交流发电机波形分析

交流发电机波形分析（精选3篇）

交流发电机波形分析 篇1

0引言

发电机转子交流阻抗试验是判断转子绕组有无匝间短路的实用方法,而发电机转子绕组若发生匝间短路严重威胁发电机的安全运行,其主要危害表现在:破坏磁势的正弦分布,机组振动加剧,励磁电流上升,产生局部过热。此时横差保护、转子回路过负荷保护可能动作,造成机组停机事故,给电厂带来重大损失。其次,当转子绕组匝间长期短路,使转子绕组局部过热、老化会导致发电机的低励磁或失磁故障。

低励、失磁故障对电力系统以及对发电机都有很大影响。

(1)对电力系统的危害

1)从电力系统中吸收无功功率,引起系统电压的下降,当无功功率储备不足时,可能使系统因电压崩溃而瓦解;

2)其他发电机无功功率输出增加,使某些发电机、变压器、线路过电流,扩大故障范围;

3)由于有功功率的摆动及电压的下降,使其他发电机或系统之间产生振荡,大量甩负荷。

(2)对发电机的危害

1)转子中出现差频电流,使得转子过热;

2)重负荷下失磁转差大,等效电抗小,吸收无功功率大,产生过电流使定子过热;

3)有功功率及转矩周期性摆动,作用在发电机轴系及机座上,发电机会周期性严重超速;

4)定子端部漏磁增强,使端部部件、铁心过热。

也正是由于以上的种种危害,根据《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)的要求,隐极式发电机转子需在膛外或膛内以及不同转速下测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,并与上次测量值相比较,以初步判定转子是否有发生匝间短路的趋势。

1问题的提出

公司所属某电厂2012年8月1日凌晨2号机组停机,开始第二次A级检修,根据《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)的要求,隐极式发电机转子需在膛外或膛内以及不同转速下测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,该电厂电气专业与河南中电投华新电力工程有限公司高压试验人员一起对待修2号机组发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗进行了测试。

电气专业人员对测试进行了分析,根据规程要求,所测数据在相同试验条件下与历年数值比较,不应有显著变化,该电厂2号发电机在试验电压相等、 发电机转速相同的情况下发电机转子的电流和功率损耗比上次测量偏大、阻抗偏小,且发电机转速越高试验数据相差越大。

不同转速下对交流阻抗的测量值也有所降低,功率损耗有所上升。该电厂2号机组1000r/min时转子绕组阻抗较上年低4.8%,功率损耗增大2.8%, 2000r/min时转子绕组阻抗较上年低8.5%,功率损耗增大1.3%,由此初步判断发电机转子绕组在动态状况下,由于受到转子离心力的影响,转子绕组可能存在不稳定匝间短路现象,但是由于试验时会受到定子附加损耗、转子剩磁、试验电压波形等多种因素的影响,轻微匝间短路无法准确判断,因此还需在抽出发电机转子后进行补充试验,进一步确认试验结果。

2交流阻抗测量原理

利用交流阻抗法确定转子匝间短路的试验,因其实用、简洁的特点被广泛应用,在《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)中明确规定大修中必须进行此项目。当转子绕组中发生匝间短路时,在交流电压下流经短路线匝中的短路电流,约比正常匝中的电流大n倍(一槽线圈总匝数),它有强烈的去磁作用,并导致交流阻抗大大下降,功率损耗大幅增加。

如图1所示,测试线要使用短粗线,600MW发电机转子试验电流在220V电压下可能达到60A,电压表直接接于转子集电环的正、负极上,调整调压器T1,并测量出电压、电流和功率P,然后按照下式计算出交流阻抗Z,即

式中,Z为交流阻抗,Ω;U为测量电压,V;I为测量电流,A。

现在交流阻抗试验一般使用专用的转子交流阻抗试验仪,其能够把加压过程中各电压值、电流、阻抗、损耗自动显示出来,并可以曲线形式打印出来便于分析判断。将测量的Z与P值与原始数据比较, 即可分析判断转子绕组有无匝间短路,当Z下降、P上升时反应出有不良发展趋势。规程规定在相同试验条件下与历史数值比较,不应有显著变化。一般超过上次值的10%时应进一步分析并使用其他试验方法进行验证。

