定子绕组的换位绝缘技术及其应用

关于定子绕组的绝缘部件，本章最后要讲的是换位绝缘。换位仅出现在成型绕组电机中。多匝线圈可能会具有被称作内部换位的铜导体（通常被称作反转匝或扭转匝）。罗贝尔线棒（半匝线圈）始终是需要换位的。通常，在换位区域附近，需要附加一些绝缘，以确保不会发生股线短路。

首先对罗贝尔线棒铜股线换位的必要性简要加以解释，读者可参阅本章参考文献[2]以获得更全面的了解。发电机的线棒中，靠近转子一侧穿过定子槽的漏磁通比线棒的底层（即离转子最远的导体部位）中的漏磁通更高。随之而来的问题是，如果半匝线圈中的各股线在整个线棒长度方向上，都一直处于线棒内的同一位置，则与转子较为靠近的线棒股线相对于距离转子最远的股线将会具有较高的感应电压。在罗贝尔线棒结构中，所有的股线通常在线棒的两个端头部位分别焊在一起。股线彼此连接在一起，而各层股线磁通水平不同，感应的电动势不同，根据欧姆定律，将产生一个轴向电流在线棒内上下环流。由于铜导体的电阻很低，这种循环电流是普遍显著存在。此环流将会增加I²R损耗，从而降低效率，并且增加铜导体温度。

在罗贝尔换位中，每一根铜股线都要沿着线棒长度作（径向）移动，使其能被置于各种可能的位置。也就是说，某个在起始位于线棒顶部左侧的股线（见图1.18a），沿着线棒经过几厘米之后，将会被移位至左侧下一层。沿着线棒再行进几厘米之后，同一股线还会被强制到另一个更低的层次（也就是离顶部两个股线的位置）。大约在线棒一半的位置，该股线会移至线棒左侧底部。然后，该股线被从导体堆栈的左边移位到右边。并且在线棒另一半长度上的右侧逐渐上移至右侧顶部位置。最终，它到达了初始位置。这被称为360°换位。如果在定子铁心内完成这种360°换位，由于铁心内是磁通最高的区域，沿着与铁心槽等长的距离上，单一根股线将会经历每个不同的径向位置，从而在这一根股线上总的感应电压将与所有其他经过换位的股线相同。因而，所有的股线在线棒端头都可以被安全地连接到一起，而不会产生轴向循环电流。

图 1.18(www.xing528.com)

a）换位水冷罗贝尔线棒横截面照片 b）一种定子线棒中绝缘股线换位方法的侧视图

让股线在所有径向位置上得到换位的方法有多种。除了上面讨论的方法之外，另一个比较常用的方法是让股线在从顶部移动到底部时，来来回回地在左右之间移动（见图1.18b）。还有某些制造商更愿意采用540°甚至720°换位。线圈端部也可以采用换位，因为该处存在杂散磁场。换位的目的是提高定子绕组的效率，降低运行温度。将股线从一个位置移位到另一个位置的机加工工艺被称为罗贝尔换位，这是为了纪念第一台换位设备的发明者。

如上所述，铜导体的每一根股线都有其本身的绝缘层。由于槽顶部位置和底部位置之间的磁通差异并不很大，股线之间的电位差仅有几伏。因而，普通的股线绝缘作为股线彼此之间的绝缘是足够的。不过，在铜股线从一个位置到另一个位置移位的邻近区域，可能会产生空气泡。在这些地方需要采用附加的绝缘（通常是一种封泥）来消除空气间隙及可能随之而引起的局部放电。尽管所有的线棒制造商都能确保新线棒中不会发生股线短路，但运行中绝缘老化以后的一个后果，就是可能会引起股间短路。某些股间短路无疑是允许的，尤其是彼此互相靠近的股线。

大多数多匝线圈不采用罗贝尔换位，即不使股线沿着铁心槽部连续换位。因为同一匝内，顶部股线（也就是离转子最近的股线）与底部股线之间的距离，通常比罗贝尔线棒要短很多。因而，顶部和底部股线之间的磁通差异要小得多，从而电位差要小得多。不过，为了改善效率，很多线圈在鼻端区域（与接线端相对的另一端）都有一个反转匝，该匝股线簇实际上被旋转了180°。因而，在线圈一个分支底部位置的股线将会转到另一个分支的顶部。这近似平衡了同一匝内每根股线的感应电压。作为替代方法，某些制造商采用了在线圈外部以更加费事的连接线布置方法来达到在几个线圈之间换位的目的。