康明斯动力（深圳）有限公司

 

1．成型绕组发电机的设计

 

成型绕组发电机与散嵌绕组发电机的设计不同之处在于成型绕组发电机定子的铜绕组是由铜棒而不是漆包铜线束组成。定子绕组由精确成型装入槽中的铜棒集合组成，另外绕组与槽的大小比较显示，对于相似的绕组大小，为了使铜棒更容易插入槽中，成型绕组的定子槽开口必须较大，这样相对来说，散嵌绕组（图3-3b）的定子槽开口会较小，漏电抗较小，输出电压波形中的谐波失真也较低，这是散嵌绕组发电机与成型绕组发电机比较，最重要的性能优势。

 

发电机组定子结构图

 

2．散嵌绕组的设计

 

发电机绕组通常是绕线机绕制的预制漆包铜线束，漆包铜线束再嵌入定子槽中。散嵌绕组设计的定子槽开口非常小，每个绕组由许多小截面积的漆包铜线组成。同时散嵌绕组间占用的绝缘空间比成型绕组更小。

 

发电机绕组展开图

 

 

3．性能差异

 

1）一般来说，铜棒比漆包铜线束更加坚硬，因此成型绕组发电机比散嵌绕组发电机更容易提供坚固耐用的机械结构，但散嵌绕组中新材料、新工艺的使用以及设计改良也一样可以提供耐用的机械结构，所以不能说散嵌绕组发电机耐用性一定比成型绕组发电机差。例如，CGT所有大于250kVA的发电机均采用真空压力浸漆（VPI）工艺，这使得定子绕组绝缘漆填充充分，无气泡堆积，且比其他发电机生产商只采用普通浸漆设计具有更强的机械性能。因此，CGT散嵌绕组发电机能够应用于除油田钻机等极端非线性冲击负载应用之外的绝大多数应用。

2）成型绕组发电机线圈之间比散嵌绕组发电机具有更多的绝缘间隙，中压/高压发电机导体之间的电压差更大，需要更多的绝缘材料。

3）成型绕组发电机采用了更多的绝缘材料，使得发电机的冷却难度加大，这就需要更多的铜棒材料（减少铜耗发热）来达到相同的温升等级。

4）一般情况下，更大的空气间隙和定子槽开口会导致更大的固有电压波形谐波失真（特别是在较高频率下），所以在机械性能相差不多的情况下，成型绕组发电机比散嵌绕组发电机电压波形质量较差。

5）由于散嵌绕组发电机的定子槽开口较小，定子与转子之间的磁路磁阻较低，而且成型绕组往往比散嵌绕组的端部长，上述两个因素导致在采用了相似材料情况下，散嵌绕组总体性能比成型绕组好。通常情况下，散嵌绕组的电抗比同容量的成型绕组发电机低，因此成型绕组需要较多的铜和钢，以达到与散嵌绕组相同的短路水平和电机启动能力。

6）除了上述材料利用率的差异，成型绕组发电机比散嵌绕组发电机组装工艺复杂。这些因素导致成型绕组发电机单位容量的制造成本较高，零部件更换较困难。

总之，成型绕组发电机比散嵌绕组发电机容易达到更好的机械性能和介电强度指标，但新材料和新工艺的采用大大缩小了这些差距，现在上述两项指标基本相当，但是成型绕组发电机比散嵌绕组发电机在电压波形质量、电机启动性能和短路性能方面表现较差。

 

4．应用

 

根据两种类型的电机物理特性和性能的不同，成型绕组在中压/高压和特别大容量的发电机中应用更加理想，这种结构使得发电机匝间绝缘更好，可靠性更高，并且成本相对较低。

通常情况下，成型绕组的设计适合于需要较强的机械性能的主用电站应用，特别是存在非线性负载持续、重复地冲击的应用。冲击负载引起定子绕组特别是端部的电磁反应，容易使绕组变形甚至损坏。用刚性和加强固定设计，这些机械应力可以大幅度减小，从而提高发电机的可靠性，延长发电机的寿命。

成型绕组发电机一般应用于存在持续的负载突加过程的油田钻井作业。

发电机散嵌绕组设计能够提供最好的电压波形质量、抗非线性负载谐波导致的波形畸变、短路电流性能（以便配电系统断路器能够进行选择性保护，及时切断故障点）和电动机启动性能。因此，散嵌绕组是在紧急/备用情况下的最佳选择。

散嵌绕组发电机非常适合于数据中心的不间断电源、水处理和污水净化等应用。这些应用主要是整流负载，不论使用市电还是发电机组供电，负载的加载过程都是渐进的，以尽量减少对电源的冲击，相应减少瞬间电压的骤降和骤升，这与油田钻井应用是不同的。例如，当市电发生故障，发电机组启动后，不间断电源（UPS）在维持后端负载不断电的同时，将输入电源由市电切换到发电机组供电，然后逐渐加大发电机组的负载（UPS后端负载电流和UPS配套蓄电池组充电电流），当UPS后端负载突然增大时，UPS配套蓄电池组将分担这部分冲击，以减少UPS后端负载突加负载对发电机组的瞬间冲击。这些发电机组承受的负载冲击比钻井应用中的大功率变频器频繁启动产生的冲击要小得多，相应地，对发电机绕组的机械应力也要小得多。因此，上述应用并不需要成型绕组发电机，散嵌绕组发电机效率高的优点更实用。

两种绕组各具优缺点，很多情况下两者均可使用，可根据性价比进行选型。总的来说，对于相似的机型，成型绕组发电机更适合中压/高压，以及非线性、冲击负载迫使交流发电机受到较大机械应力的应用；散嵌绕组发电机适用于在电动机启动能力要求高和对波形失真要求高的应用。

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