磁场非正弦散布致使的谐波电动势的削弱办法
发电机电动势中假定存在高次谐波,将使电动势波形变坏,发作许多不良影响:(1)发电机自身的附加损耗添加,功率降低,温升增高;(2)或许致使输电线路的电感和电容发作谐振,发作过电压;(3)对附近的通讯线路发作搅扰;(4)使感应电动机发作有害的附加转矩和损耗,构成电动机作业功用变坏。因而,计划电机时,要尽或许削弱或消除电动势中的高次谐波。
通常谐波次数愈高,其幅值愈小,对电动势波形的影响也愈小,因而,影响电动势波形的首要是3、5、7、9等次谐波。所以,计划沟通绕组时,首要思考削弱或许消除3、5、7、9等次谐波电动势。常用的办法有:
1.凸极同步电机的励磁绕组为会集绕组,气味磁场的散布取决于磁极的极靴外形,所以对凸极同步电机而言,可以经过改进磁极的极靴外形,力求磁极场沿电枢外表的散布为正弦波;而隐极同步电机经过励磁绕组的散布计划来取得正弦散布的磁场,改进励磁绕组的散布计划,可以使磁极场沿电枢外表的散布更挨近于正弦波。
在凸极同步电机中,选用非均气隙,通常取最大气隙与最小气隙
之比在1.5~2.0计划内,极靴宽度bp与极
之比在0.70~0.75计划内。关于稳极汽轮发电机,气隙是均匀的,把每极计划内安放励磁绕组有些与极距之比计划在0.70~0.80计划内。实习标明,当采纳上述办法后,同步电机磁极场波形就比照挨近于正弦形。
2.在对称的三相绕组中,三相绕组的联接消除了线电动势中的3次及其倍数次奇次谐波。和变压器一样,三相绕组可以联接成Y联接或形联接,由于三相电动势中的3次及其倍数次奇次谐波相相互差3×120°=360°,即巨细持平、相位一样。当三相绕组选用Y联接时,由于三相电动势中的3次及其倍数次奇次谐波在相位上相相互差360°,便是同相位的,并且巨细持平,线电动势
,即线电动势中的3次谐波电动势相互抵消,所以发电机输出的线电动势中不存在3次谐波,同理也不存在3的倍数奇次谐波。当三相绕组选用△联接时(图1b),由于三相的3次谐波电动势同相位、同巨细,即
,在闭合的三角形回路内发作环流
,依据电路规矩,在闭合三角形回路内有:
,这么,3次谐波电动势
恰好等于3次谐波环流所构成的使阻抗压降
,所以线电压中不会呈现3次谐波。同理,也不会呈现3的倍数次谐波。
a)Y形联接 b)△形联接
图1 三相绕组选用Y形或△形联接
从上述可见,不管三相绕组选用Y形或△形联接,线电压中都不存3和3的倍数次谐波,这是三相绕组在电动势方面的长处。但中选用△联接时,由于闭合回路中的3次谐波环流致使附加损耗,使电机功率降低、温升添加,所以现代同步发电机通常选用Y形联接。
3.选用短距绕组削弱高次谐波电动势
图2标明选用短距消除5次谐波电动势办法。图中实线标明整距状况,这时5次谐波磁场在线圈两个有用边内感应电动势的瞬时值巨细持平、方向相反,沿回路内恰好相加。假定把节距y1缩短,如图中虚线所示,则两个有用边内的5次谐波电动势也巨细持平,但方向一样,沿回路内恰好相互抵消,故5次谐波构成电动势等于零。通常说来,节距缩短v次谐波的一个极距(即缩短
),就能消除v次谐波电动势。
图2 选用短距绕组消除5次谐波电动势
实习上,由于三相绕组选用Y形或△形联接,线电压中现已消除了3次及3的倍数次谐波,所以挑选绕组节距时首要思考一同消弱5、7次谐波电动势,因而,通常选用,这时5次和7次谐波电动势差不多都削弱到只需正本的1/4。表1列出了纷歧样节距时基波和有些谐波的短距的系数。
表1 基波和有些高次谐波的短距系数
v | ||||||
1 | 8/9 | 5/6 | 4/5 | 7/9 | 2/3 | |
1 3 5 7 | 1.0000 -1.0000 1.0000 1.0000 | 0.9848 -0.8660 0.6428 -0.3420 | 0.9659 -0.7071 0.2588 0.2588 | 0.9511 -0.5878 0 0.5878 | 0.9397 -0.5000 -0.1736 0.7660 | 0.8660 0 -0.8660 0.8660 |
4.选用散布绕组削弱高次谐波电动势
表2和图3标明每极每相槽数q纷歧样时基波和各次谐波的散布系数的改动状况。从表可见,当q添加时基波的散布系数减小不多,但谐波的散布系数显着减小,因而,选用散布绕组可以削弱高次谐波电动势。但是,跟着q的增大,电枢槽数Z也增多,这将致使冲剪工时和绝缘材料耗费量添加,然后使电机本钱前进。实习上,当q>6时,高次谐波散布系数的降低已不太显着,因而除二极汽轮发电机选用q=6-12以外,通常沟通电机的q均在2-6计划内。
表2 三相绕组基波和有些高次谐波的散布系数的必定值
v | q | |||||||
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
1 | 0.9659 | 0.9598 | 0.9577 | 0.9567 | 0.9561 | 0.9558 | 0.9556 | 0.9555 |
3 | 0.7071 | 0.6667 | 0.6533 | 0.6472 | 0.6440 | 0.6420 | 0.6407 | 0.6399 |
5 | 0.2588 | 0.2176 | 0.2053 | 0.2000 | 0.1972 | 0.1955 | 0.1944 | 0.1937 |
7 | 0.2588 | 0.1774 | 0.1576 | 0.1494 | 0.1453 | 0.1429 | 0.1413 | 0.1403 |
9 | 0.7071 | 0.3333 | 0.2706 | 0.2472 | 0.2357 | 0.2291 | 0.2250 | 0.2222 |
11 | 0.9659 | 0.1774 | 0.1261 | 0.十95 | 0.十17 | 0.0974 | 0.0948 | 0.0930 |
13 | 0.9659 | 0.2176 | 0.1261 | 0.十22 | 0.0919 | 0.0865 | 0.0831 | 0.08十 |
15 | 0.7071 | 0.6667 | 0.2706 | 0.2000 | 0.1725 | 0.1586 | 0.1503 | 0.1450 |
图3 基波和各次谐波的散布系数(必定值)和q的联络
例 一台三一样步发电机,f=50Hz,nN=1500r/min定子选用双层短距散布绕组,定子槽数Z=36,,每个线圈匝数Nc=9,并联支路数a=1,Y联接,每极磁通量
,求相电动势
和线电动势E。
解 求解时,基波和各次谐波的绕组系数的核算较为繁琐,可以凭仗Malab东西,较为便当核算相电动势和线电动势E。核算效果为
;线电动势E=405.04V。下面为Malab源程序:
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