3交流阻抗影响因素的分析

3.1膛内、膛外

转子处于膛内时,磁场通过定子铁心形成回路, 磁阻比在膛外时要小,磁导则比膛外要大,由于电抗与磁导的平方成正比,所以转子处于膛内时的交流阻抗Z一般比膛外时的大。同时与功率损耗P相应的电阻中,除了转子本体铁损的等效电阻、绕组铜损的电阻外,还要包括定子铁损的等效电阻在内。所以在相同电压下,其功率损耗一般比膛外的大。

转子处于膛外时, Z主要取决于试验电压、频率、转子本体和绕组的几何尺寸,在其功率损耗相应的电阻中,仅包括转子本体铁损的等效电阻和绕组铜损的电阻,没有定子铁损的等效电阻在内,所以Z和P的值较膛内时要小。

3.2定、转子间气隙大小的影响

气隙较小,转子处于膛内时定子磁路对阻抗的影响较大,对于同厂家、同容量的发电机定、转子间隙基本一致,可不考虑此因素影响。但对于不同厂家、 不同容量的发电机因气隙不同,在进行交流阻抗数据比较时应加以区分。

3.3静态、动态的影响

在恒定交流电压下,转子绕组的阻抗和损耗均随转速的升高而变化。例如该电厂600MW发电机转子绕组施加恒定电压180V时,测得转子阻抗Z与转速n的关系如表1所示。

由上表可看出,随转速升高,转子绕组交流阻抗降低,损耗升高。这是因为随转速升高,线圈的离心力增大并且压向槽楔,使转子线圈底部距离槽楔的距离减小,槽磁导和计算磁导也随之减小,在恒定电压下磁势为一定值,根据公式F= ΦR,F为磁势,Φ为磁通,R为磁阻,它与磁导成反比关系,故可得磁通也将减小,电抗变小,阻抗下降。另外随转速升高, 槽楔和线圈的离心力增大,使槽楔与转子齿的接触更加紧密,阻尼作用增强,去磁效应增加,导致阻抗下降,损耗增加。

3.4护环和槽楔的影响

转子本体是否安装护环,对转子绕组阻抗和损耗的影响比较大,有一台发电机转子绕组在消除匝间短路缺陷时,测得阻抗Z与电压、功率损耗P与电压的曲线如图2、图3所示。

由图2、图3可看出,当转子绕组未套护环,在210V时阻抗最大,损耗最小(曲线1);当一端套装护环后阻抗下降19.5%,损耗增加15%(曲线2); 当两端均装上护环后,在相同电压下,阻抗下降23.2%,损耗增加29.1%(曲线3);如果绕组有匝间短路时,则阻抗下降和损耗增加(曲线4)的幅度还要大。

造成上述现象的原因有两个,一是当一端装上护环时,端部线圈的交变磁通,在护环上产生了涡流去磁效应,但由于去磁效应不强,故使阻抗下降较少; 二是当两端的护环均装上后,便构成了沿轴向的两端周围的电流闭合回路,且增加了涡流去磁效应,因而是阻抗下降显著。当转子装上槽楔后,转子线槽被槽楔填充,增大了转子表面的涡流去磁效应,即增加了阻尼作用,因而使阻抗下降。

3.5短路电阻及部位的影响

当转子发生匝间短路时,其损耗增加比阻抗下降值明显,短路部位的电阻也是由大到小直至为0而转为金属性短路。在短路电阻逐渐下降的过程中其交流去磁效应会慢慢变大,另外短路部位在转子端部、直线部分、槽口等不同位置时其交流去磁效应也不同, 因此在分析判断中应注意此因素的影响。

