链式和同心式绕组的区别.docx

电机的功率主要由电磁设计决定，包括电压、电流、效率、功率因数等。同功率下，电机的总铜损（与绕组电阻相关）需要控制在合理范围，因此绕组的总长度（影响电阻）和截面积（影响电流密度）是关键参数。但用户的问题是同功率下比较，所以可能需要假设其他参数（如电流、电压、槽满率等）相同，或者分析两种绕线方式的结构如何影响用线量。
需要明确：绕组的总长度是各线圈周长之和。对于链式绕组，每个线圈的跨距（节距）y通常是固定的，比如对于m极电机，节距y≈Z/(2p)（整数槽），其中Z是槽数，p是极对数。每个线圈的周长约为π*(D + 2y)，其中D是铁芯内径。而链式绕组中，线圈的数量等于槽数除以每极每相槽数q，可能需要具体计算。对于同心式绕组，通常由多个不同直径的线圈组成，比如对于4极电机，可能内层是1-8-3-6（小线圈），外层是2-7-4-5（大线圈），每个线圈的跨距不同，但同一层的线圈节距相同。同心式绕组的线圈平均直径可能更小，因为内层线圈直径小，而外层虽然大，但数量可能与链式相同？或者需要看具体的绕组结构。
链式绕组通常采用整距或短距，线圈形状规则，容易紧密排列，槽满率较高（即槽内导线填充更满），因此在相同槽面积下，链式绕组可以使用更少的导线截面积（但需要满足电流密度），或者相同截面积下能容纳更多匝数。而同心式绕组由于线圈嵌套，可能存在间隙，槽满率较低，需要更大的导线截面积来达到相同的电流容量，或者需要更多的导线长度来补偿截面积不足，导致总用线量增加。假设两种绕组方式的槽满率相同，那么链式绕组因为线圈排列更紧凑，可能每个线圈的长度更短，总长度更少。或者，同心式绕组的内层线圈直径小，虽然外层大，但整体平均直径可能更小，从而总长度更短？需要具体计算。
同功率电机的电枢绕组总匝数N由设计决定，通常N= (UNs)/(4.44fΦkdp)，其中U是电压，Ns是槽数，f是频率，Φ是每极磁通，kdp是绕组系数。绕组系数kdp与绕组形式有关，链式绕组（短距）的kdp较高，而同心式绕组如果是整距的话kdp可能较低，但同心式也可能采用短距。如果kdp更高，那么Φ可以更大，从而减少匝数N，总长度更短。
省力方面，绕制工艺的复杂度。链式绕组需要逐个线圈嵌线并连接，对于多极电机，可能需要频繁换槽，但工艺成熟，自动化程度高。同心式绕组需要先绕内层小线圈，再绕外层大线圈，需要多次更换绕线模，且嵌线时需要处理多层线圈的绝缘，操作更繁琐，人工操作时更费力。如果是手工绕制，同心式更费力；如果是自动绕线机，可能链式更容易编程，因为结构更规则。
导线长度计算：每个线圈的长度=π*(D + 2y_i)，其中y_i是第i个线圈的节距。链式绕组中y_i相同（或短距固定），所以每个线圈长度相同，总长度=匝数×单个线圈长度。同心式绕组中，内层线圈节距小（直径小），外层节距大（直径大），但同一相的线圈可能分布在不同层，总匝数相同的情况下，内层线圈匝数少，外层多？或者总匝数相同，内层和外层各占一部分？例如，对于4极电机，同心式绕组可能有内层1-5-3-7（小线圈）和外层2-6-4-8（大线圈），各4匝，总匝数8匝。而链式绕组可能是1-5, 2-6, 3-7, 4-8，每个线圈跨距4槽（整距），总匝数8匝。此时，内层线圈的直径小，周长小，外层大，周长大。总长度方面，链式每个线圈周长相同，总长度=8×π×(D+2y)。同心式则是4×π×(D+2y1) + 4×π×(D+2y2)，其中y2>y1，所以总长度=4π[D+2y1 + D+2y2] = 8πD + 8π(y1+y2)。而链式的总长度=8π(D+2y)，其中y是链式的节距。如果y=(y1+y2)/2，那么两者总长度相同？但如果同心式的平均节距更小，可能总长度更短？
