大于250kVA的發(fā)電機(jī)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(wú)氣泡堆積，且比其他發(fā)電機(jī)生產(chǎn)商只采用普通浸漆設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的機(jī)械性能。因此，CGT散嵌繞組發(fā)電機(jī)能夠應(yīng)用于除油田鉆機(jī)等極端非線性沖擊負(fù)載應(yīng)用之外的絕大多數(shù)應(yīng)用。

2）成型繞組發(fā)電機(jī)線圈之間比散嵌繞組發(fā)電機(jī)具有更多的絕緣間隙，中壓/高壓發(fā)電機(jī)導(dǎo)體之間的電壓差更大，需要更多的絕緣材料。

3）成型繞組發(fā)電機(jī)采用了更多的絕緣材料，使得發(fā)電機(jī)的冷卻難度加大，這就需要更多的銅棒材料（減少銅耗發(fā)熱）來(lái)達(dá)到相同的溫升等級(jí)。

4）一般情況下，更大的空氣間隙和定子槽開(kāi)口會(huì)導(dǎo)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(jī)械性能相差不多的情況下，成型繞組發(fā)電機(jī)比散嵌繞組發(fā)電機(jī)電壓波形質(zhì)量較差。

5）由于散嵌繞組發(fā)電機(jī)的定子槽開(kāi)口較小，定子與轉(zhuǎn)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(zhǎng)，上述兩個(gè)因素導(dǎo)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(fā)電機(jī)低，因此成型繞組需要較多的銅和鋼，以達(dá)到與散嵌繞組相同的短路水平和電機(jī)啟動(dòng)能力。

6）除了上述材料利用率的差異，成型繞組發(fā)電機(jī)比散嵌繞組發(fā)電機(jī)組裝工藝復(fù)雜。這些因素導(dǎo)致成型繞組發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)比散嵌繞組發(fā)電機(jī)容易達(dá)到更好的機(jī)械性能和介電強(qiáng)度指標(biāo)，但新材料和新工藝的采用大大縮小了這些差距，現(xiàn)在上述兩項(xiàng)指標(biāo)基本相當(dāng)，但是成型繞組發(fā)電機(jī)比散嵌繞組發(fā)電機(jī)在電壓波形質(zhì)量、電機(jī)啟動(dòng)性能和短路性能方面表現(xiàn)較差。

 

4．應(yīng)用

 

根據(jù)兩種類型的電機(jī)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(fā)電機(jī)中應(yīng)用更加理想，這種結(jié)構(gòu)使得發(fā)電機(jī)匝間絕緣更好，可靠性更高，并且成本相對(duì)較低。

通常情況下，成型繞組的設(shè)計(jì)適合于需要較強(qiáng)的機(jī)械性能的主用電站應(yīng)用，特別是存在非線性負(fù)載持續(xù)、重復(fù)地沖擊的應(yīng)用。沖擊負(fù)載引起定子繞組特別是端部的電磁反應(yīng)，容易使繞組變形甚至損壞。用剛性和加強(qiáng)固定設(shè)計(jì)，這些機(jī)械應(yīng)力可以大幅度減小，從而提高發(fā)電機(jī)的可靠性，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的壽命。

成型繞組發(fā)電機(jī)一般應(yīng)用于存在持續(xù)的負(fù)載突加過(guò)程的油田鉆井作業(yè)。

發(fā)電機(jī)散嵌繞組設(shè)計(jì)能夠提供最好的電壓波形質(zhì)量、抗非線性負(fù)載諧波導(dǎo)致的波形畸變、短路電流性能（以便配電系統(tǒng)斷路器能夠進(jìn)行選擇性保護(hù)，及時(shí)切斷故障點(diǎn)）和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(fā)電機(jī)非常適合于數(shù)據(jù)中心的不間斷電源、水處理和污水凈化等應(yīng)用。這些應(yīng)用主要是整流負(fù)載，不論使用市電還是發(fā)電機(jī)組供電，負(fù)載的加載過(guò)程都是漸進(jìn)的，以盡量減少對(duì)電源的沖擊，相應(yīng)減少瞬間電壓的驟降和驟升，這與油田鉆井應(yīng)用是不同的。例如，當(dāng)市電發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后，不間斷電源（UPS）在維持后端負(fù)載不斷電的同時(shí)，將輸入電源由市電切換到發(fā)電機(jī)組供電，然后逐漸加大發(fā)電機(jī)組的負(fù)載（UPS后端負(fù)載電流和UPS配套蓄電池組充電電流），當(dāng)UPS后端負(fù)載突然增大時(shí)，UPS配套蓄電池組將分擔(dān)這部分沖擊，以減少UPS后端負(fù)載突加負(fù)載對(duì)發(fā)電機(jī)組的瞬間沖擊。這些發(fā)電機(jī)組承受的負(fù)載沖擊比鉆井應(yīng)用中的大功率變頻器頻繁啟動(dòng)產(chǎn)生的沖擊要小得多，相應(yīng)地，對(duì)發(fā)電機(jī)繞組的機(jī)械應(yīng)力也要小得多。因此，上述應(yīng)用并不需要成型繞組發(fā)電機(jī)，散嵌繞組發(fā)電機(jī)效率高的優(yōu)點(diǎn)更實(shí)用。

兩種繞組各具優(yōu)缺點(diǎn)，很多情況下兩者均可使用，可根據(jù)性價(jià)比進(jìn)行選型。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于相似的機(jī)型，成型繞組發(fā)電機(jī)更適合中壓/高壓，以及非線性、沖擊負(fù)載迫使交流發(fā)電機(jī)受到較大機(jī)械應(yīng)力的應(yīng)用；散嵌繞組發(fā)電機(jī)適用于在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力要求高和對(duì)波形失真要求高的應(yīng)用。

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