3.6试验电压高低的影响

转子绕组是一个具有铁心的电感线圈,其等效电阻较小,电抗占主要部分。由铁心的磁化曲线可知, 当电源频率一定时,其磁通密度随磁场强度上升而增加。在测量转子绕组的交流阻抗时,转子电流将随着电压上升而增大,并使磁场强度增高,由于Φ=BS=μHS=μNIS/L,F=ΦR=NI,故R=NI/Φ=L/μS,又此时由于转子铁心远未达到饱和状态,根据μ 磁化曲线, 得到随着I的增大,R是呈现减小的趋势,磁导Λ则变大,电抗跟着变大,所以转子绕组的交流阻抗,随电压上升而增加。表2为某电厂2012年8月2号机组检修盘车状态下的转子交流阻抗试验数据,可看出试验电压从49.7V上升到200.5V时,阻抗从3.7939Ω 上升到5.4336Ω。

3.7转子本体剩磁的影响

转子本体的剩磁会使阻抗减小,这是因为在测量交流阻抗时,转子本体的槽齿中不仅有交变磁通,而且还有剩磁的恒定磁通,当两者的方向一致时起助磁作用;当两者的方向相反时,则起去磁作用。因此, 在相同电压下的阻抗,有剩磁比无剩磁时小。所以在测量转子绕组的阻抗时,应先检查其剩磁情况,当剩磁较大时可用直流去磁,剩磁较小时用交流去磁。在实际操作中为减小剩磁对阻抗的影响,在静态测量阻抗、损耗与电压的关系曲线时,应从高电压逐渐做到低电压;在动态测量阻抗与转速的关系曲线时,试验电压应尽量接近转子额定电压,以提高测量结果的准确度。

3.8测量交流阻抗和功率损耗的注意事项

为了避免相电压中含有谐波分量的影响,应采用线电压测量,并应同时测量电源频率。试验电压不能超过转子绕组的额定电压,一般集电环上施加电压, 静态试验时应将碳刷取下,动态时还应将励磁母线断开。在定子膛内测量阻抗时,定子绕组上有感应电压, 故应将其绕组与外电路断开。当转子绕组存在一点接地或对水内冷转子绕组作阻抗测量时,一定要用隔离变压器加压,并在转子轴上加装接地线,以保证测量安全。

4结束语

综上所述,用测量阻抗和损耗值的变化来判断转子绕组有无匝间短路,是简便、可靠、灵活的方法。 但是,由于影响因素较多,在分析判断时必须注意在同状态(膛内、膛外、静态、动态、槽楔、护环、剩磁)、同电压下比较。多次试验结果表明,因各型发电机转子在同一交流电压下的阻抗值不同,即使在相同的短路状态下,由于短路线匝中的短路电流不同, 其去磁作用所引起的阻抗下降和损耗增加的程度也不同。所以在应用转子交流阻抗和损耗值的变化量来判断绕组有无匝间短路及其程度时,难以出具统一的标准。

也正是如此,虽然此次该电厂2号机组转子交流阻抗测量在同转速下较上次偏低,功率损耗偏高,且随着转速的增大,差值也增大,由此初步判断发电机转子绕组在动态状况下,由于受到转子离心力的影响,转子绕组可能存在不稳定匝间短路现象,但是由于试验时会受到以上介绍的因素影响,轻微匝间短路无法准确判断,因此在发电机转子抽出后又进行了发电机转子线圈交流压降试验,试验数据如表3所示。

根据实验数据,并未发现异常,判断出转子在静态时不存在匝间短路,要想进一步确认需要在机组起动后,通过发电机转子匝间短路波形探测线圈测量转子在不同转速下的气隙波形,进一步判断转子是否存在动态匝间短路。故可以看出,交流阻抗试验仅能将现测量值与前次测量值及历史值进行比较,并结合其他的测试方法,综合判断后才能作定论。

