电机槽电势星形图的绘制方法

同事小S和Ms.参商讨某型电机的绕组方案，以便能有效削弱电磁噪声。当谈到相带问题时，小S有些茫然，说他一直以来虽有60或120度相带的概念，但对相带问题不似分数匝或正弦绕组那么明晰。

以Ms.参看来，小S的情况有一定的代表性。因为电机种类虽多且杂，但电机绕组多为标准60度相带，即便120度相带绕组都很少涉及，非标相带及其相关问题自然没多少人在意。

鉴于以上情况，Ms.参认为有必要谈谈相带及其选择问题，为确保三相绕组槽电势或磁势合成矢量的对称且绝对值最大、谐波含量最小，选用非标准相带绕组通常为最佳选项。

槽电势星形图

谈相带及其选择问题，就不得不研究槽电势星形图。当把电枢上各槽内导体按正弦规律变化的电势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个辐射星形图，称为槽电势星形图。

槽电势星形图绘制方法

图1所示是一台三相同步发电机定子槽内导体沿圆周分布情况，极数2p=4、槽数Z=36，其槽电势星形图绘制步骤如下：

1)槽距电角α1

相邻两槽间的距离以电角度表示时，称为槽距电角。由于整个电枢圆周为360°机械角度，以电角度计算时，一对极距范围内就等于360°电角度。当电机有p对极时，则电枢圆周应为p360°电角度，因此，槽距电角为

α1=p360°/Z……(1)

式中p是电机的极对数，Z是电枢槽数，对图1所示电机来说，则为α1=p360°/Z=2×360°/36=20°

图1

2)绘制槽电势星形图

假设磁极磁场的磁密沿气隙圆周按正弦规律分布，转子沿反时针方向恒速旋转，则定子各槽内导体的感应电势将随时间按正弦规律变化。

由于各槽在空间上彼此互差α1电角度，因此各导体电势在时间相位上也彼此相差α1角度。如图2中a)图所示，假设1号槽的导体电势以矢量1表示，则在图示转向下，2号槽的导体电势矢量2比矢量1滞后20°。同理矢量3比矢量2滞后20°。以此类推，就可绘出图2中a)图所示的槽电势星形图。

图2

槽电势星形图物理意义

从图2中a)图可见，19、20、21……等矢量与1、2、3……等矢量分别重合，这是由于它们在磁极下分别处于对应的位置，所以它们的感应电势同相位。

一般说，对于每极每相整数槽绕组，如果电机有p对极，则有p个重叠的槽电势星形。普遍地说，当p和Z有最大公约数t时，则有t个重合的槽电势星形。对图1所示同步发电机而言，p和Z的最大公约数为2，故有两个重合的槽电势星形。

相带的概念及其物理意义

每相占据空间电角度

图2中a)图所示，每360°电角度圆周分割为6等分，每等分横跨60°电角度，即三相交流绕组A-X、B-Y、C-Z各相分别占据空间范围60°电角度。同理，图2中b)图所示，三相交流绕组A、B、C各相分别占据空间范围120°电角度。

相带及其物理意义

所谓相带就是如图2所示每相绕组在360°电角度空间上占据的电角度，其大小实际上反映了电枢绕组的分布水平或集中度。相带电角度值越大，绕组集中度越低，合成电势或磁势波中谐波的含量越小，但绕组的利用率或分布系数越低。

非标准相带选用及遵循原则

当研究低谐波绕组以减低电磁噪声时，每相绕组在360°电角度空间上占据的电角度并不局限于图2所示的60°和120°，而变极多速电机绕组常常选用60°和120°相带以外的非标准相带。

无论绕组相带如何选，必须遵循以下原则：

在一定导体数下，获得较大基波电势和基波磁势;

1在三相绕组中，对基波而言，三相电势和磁势必须对称，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电势和磁势波形力求接近正弦波，为此要求电势和磁势中的谐波分量尽可能小。

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