Статори с плоски проводници: предимства, ограничения и проверка

Hairpin намотките заменят снопове от тънки кръгли проводници с оформени правоъгълни проводници. Конструкцията е широко разпространена в тяговите двигатели, тъй като позволява в неподвижен жлеб да се разположи повече мед. Това предимство е полезно, но не означава, че всеки hairpin двигател е по-ефективен във всяка работна точка.

Инженерите трябва да разглеждат hairpin конструкцията като избор на намотка и производствен процес. Топологията на двигателя, охлаждането, честотата на превключване, диапазонът на оборотите, изолационната система и контролът на качеството продължават да определят поведението на готовата машина.

Какво представлява hairpin статорът

Статорът съдържа ламинирана магнитна сърцевина и изолирани проводници. При hairpin процеса емайлираната правоъгълна медна тел се оформя в повтаряеми форми. Проводниците се поставят в жлебовете, усукват се в необходимата схема на свързване и се съединяват при оголените краища.

Непрекъснатите hairpin намотки и свързаните с тях методи за шинни намотки използват различни последователности на оформяне и съединяване. Общият принцип е използването на проводник с плътен профил, а не на множество гъвкави кръгли нишки. Производствените изследвания на RWTH Aachen описват непрекъснатите hairpin намотки като медни проводници с плътен квадратен или правоъгълен профил.

Това разграничение е важно при диагностиката. Hairpin статорът има множество оформени проводници и електрически съединения. Затова той крие различни производствени рискове в сравнение със статор със случайно навита намотка.

Защо запълването на жлеба е важно

Кръглите проводници оставят междинни пространства, когато са събрани заедно. Правоъгълните проводници могат да използват по-ефективно площта на жлеба. По-високото медно запълване може да осигури по-висока плътност на въртящия момент или по-къс активен пакет в зависимост от електромагнитната конструкция.

Запълването с мед обаче не е пълен показател за ефективността. В жлеба са необходими и изолация, производствени хлабини, импрегниране и топлинни пътища. Малките хлабини могат да направят поставянето на проводниците по-малко устойчиво към отклонения в размерите.

Проектантите трябва да сравняват пълната карта на загубите, а не само един показател. Съпротивлението на медта, загубите в сърцевината, механичните загуби, хармониците от инвертора и температурата се променят в целия работен диапазон.

Компромисът при високи обороти

При по-високи електрически честоти в големите правоъгълни проводници може да възникне неравномерно разпределение на тока. Скин ефектът и proximity ефектът увеличават ефективното променливотоково съпротивление. В резултат част от ползата от ниското постояннотоково съпротивление може да бъде загубена.

Ефектът зависи от размерите на проводника, позицията в жлеба, подреждането на слоевете, броя на полюсите, оборотите и формата на вълната на инвертора. Двигател, който работи добре около често използвана работна точка, може да се държи различно близо до максималните обороти.

Изисквайте данни за ефективността или загубите в целия предвиден диапазон на въртящия момент и оборотите. Ефективността само при една номинална точка не може да опише тягов режим с променливи обороти или режим на шпиндел.

Изборът на задвижване също е важен. Стратегията на превключване, ограниченията на тока, запасът по напрежение, обратната връзка и термичната защита трябва да съответстват на двигателя. Колекцията „Задвижвания и управление на движението“ на PLC ProTech предоставя полезен контекст за свързаното задвижващо оборудване.

Производствени етапи, които изискват контрол

Производствената последователност обикновено включва изправяне, рязане, оформяне, селективно отстраняване на изолацията, поставяне, усукване, съединяване, импрегниране и електрически изпитвания. Всеки етап може да създаде дефект, който да остане незабелязан до следваща производствена станция.

• Оформяне: прекомерното напрежение може да напука или изтъни емайла при огъване.
• Поставяне: контактът с ръбовете на жлеба може да надраска изолацията.
• Усукване: неправилната геометрия може да разцентрова повърхностите за съединяване.
• Заваряване: недостатъчното стопяване увеличава съпротивлението, а прекомерната топлина може да повреди близката изолация.
• Импрегниране: кухините могат да влошат топлообмена и механичната опора.