交流发电机波形分析 篇2

永磁电机的定子绕组采用双层叠绕组。双层叠绕组具有如下优点: (1) 线圈的跨距可以任意选择, 并且可以通过选择短距来削弱或消除某次相带谐波, 同时能减短端部长度, 节省端部用铜。 (2) 双层叠绕组有可能比单层绕组获得较多的并联支路数。在三相电机中, 假使定子绕组所产生的磁动势沿气隙圆周是对称分布的, 但由于转子的偏心会造成气隙磁导的不均匀, 从而引起气隙磁通没气隙圆周的不对称分布, 也将导致气隙内一系列低极数的径向力波, 使电机在空载时就产生明显的振动和噪声, 合理地选择定子绕组的接线方法是削弱这种振动和噪声的重要手段之一。[1]

通过本文对定子绕组接线方式的分析, 发现三相分数绕组在接线过程中处于同一极下的三相接线, 必须按槽号的先后顺序进行连接。否则, 波形线不会完全吻合。

2 原理

以永磁直驱风力发电机为例:

总槽数288相数3接法2Y极数84极每相并联路数6节距1～4

其中:Q——总槽数;

p——极对数;

m——相数;

通过上述公式 (1) 、 (2) 可以得出, 由此可以得出该永磁直驱风力发电机采用的三相分数绕组, 并且是60°相带。分数槽绕组用电动势星形图来划分相带。总槽数Q和极对数p之间具有最大公约数为6, 故整个绕组可以分成6个单元, 每个单元内的7个极它采用的是三相四线制。若以1号槽为0°, 则2号槽将滞后1号槽52.5°, 3号槽将滞后2号槽52.5°。以此类推, 8号槽将滞后1号槽367.5°, 即转过一圈 (360°) 后插在1号槽和2号槽的中间, 10号槽转过一圈 (360°) 后插在2号槽和3号槽的之间, 以此类推, 由此即可列出一个单元内 (7个极, 48个槽) 槽相量的电角度值, 并画出相应的电动势星形图, 如表1和图1[2]。

通过对上述相带划分后, 按照要求把各相绕组连接成叠绕组。注意:不同磁极极性下的极相组串联时应当反接, 即尾-尾相连或首-首相连。定子绕组的接线原理图见图2。

3 比较检查

当把288根定子线圈全部嵌入定子铁心的槽后, 即对定子绕组的三相 (U相、V相、W相) 进行并头工序, 分别将三相绕组中定子线圈的引线头端进行去余头、弯制, 不同磁极极下的极相组间将出现斜并头和直并头, 依次将它们搭接好, 不进行并头焊接, 就对三相绕组进行耐压检查, 有利于检查出三相绕组间的连线是否接错。现在就使用ZPT-10T多功能耐压测试仪对三相绕组进行耐压检测, 我们可以任选一相耐压测试值置为标准, 对其他的相进行检测。这里是以V1的波形图为标准 (见图3) , 分别对V1-V2、V1-U1、V1-U2、V1-W1、V1-W2耐压检查, 测试仪显示出相对应的波形图, 通过波形图我们发现, V1-V2、V1-U1、V1-U2的波形图中两波形线能够完全吻合 (在这里不再显示图形) , 可是V1-W1、V1-W2的波形图中两波形线略有差别 (白色表示为V1波形线, 红色表示为W1、W2波形线) (见图4) 。

4 结果分析

通过对定子接线原理图反复检查, 发现W相的接线原理图出现异常。U相与V相的接线处在同一个极相组中, 而W相却不光跨了这一极组, 还跨到了另一个极相组, 该定子绕组的接线原理图如图5所示。

通过对上述两种定子绕组接线方式进行比较, 我们不难发现, W相的这种接线方式违反了60°相带绕组划分的接线原则。将弯制好W相定子线圈错误的引线端连线位置调整正确后, 重新对三相定子绕组进行耐压测试。通过试验后我们发现, 无论将任何一相电压的波形线置为标准, 对其他相进行耐压检测, 在耐压仪上出现的任意两条波形线均能吻合, 说明定子绕组的接线方式正确。

