什么是并绕

并绕是电机与变压器制造中一种特殊的绕组连接技术，指将两根或多根绝缘导线并列缠绕形成等效并联导体。这种工艺通过增加导体总截面积来降低绕组电阻与温升，同时兼顾高频下趋肤效应的影响。它巧妙平衡了电流容量与空间限制的矛盾，在新能源驱动、工业电机等高性能电磁设备中具有关键应用价值。

       电磁设备绕组的特殊构造方法

       在电机、变压器等电磁设备的设计制造领域，绕组是实现电能与机械能转换的核心部件。当常规单根导线难以满足大电流承载需求时，工程师们发展出了一种特殊的绕组技术——将多根绝缘导线并行缠绕，形成功能上等效的并联导体组合。这种技术通过分散电流路径显著提升载流能力，同时有效控制因导体增粗带来的涡流损耗问题。

       并绕技术的物理本质

       从电磁学原理分析，并绕的本质是通过增加导体总截面积来降低单位长度的直流电阻。根据焦耳定律，当电流通过导体时产生的热量与电阻成正比。采用多根较细导线替代单根粗导线后，在保持总截面积不变的情况下，绕组电阻可降低至原来的几分之一。更重要的是，交流电流通过导体时会产生趋肤效应——电流趋向于导体表面流动，导致有效截面积减小。并绕结构中的每根细导线均可独立发挥载流作用，从而显著缓解趋肤效应的影响。

       历史发展脉络

       根据国际电工委员会（国际电工委员会）发布的技术档案记载，并绕技术的雏形最早出现在20世纪30年代的高频变压器制造中。当时工程师发现，当工作频率超过10千赫兹时，采用单根导线的绕组会产生惊人的能量损耗。1945年，美国通用电气公司工程师罗伯特·贝克在《电气工程学报》首次系统阐述了多股并联绕组的数学模型，为现代并绕技术奠定了理论基础。我国在20世纪70年代通过引进苏联技术资料，开始在特种电机领域应用此项技术。

       与传统绕组的本质区别

       与传统单导线绕组相比，并绕结构在三个方面表现出显著差异：首先在导电特性上，并绕导线间存在细微的电流分配差异，这种差异源于各导线在槽内位置不同导致的阻抗微变；其次在热管理方面，多根细导线构成的绕组具有更大的散热表面积，热量更容易通过绝缘材料传导至铁心；最后在机械特性上，并绕绕组通常需要更复杂的端部绑扎工艺，但抗振动性能明显优于单根粗导线。

       趋肤效应的工程应对方案

       趋肤深度计算公式表明，导体中交流电流的渗透深度与频率的平方根成反比。当电机转速达到每分钟10000转以上时，定子绕组中电流频率可达数百赫兹，这时若采用单根直径超过2毫米的导线，其中心区域几乎不参与导电。并绕技术通过将大截面分解为多个小截面导体，确保每根导线直径都小于两倍趋肤深度，使导体材料得到充分利用。例如在变频驱动电机中，常见采用0.8毫米直径漆包线4-6股并绕的方案。

       邻近效应的抑制机制

       除了趋肤效应，并列导线之间还会产生邻近效应——相邻导体磁场相互干扰导致电流分布不均。为缓解此现象，并绕工艺要求对多根导线进行周期性换位。根据清华大学电机工程系实验数据，采用每缠绕10圈交换导线位置的方案，可使绕组交流电阻降低15%-20%。在高压电机定子绕组中，还会采用编织型并绕结构，使每根导线在绕组长度方向上均匀经历所有空间位置。

       绝缘系统的特殊要求

       并绕绕组的绝缘设计需考虑双重绝缘保障：每根导线表面的漆膜构成导体间绝缘，整体绕组外再包裹对地绝缘。国家强制标准《旋转电机绝缘结构热评定》规定，并绕导线漆膜厚度需达到0.04毫米以上，并能承受2000伏持续1分钟的耐压测试。在湿热环境下，还需采用环氧树脂浸渍工艺填充导线间隙，防止局部放电腐蚀绝缘层。

       新能源汽车驱动电机应用

       在永磁同步电机领域，并绕技术已成为提升功率密度的关键手段。特斯拉Model 3驱动电机采用8股0.5毫米直径扁铜线并绕结构，使槽满率提升至78%，相比传统绕组功率提升20%。比亚迪研发的刀片电机则创新性地采用分段并绕技术，将定子分为多个独立并绕模块，有效控制涡流损耗的同时实现了15000转每分钟的高转速运行。

