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    2. 發電機定子繞組(一)

      線圈定義

      線圈定義

      繞組概念

      繞組概念
      • 極距\(\tau\):沿定子鐵心內圓每個轉子磁極所占的定子槽數(\(\tau\)=36/4=9)
      • 槽距角\(\alpha\):一個定子槽所占的電角度數稱為槽距角(\(\alpha\)=180/9=20°)
      • 每極每相槽數q:每個極距內每相所占的槽數稱為每極每相槽數(q=9/3=3)

      導線感應電壓

      導線感應電壓
      • \(Ex\):在\(x\)角度時導線的感應電壓
      • \(Bx\):在角度\(x\)時通過導線的磁通量
      • \(l\):導線在定子槽內的有效長度(有效邊)
      • \(\nu\):勵磁場(轉子)旋轉速度

      導體中的感應電勢

      • 感應電勢的波形
        \(e_x(t) = B_xl\nu\)
        感應電勢隨時間變化的波形和磁感應強度在空間的分佈波形相一致。
        只考慮磁場基波時,感應電勢為正弦波。
      • 感應電勢的頻率
        磁場轉過一對極(p),導體中的感應電勢變化一個週期;
        轉速為n (r/min)的電機,每秒鐘轉過(pn/60)對極;
        導體中感應電勢的頻率f=(pn/60)Hz
      • 感應電勢的大小
        感應電勢的最大值:\(E_{nmax} = B{_\delta}{l\nu}\)
        導體與磁場的相對速度:\(v = 2p{\tau}n/60\)
        感應電勢的有效值:\(E_n = \cfrac{E_{nmax}}{\sqrt{2}} = 2.22f{\phi}_1\)
      小結:繞組中均勻分佈著許多導體,這些導體中的感應電勢有效值,頻率,波形均相同;但是他們的相位不相同。

      集中繞組

      集中繞組

      集中繞組

      典型的集中繞組是轉子一對極內只有三個定子齒、槽,定子槽數Q與極對數p的關係為Q/p=3,三個齒上套三個線圈,分別屬於a、b、c三相,多對極的電機,具有p組線圈,可以將它們串聯或並聯構成三相繞組。

      集中繞組的優點是繞組端接部分縮短,導線用量減少,繞組線圈電阻降低,銅耗減少,效率提高,成本降低,製造週期縮短。但是集中繞組也帶來一定的缺點,主要是電機的繞組因數減小,定子磁動勢中諧波含量增加及定子齒、槽對磁場分佈的影響增大,使電機的脈動轉矩增大。

      分佈繞組

      分佈繞組

      圖一、分佈繞組

      圖一、將每相繞組分散於三個定子槽內(1、2、3)且各組繞線相互串接,以a相為例其電壓合成為圖二中Fq,而各定子槽的線電壓為Fy,1、2、3組繞線在空間上各差一槽距角。

      合成電壓

      圖二、合成電壓

      分佈繞組

      將一相的線圈分成q個等份且分別放置於同一相的q個定子槽內。設三相發電機定子槽數為N個,轉子極數為P極,則q= (N/p)/3。例:定子槽數為36槽轉子為4極q=(36/4)/3=3 即每相為三個槽(如前圖一)。在每槽線圈的兩端互相串接所合成的基本波仍為正弦波,由於各槽間相距一槽距角(上例為20°)使合成後的電壓小於分佈於各槽線圈的總合Fq < Fy1+Fy2+Fy3。

      槽距角a:兩個定子槽之間的電氣角度。 a= 180°/(定子槽數N/轉子極數)

      分佈係數:\( Kq = \dfrac{每相分佈繞組電壓}{每相集中繞組電壓} = \dfrac{{Fq}}{Fy1+Fy2+Fy3} \)

      分佈繞組的缺點為端部分太長、導線用量多、繞組線圈電阻高、銅耗大、效率降低、成本提高、製造複雜。 但其能被接受且廣為運用的主要優點:定子磁動勢中的諧波含量減少與定子齒、槽對磁場分佈的影響減小,使電機的脈動電壓幅度減小。

      分佈繞組佈線方式一

      圖三、分佈繞組佈線方式(一)

      分佈繞組佈線方式二

      圖四、分佈繞組佈線方式(二)

      電壓向量合成

      圖五、電壓向量合成

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