5 结语

本文通过对永磁电机定子绕组接线方式的不同对波形图的影响进行分析, 在定子线圈引线并头过程中, 我们要严格遵循相带绕组划分的接线原则。在现实操作中, 如果将定子绕组的三相的任意一相的接线连错, 势必会削弱整个电机磁路。同时对于槽数多、并头数量多的电机更加不易发觉, 因此在定子绕组进行并头时, 我们要认真细致地对待, 不再需要花费大量的人力物力做实验测试, 从而极大地缩短了研发周期和制造成本。

摘要：在永磁电机中, 定子绕组的接线是非常重要的。通过对永磁电机的三相绕组接线方式的不同进行分析, 说明接线方式对电机波形图的影响。在实际接线中, 定子绕组的连线错误也将影响整个电机的磁路。

关键词：定子绕组,定子接线原理图,波形图

参考文献

[1]黄弟耀.电机绕组接线图集[M].北京:水利水电出版社, 1998.

交流发电机波形分析 篇3

小型单相同步发电机是我军军用移动电源的重要装备,它具有结构简单、维护方便、工作可靠、适应范围广等优点,但在负载时输出电压中谐波含量大,电压波形正弦畸变率大。

由电机学原理可知,小型单相同步发电机的电枢反应磁动势为脉振磁动势,它可分解为正序磁动势及负序磁动势,其中负序磁动势所产生的反转磁场与转子间存在相对运动,它在转子绕组中感应出一系列偶次谐波电动势和电流,并进而在电枢绕组中产生出一系列奇次谐波电动势和电流,使发电机电压波形畸变。在小型单相同步发电机设计中,采用阻尼绕组来削弱负序磁场,是降低电压波形畸变率最有效的方法之一[1]。

小型凸极单相同步发电机具有直轴和交轴磁路和电路都不同的特点,其磁场非常复杂,用传统等效电路的方法分析它带有很大的近似性。场路耦合时步有限元法[2,3,4,5]在计算过程中,可以考虑铁磁材料的饱和、转子阻尼条中的涡流、电流谐波和齿槽效应等,具有较高的计算精度。因此,本文采用场路耦合时步有限元法对小型凸极单相同步发电机额定负载下的电磁场进行计算,分析了阻尼绕组采用不同连接方式及材料对电压波形的影响,可以为小型凸极单相同步发电机设计时阻尼绕组形式及材料的选取提供理论指导,提高其带负载时的电压波形质量。

2 场路耦合时步有限元模型

2.1 发电机磁场模型及电路模型

发电机磁场采用二维场分析模型,忽略定、转子铁心涡流和定子绕组区涡流以及电机轴向磁场的变化,定、转子绕组端部通过端部漏感计入电路方程中。

2.1.1 电磁场计算模型

小型凸极单相同步发电机的电磁场边值问题为:

$\begin{array}{cc}\frac{\partial }{\partial x}\left(\frac{1}{\mu }\frac{\partial A}{\partial x}\right)+\frac{\partial }{\partial y}\left(\frac{1}{\mu }\frac{\partial A}{\partial y}\right)=-J& (\Omega )\\ A=0& (\Gamma )\end{array}\}(1)$

式中,A为矢量磁位,J为电流密度,μ为媒质磁导率,Ω为求解区域,Γ为定子铁心外圆和转子铁心内圆边界。

2.1.2 定、转子绕组耦合电路及方程

定子绕组电路方程形式为:

$e=ri+u{}_{\sigma }+u(2)$

励磁绕组电路方程形式为:

$e+ri+u{}_{\sigma }=u(3)$

式中:r为绕组电阻,uσ为绕组端部漏抗压降(由绕组端部自漏感及互漏感引起),i为绕组电流,u为绕组端电压,e为绕组直线部分感应电势。

e为场路耦合的关键,对于某具体绕组,可由该绕组区域内各单元的平均矢量磁位求出[6]:

$e=\frac{{\rm N}{}_{a}l{}_{ef}}{S}{\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}\left({\displaystyle \underset{S{}^{+}}{\iint }\frac{\partial A{}_e}{\partial t}}ds-{\displaystyle \underset{S{}^{-}}{\iint }\frac{\partial A{}_e}{\partial t}}ds\right)}(4)$

