同事小S和Ms.參商討某型電機(jī)的繞組方案，以便能有效削弱電磁噪聲。當(dāng)談到相帶問題時，小S有些茫然，說他一直以來雖有60或120度相帶的概念，但對相帶問題不似分?jǐn)?shù)匝或正弦繞組那么明晰。

以Ms.參看來，小S的情況有一定的代表性。因為電機(jī)種類雖多且雜，但電機(jī)繞組多為標(biāo)準(zhǔn)60度相帶，即便120度相帶繞組都很少涉及，非標(biāo)相帶及其相關(guān)問題自然沒多少人在意。

鑒于以上情況，Ms.參認(rèn)為有必要談?wù)勏鄮Ъ捌溥x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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)把電樞上各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的電勢分別用矢量表示時，這些矢量構(gòu)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(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)導(dǎo)體沿圓周分布情況，極數(shù)2p=4、槽數(shù)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(jī)械角度，以電角度計算時，一對極距范圍內(nèi)就等于360°電角度。當(dāng)電機(jī)有p對極時，則電樞圓周應(yīng)為p360°電角度，因此，槽距電角為

α1=p360°/Z……（1）

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

圖1

2）繪制槽電勢星形圖

假設(shè)磁極磁場的磁密沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，轉(zhuǎn)子沿反時針方向恒速旋轉(zhuǎn)，則定子各槽內(nèi)導(dǎo)體的感應(yīng)電勢將隨時間按正弦規(guī)律變化。

由于各槽在空間上彼此互差α1電角度，因此各導(dǎo)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(shè)1號槽的導(dǎo)體電勢以矢量1表示，則在圖示轉(zhuǎn)向下，2號槽的導(dǎo)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。

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(yīng)的位置，所以它們的感應(yīng)電勢同相位。

一般說，對于每極每相整數(shù)槽繞組，如果電機(jī)有p對極，則有p個重疊的槽電勢星形。普遍地說，當(dāng)p和Z有最大公約數(shù)t時，則有t個重合的槽電勢星形。對圖1所示同步發(fā)電機(jī)而言，p和Z的最大公約數(shù)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(shù)越低。

非標(biāo)準(zhǔn)相帶選用及遵循原則

當(dāng)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(jù)的電角度并不局限于圖2所示的60°和120°，而變極多速電機(jī)繞組常常選用60°和120°相帶以外的非標(biāo)準(zhǔn)相帶。

無論繞組相帶如何選，必須遵循以下原則：

在一定導(dǎo)體數(shù)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。