虛槽不能減小直流測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波系數(shù)的分析
張文海
(成都精密電機(jī)廠，四川成都610500)
O引言
生產(chǎn)實(shí)踐中，直流電機(jī)有時(shí)采用虛槽，虛槽不但可成倍降低片間電壓，提高直流電機(jī)的工作電壓；還可按平方的關(guān)系減小換向電感，改善換向。但是，對(duì)于低速永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)采用虛槽可否減小輸出紋波系數(shù)卻存在著不同看法。一種理論認(rèn)為，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波系數(shù)主要取決于每極下的元件數(shù)，元件數(shù)越多，反電勢(shì)半波的平波作用越好，所以紋波系數(shù)也越小。虛槽可成倍增多每極下的元件數(shù)，故紋波系數(shù)應(yīng)該大大減小。然而，筆者卻有不同看法，認(rèn)為虛槽并不能減小直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波系數(shù)，分析如下。
1從相角差看實(shí)槽元件與虛槽元件
所謂平波作用，即繞組元件每相鄰兩個(gè)反電勢(shì)半波之間，都有一個(gè)相角差，每極下的元件數(shù)越多，這個(gè)相角差越小，所有反電勢(shì)半波串聯(lián)疊加后，直流電壓的脈動(dòng)則越小，即紋波系數(shù)越小。
顯然，每相鄰兩個(gè)元件反電勢(shì)半波相角差大小，對(duì)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓有平滑作用，無(wú)相角差，無(wú)平波作用；有相角差，有平波作用；相角差越小，平波作用越好。每極F元件數(shù)越多，相角差越小，所以輸出紋波系數(shù)越小。實(shí)槽元件每相鄰兩個(gè)反電勢(shì)半波之間有相角差，所以有平波作用，故增多每極下實(shí)槽元件數(shù)，可以減小直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波系數(shù)；而虛槽元件因同處于一個(gè)槽中，兩相鄰反電勢(shì)半波之間無(wú)相角差，所以無(wú)平波作用，故采用虛槽也就不可能減小直流測(cè)
速發(fā)電機(jī)的紋波系數(shù)。而相角差，只決定于元件空間位置，不決定于換向片數(shù)。
2從繞組簡(jiǎn)化圖看實(shí)槽元件與虛槽元件
圖l是一種低速永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)繞組元件簡(jiǎn)化圖，
一般低速永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)采用的是單波繞組。圖中所有元件串聯(lián)后經(jīng)電刷分成兩個(gè)并聯(lián)支路：上支路為所有元件反電勢(shì)正半波串聯(lián)向量相加；下支路為所有元件反電勢(shì)負(fù)半波串聯(lián)向量相加；經(jīng)電刷后，兩支路進(jìn)行正負(fù)半波向量相加。從中可以看出，無(wú)論這些元件采不采用虛槽，反電勢(shì)半波串聯(lián)后相加的性質(zhì)是不會(huì)發(fā)生變化的，因?yàn)橹虚g的每一個(gè)元件，無(wú)論分成二分之一總匝數(shù)焊在兩個(gè)換向片上(兩個(gè)虛槽)，還是分成本分之一總匝數(shù)焊在三個(gè)換向片上(三個(gè)虛槽)其結(jié)果與元件總匝數(shù)焊在一個(gè)換向片上(一個(gè)實(shí)槽)是一樣的，因?yàn)閷?shí)槽元件反電勢(shì)半波不可能因元件中問(wèn)抽_(kāi)r兩個(gè)頭還是抽了三個(gè)頭而產(chǎn)生移相，這是大家公認(rèn)的。有人認(rèn)為是采用虛槽，岡虛槽元件換向有先后，所以換向能使虛槽反電勢(shì)半波移相，這種說(shuō)法不妥。雖然理論上只有電容移相、電感移相、電阻移相，并無(wú)換向器移相之說(shuō)。但實(shí)際上，虛槽元件雖然換向有先后，但兩支路中的正負(fù)半波電勢(shì)是在元件串聯(lián)中相加的，并非經(jīng)過(guò)電刷才串聯(lián)相加，電刷只起正負(fù)半波疊加的作用，所以不會(huì)發(fā)生移相。而且，換向中的虛槽元件，此時(shí)切割電勢(shì)基本為零，只起聯(lián)結(jié)電路的作用，故不可能產(chǎn)生移相作用。即使換向中的虛槽元件電勢(shì)不為零，換向時(shí)也不可能移相，它只能和增高支路電勢(shì)的作用。只要分析圖
1，便可得出這種結(jié)論。
3從電勢(shì)星形圖看實(shí)槽元件與虛槽元件
圖2是一種永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)電勢(shì)星形圖：該電機(jī)每極下六個(gè)實(shí)槽元件，+e1，+e2，+e3，+e4，+e5，+e6為元件正半波電勢(shì)向量，-e1，-e2，-e3，-e4，-e5，-e6為元件負(fù)半波電勢(shì)向量，θ為槽距角(電角度)，也即相鄰元件反電勢(shì)半波的相角差。從中可以看出，每極下的元件數(shù)越多，θ角會(huì)越小，星形圖外接多邊形也會(huì)越多，也更接近正圓。顯然，外接多邊形越多，輸出紋波系數(shù)會(huì)越小，當(dāng)外接多邊形多到為正圓時(shí)，輸出紋波系數(shù)則會(huì)為零。但是，虛槽元件因同處于一槽中并不能改變?chǔ)冉堑拇笮�，只能增大反電�?shì)半波的幅值。星形圖中，向量的幅值增大了，θ角不變，外接多邊形的邊長(zhǎng)也隨著增大，二者同時(shí)增大，其比值不變，所以虛槽不可能減小紋波系數(shù)。圖2可形象地說(shuō)明這一問(wèn)題。
4實(shí)際測(cè)試證明
下面選擇兩種低速永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)作紋波系數(shù)比較實(shí)驗(yàn)。一種是130#機(jī)座測(cè)速發(fā)電機(jī)，未采用虛槽，每極實(shí)槽元件數(shù)為13. 2，按理論紋波系數(shù)公式計(jì)算：
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