式中lef为铁心有效长度,S+、S-分别为该绕组电流流出、流入方向一个单元的区域,Ae为一个单元中矢量磁位的平均值,N为该绕组区域单元数,Na为该绕组中的串联导体数,S为该绕组电流分布区域。

阻尼绕组:

连接在一起的阻尼条和阻尼端环组成一个阻尼电路。阻尼条采用不同连接方式时,阻尼绕组所包含的阻尼电路的数量不同,阻尼电路中包含的阻尼条数量也不同。如电机极对数为p,每一极上有阻尼条根,当阻尼条连接方式为所有极上阻尼条依次连接为笼状时,阻尼绕组所包含的阻尼电路的数量为1,阻尼电路中包含的阻尼条数量为2pm;当阻尼条连接方式为仅同一极上阻尼条相互连接时,阻尼绕组所包含的阻尼电路的数量为2p,每一阻尼电路中包含的阻尼条数量为m。

阻尼电路的基本结构是由阻尼条、阻尼端环电阻及电感组成的网状电路,满足基尔霍夫定律。图1所示为由n根阻尼条组成的阻尼电路,假设ik-1,ik分别为该阻尼电路中第k根阻尼条左、右两侧的回路电流,它们与第k根阻尼条的电流idk之间满足下列关系:

$i{}_k-i{}_{k-1}+i{}_{dk}=0(5)$

第k-1根和第k根阻尼条之间满足下列电压平衡方程式:

$u{}_{dk-1}-u{}_{dk}=2i{}_{k-1}r{}_{k-1}+2l{}_{k-1}\frac{di{}_{k-1}}{dt}(6)$

式中:rk-1,lk-1分别为第k-1根和第k根阻尼条之间的端环电阻和电感,udk为第k根阻尼条两端电压。

边界处电流及电压约束条件为:

$\begin{array}{l}i{}_1-i{}_n+i{}_{d1}=0(7)\\ u{}_{dn}-u{}_{d1}=2i{}_{n}r{}_n+2l{}_n\frac{di{}_n}{dt}(8)\end{array}$

当n=2时,阻尼电路为单回路,则无需上述条件。

场路耦合通过idk与udk的关系式来实现:

$i{}_{dk}={\displaystyle \underset{S{}_d}{\iint }\left(-\sigma \frac{\partial A}{\partial t}+\sigma \frac{u{}_{dk}}{l{}_{deff}}\right)}ds(9)$

式中:ldeff为阻尼条有效长度,Sd为单根阻尼条区域面积,σ为阻尼条材料电导率,A为阻尼条区域矢量磁位。

2.2 定、转子间相对运动的实现

定、转子间相对运动的实现采用插值运动边界法[7]。沿电机气隙中心线画两条完全重合的圆弧,将气隙分为两部分,分别属于定子及转子。对定子和转子采用两套相对独立的坐标系,定子坐标系固定在定子上,转子坐标系固定在转子上随转子旋转。两个坐标系下的场是独立的,只通过气隙中心线上的点进行耦合。转子运动到任意位置时转子运动边界上节点的磁位由此节点附近定子单元上节点的磁位通过插值得到。

3 时步有限元法计算程序

用ANSYS的APDL语言编写了小型凸极单相同步发电机场路耦合时步有限元法计算程序,该程序能实现电机定、转子之间的自动旋转,在励磁电路中二极管等开关元件状态转换时,能自动缩短时间步长值,以提高计算精度。该软件的流程图如图2所示,其中Ta为时间步长,T(end)为预先设定的结束时间。

4 实例计算、试验比较及分析

首先计算了小型凸极单相同步发电机额定负载下的电压波形并与实测值进行对比,然后仿真分析了额定负载下阻尼绕组采用不同的连接方式及材料对输出电压波形的影响。

4.1 样机数据

样机为一台2kW凸极单相同步发电机,极对数为1,定子槽数为30。图3为样机截面图。电机转子每极上设4根阻尼条,各阻尼条编号见图3。阻尼条1、2之间,3、4之间的节距td1=0.79ts,2、3之间节距为td2=2ts(ts为定子齿距)。

