電機的相帶問題以鐵路電機及槽電勢星形圖。

時間：2019-08-17 13:08

      詳解某型電機的繞組方案，以便能有效削弱電磁噪聲。當談到相帶問題時，大部分人有些茫然，一直以來雖有60或120度相帶的概念，但對相帶問題不似分數匝或正弦繞組那么明晰。

      這種情況有一定的代表性。因為電機種類雖多且雜，但電機繞組多為標準60度相帶，即便120度相帶繞組都很少涉及，非標相帶及其相關問題自然沒多少人在意。

      鑒于以上情況，我們參認為有必要談談相帶及其選擇問題，為確保三相繞組槽電勢或磁勢合成矢量的對稱且絕對值最大、諧波含量最小，選用非標準相帶繞組通常為最佳選項。

槽電勢星形圖

      談相帶及其選擇問題，就不得不研究槽電勢星形圖。當把電樞上各槽內導體按正弦規律變化的電勢分別用矢量表示時，這些矢量構成一個輻射星形圖，稱為槽電勢星形圖。

槽電勢星形圖繪制方法

      圖1所示是一臺三相同步發電機定子槽內導體沿圓周分布情況，極數2p=4、槽數Z=36，其槽電勢星形圖繪制步驟如下：

1）槽距電角α1

      相鄰兩槽間的距離以電角度表示時，稱為槽距電角。由于整個電樞圓周為360°機械角度，以電角度計算時，一對極距范圍內就等于360°電角度。當電機有p對極時，則電樞圓周應為p360°電角度，因此，槽距電角為

α1= p360°/Z……（1）

      式中 p是電機的極對數，Z是電樞槽數，對圖1所示電機來說，則為α1= p360°/Z=2×360°/36=20°

圖1

2）繪制槽電勢星形圖

      假設磁極磁場的磁密沿氣隙圓周按正弦規律分布，轉子沿反時針方向恒速旋轉，則定子各槽內導體的感應電勢將隨時間按正弦規律變化。

      由于各槽在空間上彼此互差α1電角度，因此各導體電勢在時間相位上也彼此相差α1角度。如圖2中a)圖所示，假設1號槽的導體電勢以矢量1表示，則在圖示轉向下，2號槽的導體電勢矢量2比矢量1滯后20°。同理矢量3比矢量2滯后20°。以此類推，就可繪出圖2中a)圖所示的槽電勢星形圖。

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圖2

槽電勢星形圖物理意義

      從圖2中a)圖可見，19、20、21……等矢量與1、2、3……等矢量分別重合，這是由于它們在磁極下分別處于對應的位置，所以它們的感應電勢同相位。

      一般說，對于每極每相整數槽繞組，如果電機有p對極，則有p個重疊的槽電勢星形。普遍地說，當p和Z有最大公約數t時，則有t個重合的槽電勢星形。對圖1所示同步發電機而言，p和Z的最大公約數為2，故有兩個重合的槽電勢星形。

相帶的概念及其物理意義

每相占據空間電角度

      圖2中a)圖所示，每360°電角度圓周分割為6等分，每等分橫跨60°電角度，即三相交流繞組A-X、B-Y、C-Z各相分別占據空間范圍60°電角度。同理，圖2中b)圖所示，三相交流繞組A、B、C各相分別占據空間范圍120°電角度。

相帶及其物理意義

      所謂相帶就是如圖2所示每相繞組在360°電角度空間上占據的電角度，其大小實際上反映了電樞繞組的分布水平或集中度。相帶電角度值越大，繞組集中度越低，合成電勢或磁勢波中諧波的含量越小，但繞組的利用率或分布系數越低。

非標準相帶選用及遵循原則

      當研究低諧波繞組以減低電磁噪聲時，每相繞組在360°電角度空間上占據的電角度并不局限于圖2所示的60°和120°，而變極多速電機繞組常常選用60°和120°相帶以外的非標準相帶。

無論繞組相帶如何選，必須遵循以下原則：

      在一定導體數下，獲得較大基波電勢和基波磁勢；

      1 在三相繞組中，對基波而言，三相電勢和磁勢必須對稱，即三相大小相等而相位上互差120°；且三相阻抗也要求相等；

      2 電勢和磁勢波形力求接近正弦波，為此要求電勢和磁勢中的諧波分量盡可能小。

      
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