如何选择漆包线线径,单根与多根线漆包线绕制电机电枢的区别?
电枢绕组是感应电压的绕组,磁场绕组是电流通过绕组时产生主磁场磁通的绕组。在电机卷绕电磁线圈时,采用单一线圈绕线或多条并联绕线的原因及影响,由电机能量需求原理开始研究如何避免电机最终效能的损耗。 绕组组件定义 匝:匝由两个导体组成,通过一个端部连接器连接到一端。线圈:一个线圈是由几个线圈串联而成的。绕组:由几个线圈串联而成的绕组。 从电机能量公式分析线圈需求 电机转矩公式如下:其中T为转矩、B为磁通量、I为电流值、L为磁场有效作用长度、D为转子外径、N为线圈圈数、δ为磁场与电场作用角度。 其中跟线圈最有关系的参数为N,此参数是针对圈数定义的,另一项跟线圈比较有关系的参数为I,主要是受到基本电学的影响,线圈的电阻值会影响到最大输入电流值,其中V为电压、R为电阻值。 对电机特性而言,电阻值的大小也直接影响到导通损失,使电机能量受到损耗;其中PC为导通损。 上述说明可知道,电机输出能量的特性会受到圈数的影响,因此一但电机规格明确后,圈数就不可任意变动。而电机线圈除了圈数外,另一项可供选择的即为线径的粗细;线圈越粗则电阻越小,也代表导通损失越少,故在可容许的绕线空间內,线径越粗则电机效能越高,电机电能导通损失降低,所以有电机效率提升的感觉。 综合上述电机相关公式,则在矽钢片未磁饱和的前提下,电机圈数越多则转矩越大,电机输出能量增加;线径越粗则电阻越小,损失越少,电机效率提高。圈数及线径这两项参数都跟槽满率有关系,因此电机设计时会有「槽满率越高,电机效率越好」的说法。一但电机圈数设计完成后,尽可能加大漆包线导体线径,则电机效率越高。 漆包线的使用考量 已知漆包线径越粗越好,然而在应用上会受到槽空间的限制,如下图所示,导致线径无法加粗。除了槽內本身空间外,槽开口也会限制线径最大值,基本上槽开口的作用除了降低漏磁外,主要功能就是让线圈经过,好让导线順利绕于槽內。线径尺寸,则槽开口应为线径的1.6倍宽较为安全,避免绕线时导体上的漆包模因刮到矽钢片而造成绝缘破损,故槽开口会限制可绕线径的最大值。 针对超大型电机,难然较无这些尺寸空间的限制,但也不会无限制加粗。因电流在导体中流动时,会有集肤效应。电流只在导体的最外围部分流通,中间部分完全没作用,因此超大型电机会采用绞线或直接采用中空导管的方式来制造电机。而一般市面常见的电机体积尺寸并不大,不会让导体直径大到有集肤效应的产生的机会,因此可自行选用单条线或多卷线并绕方式制作电机。其共同标准为导体有效截面积相同即可,也就是单条较粗的导线截面积与多条较细的导线截面积总和要一致。 大部分选择多卷并绕的主要考量是因电机绕线时,会有折角的需求,粗线径要折完时需施较大的力量;若折弯角度不足,线圈未能平贴于矽钢片上,会产生空隙而影响整体槽满率。改为多条并绕时,因单一线径粗度大幅下降,其机械强度亦降低,绕线时的力量需就可降低,方便人工作业。 然而多卷绕线难可解決绕线时的折角施力強度困扰,但对于槽满率而言不一定有改善的效果。多卷线并绕时,各线段的无法整齐排列,随机的交错堆叠,会因此降低槽满率。另外,漆包线外有包裹一层漆包绝缘层,可发现线径越细则漆包模比重越高;若采用细线多卷并绕时,其漆包层的比例会進一步提高,使真正的导体空间受到压缩,降低实际导体的槽满率。 结论 当电流通过导体线圈时,会线圈会生成感抗的作用,而将此一现象以电感值表示强度。一般的独立线圈有自感的感抗作用,即为本身线圈的影响,因此电感值较低;但当两线圈之间有交叠的情況时,若两线圈內的电流流入时间不一致时,除了本身的自感作用外,会额外增加互感作用,即两线圈间会相互影响作用,使电感值再次改变。在多卷并绕时,也会同时有自感及互感的反应,使整组线圈的电感值增加,使电流进入的速度降低。 |