4.2 计算及试验结果

电机截面有限元剖分单元为78645个,计算时间步长为0.1ms,发电机带纯阻性负载。额定负载下计算电压波形如图4,实测电压波形如图5。表1为阻尼绕组不同连接方式时的电压波形谐波分析数据及相应的波形正弦畸变率值。其中模式1为无阻尼绕组,模式2阻尼绕组为全笼,连接方式为1-2-3-4-8-7-6-5-1,模式3阻尼绕组为半笼,连接方式为1-2-3-4, 5-6-7-8,模式4阻尼绕组为四分之一笼,连接方式为1-2, 3-4, 5-6, 7-8。表2为阻尼绕组采用不同材料时的电压波形正弦畸变率值,阻尼绕组连接方式为模式3。

4.3 结果分析

由图4及图5可以看出计算波形与实测波形近似,证明了计算方法及程序的正确性。

由表1可以看出,小型凸极单相同步发电机无阻尼绕组时谐波含量很高,电压波形正弦畸变率大;采用全笼阻尼绕组可以很好地抑制谐波,降低电压波形正弦畸变率;阻尼绕组采用半笼或四分之一笼连接方式时抑制谐波效果低于采用全笼阻尼绕组。 模式3与模式4得出的电压波形正弦畸变率值相差不大,但模式3对3、5次谐波削弱较大,而模式4对7、9次谐波削弱较大。由于样机阻尼条节距中有td2=2ts,电压波形中齿谐波分量(29、31次谐波)明显。

由表2可以看出,随着阻尼绕组所用材料电阻率的降低,电压波形正弦畸变率也降低,但仅靠改变材料来降低电压波形正弦畸变率效果十分有限。

综合上述仿真结果可知:在小型凸极单相同步发电机负载运行时,阻尼绕组对于削弱负序旋转磁场,降低电压波形正弦畸变率起到很大作用,尤以全笼阻尼绕组效果最好;在实际生产中,受转子空间位置限制或生产工艺影响,往往无法设置全笼阻尼绕组,只能设置半笼或四分之一笼阻尼绕组。由于阻尼绕组采用这两种连接方式时电压波形畸变率差别不大,此时可根据所需主要抑制输出电压中的哪些次数的谐波来选取适当的连接方式;在每极上布置阻尼条位置时,应避免所取阻尼条节距等于定子齿距的整数倍,否则电压波形中的齿谐波分量较大;在阻尼绕组分布及连接方式一定时,采用表2中几种不同的导电材料对电压波形畸变率的影响并不显著,实际选用时则可选取价格较低的材料,以提高经济性。

5 结论

采用场路耦合时步有限元方法对小型凸极单相同步发电机电磁场进行计算,求出的额定负载下的电压计算值与实验值相比误差较小,验证了计算方法及程序的正确性。

小型凸极单相同步发电机转子的阻尼绕组可以有效地削弱负序磁场的影响,降低电压波形畸变率,提高输出电压质量。全笼阻尼绕组能大大降低电压波形正弦畸变率,采用半笼或四分之一笼阻尼绕组时电压波形正弦畸变率较大,并且两种连接方式所主要降低的谐波次数也有所不同。阻尼条节距选择不当时齿谐波分量较大,会增加发电机的电磁干扰。阻尼绕组采用电阻率较低的材料时电压波形正弦畸变率较小,但起主要作用的是阻尼绕组的分布及连接方式,在阻尼条分布及连接方式一定时,可选用价格较低的材料来降低造价。

参考文献

[1]黄国治,傅丰礼(Huang Guozhi,Fu Fengli).中小旋转电机设计手册(Design manual of medium and small rotationelectrical machines)[M].北京:中国电力出版社(Beijing:China Elec.Power Press),2002.

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