Автоматизацията подобрява повторяемостта само когато състоянието на инструментите и технологичните прозорци се наблюдават. Стабилната траектория на робота не компенсира износени водачи, замърсена мед или неправилна дълбочина на оголване.

Проверки и изпитвания в края на производствената линия

Проверките трябва да свързват всяко измерване с конкретен режим на отказ. Системите за визуален контрол могат да проверяват позицията на проводниците, геометрията на огъването и вида на заварките. Сами по себе си те не могат да докажат съпротивлението на съединението или целостта на изолацията.

Полезните електрически проверки могат да включват съпротивление на намотките, баланс между фазите, изпитване с високо напрежение или импулсно изпитване, както и оценка на частичните разряди, когато класът на напрежение го изисква. Термичното изображение по време на контролирана работа може да разкрие неравномерни загуби, но условията на изпитване трябва да бъдат повторяеми.

Контролът на заваряването може да записва мощността, продължителността, геометрията и характеристиките на процеса. Проследимостта трябва да свързва тези записи със серийния номер на статора. Преди екипите да ги използват като критерии за приемане, пределите трябва да бъдат съпоставени с резултати от разрушителни проби и електрически изпитвания.

Анализът на измервателната система също е важен. Ако вариацията на измервателния уред се доближава до допустимия толеранс, производствените данни могат да създадат фалшиви аларми или да прикрият отклонение.

Охлаждане и температура

Компактните намотки концентрират не само мед, но и топлина. Инженерите трябва да проверят как топлината преминава от проводниците през изолацията, изолационните вложки на жлебовете, ламинациите, корпуса и охлаждащата течност. Съединенията в челните части на намотката могат да създадат локални горещи точки извън основния охлаждан пакет.

Температурните сензори трябва да представят мястото, което ограничава работата. Показанията им зависят и от разположението и топлинното закъснение. Настройките за защита на двигателя трябва да се основават на резултати от изпитвания, а не само на номиналната граница на класа на изолацията.

При приложения с инвертор захранващите кабели, отразеното напрежение, заземяването и средствата за контрол на токовете през лагерите трябва да се прегледат съвместно с доставчиците на двигателя и задвижването. Колекцията „Честотни регулатори и променливотокови задвижвания“ показва съответния клас оборудване, но окончателната съвместимост трябва да се потвърди според данните на производителя на оригиналното оборудване.

Кога hairpin намотките са подходящи

Hairpin конструкцията е привлекателна, когато големият производствен обем, компактното опаковане, автоматизираното сглобяване и ясно определеният работен цикъл оправдават специализираната инструментална екипировка. Тяговите задвижвания са често срещан пример.

Тя може да е по-малко подходяща за двигатели с малък производствен обем, чести промени в конструкцията или приложения, при които ремонтопригодността е приоритет. Процесът на съединяване и фиксираната геометрия на проводниците могат да усложнят преработката.

Изборът трябва да сравнява цялата система от двигател, задвижване и охлаждане. Поискайте картата на ефективността, термичните ограничения, максималната електрическа честота, основата на изпитванията на изолацията, възможностите за обратна връзка и данните от квалификационните изпитвания.

Контролен списък за въвеждане в експлоатация

• Потвърдете номиналните параметри на двигателя и инвертора в целия диапазон на оборотите.
• Проверете изискванията за ток, напрежение, превключване и обратна връзка.
• Прегледайте дебита на охлаждането, входната температура и разположението на сензорите.
• Запишете базовите стойности за фазовото съпротивление и изпитванията на изолацията.
• Следете баланса на токовете, температурите, вибрациите и историята на неизправностите.
• Определете пределите за аларми въз основа на данните на производителя на оригиналното оборудване и приемните изпитвания на обекта.

Hairpin статорите могат да осигурят компактни и ефективни машини. Стойността им произтича от контролирана геометрия и квалифициран процес. Правилният избор зависи от измерената производителност на системата и доказателствата от проверките.

Източник: Катедра „Производствено инженерство на компоненти за електромобилност“ към RWTH Aachen.