電機的相帶問題以及槽電勢星形圖。
內容簡介: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。
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麽明晰。
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。
鑒於以上情況,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。
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。
圖1所示是一台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,其槽電勢星形圖繪製步驟如下:
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。由於整個電樞圓周為360°機械角度,以電角度計算時,一對極距範圍內就等於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°
2)繪製槽電勢星形圖
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。
由於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滯後20°。同理矢量3比矢量2滯後20°。以此類推,就可繪出圖2中a)圖所示的槽電勢星形圖。
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,這是由於它們在磁極下分別處於對應的位置,所以它們的感應電勢同相位。
一般說,對於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。
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各相分別占據空間範圍60°電角度。同理,圖2中b)圖所示,三相交流繞組A、B、C各相分別占據空間範圍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係數越低。
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並不局限於圖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。
轉載請說明來自西安泰富西瑪電機(西安西瑪電機集團股份有限公司)官方網站://www.merelymotivated.com/zixun/dianjibaike128.html
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。
鑒於以上情況,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。
槽電勢星形圖繪製方法
圖1所示是一台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,其槽電勢星形圖繪製步驟如下:
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。由於整個電樞圓周為360°機械角度,以電角度計算時,一對極距範圍內就等於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)繪製槽電勢星形圖
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。
由於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滯後20°。同理矢量3比矢量2滯後20°。以此類推,就可繪出圖2中a)圖所示的槽電勢星形圖。
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,這是由於它們在磁極下分別處於對應的位置,所以它們的感應電勢同相位。
一般說,對於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各相分別占據空間範圍60°電角度。同理,圖2中b)圖所示,三相交流繞組A、B、C各相分別占據空間範圍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係數越低。
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並不局限於圖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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