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。