       工业大功率电机典型案例

       对于功率超过1000千瓦的轧钢电机，并绕技术能解决超大电流导体的制造难题。上海电气制造的5500千瓦同步电机，其励磁绕组采用36根3.15毫米×6.3毫米扁铜线并绕，通过精确计算各导线长度差异，将环流损耗控制在额定功率的0.3%以内。这种设计既满足了1280安培的励磁电流需求，又避免了采用实心铜排带来的巨额材料成本。

       高频变压器设计优化

       开关电源中高频变压器的设计尤其依赖并绕技术。当工作频率达到100千赫兹以上时，即便采用0.1毫米厚度的箔式绕组仍会产生显著涡流损耗。台达电子在服务器电源模块中采用0.08毫米漆包线10股并绕方案，配合分段绕制工艺，使变压器效率在500千赫兹工作频率下仍保持98%以上。这种结构还利于热管理，每根细导线都能直接将热量传导至骨架散热片。

       工艺控制要点

       并绕工艺质量取决于三个核心参数控制：导线张力需保持均衡，差异不得超过标称值的10%；并绕节距必须恒定，避免出现局部交叉；端部焊接需采用阶梯式搭接，保证所有导线电流路径等长。日本三菱电机公布的工艺手册显示，其自动化绕线设备配备有激光测距仪，实时监测各导线位置偏差，确保并绕组件的对称性。

       故障模式与诊断

       并绕绕组特有的故障包括股间短路和环流过热。华北电力大学故障诊断实验室研究表明，采用红外热像仪检测绕组端部温度分布，可有效识别异常环流点。当某根导线发生匝间短路时，其电阻变化会导致并联支路电流重新分配，在故障点产生局部高温。最新在线监测技术通过嵌入光纤传感器，可实时测量各股导线的温升差异。

       与利兹线的技术对比

       利兹线（绞合导线）虽同为多股导线结构，但其每股导线在长度方向上不断换位，更适合高频应用。而并绕结构各股导线保持平行，更适用于中低频大电流场景。实验数据表明，在50-400赫兹频率范围内，并绕绕组的综合损耗比利兹线低5%-8%，但在1000赫兹以上频率时，利兹线优势明显。选择依据主要取决于设备的工作频率谱系。

       材料科学进展的影响

       新型导体材料的出现拓展了并绕技术的应用边界。中科院研发的纳米晶带材其磁导率仅为传统硅钢片的1/1000，采用0.03毫米厚带材多层并绕制成的磁芯，可使高频变压器体积缩小40%。在超导技术领域，东南大学超导应用研究中心成功实现高温超导带材的4股并绕试验，在77开尔文温度下承载电流密度达到常规铜线的50倍。

       电磁兼容性设计考量

       多导体并绕结构会产生复杂的电磁场分布，需特别注意电磁兼容设计。哈尔滨工业大学电磁兼容实验室研究发现，采用同相逆序并绕排列（相邻导线电流方向相反）可有效抵消高频磁场泄漏。在变频电机中，这种布置能使电磁干扰水平降低10-15分贝。此外，并绕导线宜采用绞对方式布线，减少环路面积以抑制共模噪声辐射。

       成本效益分析

       虽然并绕工艺增加了材料处理成本和工时，但综合效益显著。以55千瓦异步电机为例，采用并绕设计可使铜耗降低18%，按照工业电价计算，连续运行4000小时即可收回工艺增量成本。在生命周期成本评估中，并绕电机因效率提升带来的节能收益通常是初始投入的3-5倍，这还未计入因温升降低延长绝缘寿命的间接效益。

       未来技术演进方向

       随着第三代半导体器件的普及，电磁设备正向着高频化、集成化方向发展。并绕技术未来将更多与平面绕组、印刷电路板绕组等新型结构融合。德国博世集团最新公布的电动车驱动概念采用激光蚀刻铜箔叠加技术，实现了三维并绕结构，使功率密度突破50千瓦每升。人工智能技术也开始应用于并绕方案优化，通过深度学习算法自动生成针对特定工况的最优并行导体配置。

       标准化与检测规范

       国家质量监督检验检疫总局发布的《旋转电机并绕绕组技术条件》明确了三大类17项性能指标。其中强制性检测包括：股间绝缘强度测试需承受2.5倍额定电压；热循环试验要求-40摄氏度至180摄氏度交替1000次后绝缘电阻不低于100兆欧；振动疲劳测试需模拟10年运行工况。这些规范为并绕技术的可靠应用提供了制度保障。

       纵观电磁设备发展历程，并绕技术作为平衡性能与成本的重要工程手段，持续推动着电力电子设备的小型化与高效化。随着新材料与新工艺的不断涌现，这项看似传统的技术正在新的应用场景中焕发蓬勃生机。