链式绕组的线圈形状规则，容易紧密排列，槽满率高（比如0.9以上），而同心式绕组由于线圈嵌套，存在间隙，槽满率较低（比如0.7-0.8）。为了达到相同的电流容量，同心式需要更大的导线截面积（因为槽满率低，相同槽面积下导线截面积小，电流密度j=I/A，A小则j大，可能超过允许值），所以需要减小电流密度，即增大截面积，导致导线更粗，相同匝数下总长度可能更短？或者，为了保持电流密度相同，同心式需要更大的截面积，因此在相同槽面积下，能放置的导线长度更少（因为截面积大，每根导线占的槽面积大），所以需要更多的导线根数，导致总长度更长。
在同功率电机的绕线选择中，链式绕线和同心式绕线的“省线”与“省力”需结合绕组结构、槽满率、工艺复杂度等因素综合分析。以下是具体对比：
用线量主要由绕组总长度决定，受槽满率、绕组系数、线圈节距等因素影响：
槽满率是槽内导线体积与槽总容积的比值，直接影响单位槽面积能容纳的导线量。
- 链式绕组：线圈形状规则（矩形或近似矩形），嵌线时紧密排列，间隙小，槽满率通常可达 85%~95%（尤其是短距绕组）。高槽满率意味着相同槽面积下，导线截面积可更大（或相同截面积下匝数更多），从而减少总用线量（因导线电阻与长度成正比，与截面积成反比）。
- 同心式绕组：线圈呈同心圆嵌套，内层与外层线圈间存在绝缘间隙，槽内空间利用率较低，槽满率一般为 70%~85%。为保证电流密度（避免过热），需增大导线截面积或增加匝数，可能导致总用线量增加。
绕组系数反映线圈节距对磁动势的影响，相同磁通下所需匝数越少（总长度越短）。
- 链式绕组：常采用短距绕组（节距略小于极距），kdp较高（通常 0.9~0.95），能有效减少漏磁，提高电磁效率，从而减少总匝数。
- 同心式绕组：若为整距绕组，kdp较低（接近1）；若为短距，因多层线圈节距差异，kdp优化空间有限，总匝数可能略多于链式。
链式绕组凭借高槽满率和高绕组系数，在相同功率（相同电流、电压、效率要求）下，总用线量通常更少。
省力主要体现在绕制工艺的复杂度和劳动强度：
- 链式绕组：线圈按顺序首尾串联，节距固定（或短距统一），绕制时只需按固定模数绕制单一线圈并依次连接。现代自动绕线机可轻松实现程序化控制（设定槽数、节距、匝数后自动完成），人工操作也只需简单重复嵌线-连接步骤，工艺成熟且标准化。
- 同心式绕组：需先绕制内层小线圈，再逐层绕制外层大线圈（每层直径递增），每层线圈需单独使用不同规格的绕线模，且层间需垫绝缘材料（如绝缘纸）。嵌线时需先将内层线圈嵌入铁芯槽，再嵌入外层线圈（可能需抬起内层线圈以避免挤压），操作繁琐，人工干预多（尤其多层时）。
- 链式绕组：线圈尺寸统一，嵌线时只需按顺序放入相邻槽位，无需额外调整位置，嵌线工具（如理线板、压线器）即可完成，效率高。
- 同心式绕组：外层线圈直径大，嵌入时可能挤压内层线圈，需预留足够空间；内层线圈因直径小，嵌线后易松动，需额外固定（如打槽楔），嵌线耗时更长。
3. 结论：同功率下链式更省力
链式绕组的工艺标准化程度高、嵌线简单，无论是手工还是自动化生产，均比同心式更省力。
在同功率电机的绕线选择中：
- 省线：链式绕组因高槽满率和高绕组系数，总用线量更少；
- 省力：链式绕组工艺简单、嵌线方便，操作难度更低。