| 虛槽不能減小直流測速發(fā)電機紋波系數(shù)的分析
張文海
(成都精密電機廠，四川成都610500)
O引言
生產(chǎn)實踐中，直流電機有時采用虛槽，虛槽不但可成倍降低片間電壓，提高直流電機的工作電壓；還可按平方的關系減小換向電感，改善換向。但是，對于低速永磁直流測速發(fā)電機采用虛槽可否減小輸出紋波系數(shù)卻存在著不同看法。一種理論認為，直流測速發(fā)電機的紋波系數(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)應該大大減小。然而，筆者卻有不同看法，認為虛槽并不能減小直流測速發(fā)電機的紋波系數(shù)，分析如下。
1從相角差看實槽元件與虛槽元件
所謂平波作用，即繞組元件每相鄰兩個反電勢半波之間，都有一個相角差，每極下的元件數(shù)越多，這個相角差越小，所有反電勢半波串聯(lián)疊加后，直流電壓的脈動則越小，即紋波系數(shù)越小。
顯然，每相鄰兩個元件反電勢半波相角差大小，對直流測速發(fā)電機輸出電壓有平滑作用，無相角差，無平波作用；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。實槽元件每相鄰兩個反電勢半波之間有相角差，所以有平波作用，故增多每極下實槽元件數(shù)，可以減小直流測速發(fā)電機的紋波系數(shù)；而虛槽元件因同處于一個槽中，兩相鄰反電勢半波之間無相角差，所以無平波作用，故采用虛槽也就不可能減小直流測
速發(fā)電機的紋波系數(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從繞組簡化圖看實槽元件與虛槽元件
圖l是一種低速永磁直流測速發(fā)電機繞組元件簡化圖，
一般低速永磁直流測速發(fā)電機采用的是單波繞組。圖中所有元件串聯(lián)后經(jīng)電刷分成兩個并聯(lián)支路：上支路為所有元件反電勢正半波串聯(lián)向量相加；下支路為所有元件反電勢負半波串聯(lián)向量相加；經(jīng)電刷后，兩支路進行正負半波向量相加。從中可以看出，無論這些元件采不采用虛槽，反電勢半波串聯(lián)后相加的性質(zhì)是不會發(fā)生變化的，因為中間的每一個元件，無論分成二分之一總匝數(shù)焊在兩個換向片上(兩個虛槽)，還是分成本分之一總匝數(shù)焊在三個換向片上(三個虛槽)其結果與元件總匝數(shù)焊在一個換向片上(一個實槽)是一樣的，因為實槽元件反電勢半波不可能因元件中問抽_r兩個頭還是抽了三個頭而產(chǎn)生移相，這是大家公認的。有人認為是采用虛槽，岡虛槽元件換向有先后，所以換向能使虛槽反電勢半波移相，這種說法不妥。雖然理論上只有電容移相、電感移相、電阻移相，并無換向器移相之說。但實際上，虛槽元件雖然換向有先后，但兩支路中的正負半波電勢是在元件串聯(lián)中相加的，并非經(jīng)過電刷才串聯(lián)相加，電刷只起正負半波疊加的作用，所以不會發(fā)生移相。而且，換向中的虛槽元件，此時切割電勢基本為零，只起聯(lián)結電路的作用，故不可能產(chǎn)生移相作用。即使換向中的虛槽元件電勢不為零，換向時也不可能移相，它只能和增高支路電勢的作用。只要分析圖
1，便可得出這種結論。
3從電勢星形圖看實槽元件與虛槽元件
圖2是一種永磁直流測速發(fā)電機電勢星形圖：該電機每極下六個實槽元件，+e1，+e2，+e3，+e4，+e5，+e6為元件正半波電勢向量，-e1，-e2，-e3，-e4，-e5，-e6為元件負半波電勢向量，θ為槽距角(電角度)，也即相鄰元件反電勢半波的相角差。從中可以看出，每極下的元件數(shù)越多，θ角會越小，星形圖外接多邊形也會越多，也更接近正圓。顯然，外接多邊形越多，輸出紋波系數(shù)會越小，當外接多邊形多到為正圓時，輸出紋波系數(shù)則會為零。但是，虛槽元件因同處于一槽中并不能改變θ角的大小，只能增大反電勢半波的幅值。星形圖中，向量的幅值增大了，θ角不變，外接多邊形的邊長也隨著增大，二者同時增大，其比值不變，所以虛槽不可能減小紋波系數(shù)。圖2可形象地說明這一問題。
4實際測試證明
下面選擇兩種低速永磁直流測速發(fā)電機作紋波系數(shù)比較實驗。一種是130#機座測速發(fā)電機，未采用虛槽，每極實槽元件數(shù)為13. 2，按理論紋波系數(shù)公式計算：
即百分之零點三六。實測紋波系數(shù)為百分之零點五四，實測值稍人于理論值，符合理論。另一種為330#機座測速發(fā)電機，采用了3個虛槽，每極實槽元件數(shù)為14. 3，虛槽元件數(shù)為42. 9(14 .3×3)，實槽元件數(shù)近似與130#機座電機相等。按紋波系數(shù)理論公式計算，實槽紋波系數(shù)理論值為
即百分之零點三一，實測值為百分之零點四一；二者近似相等，符合理論。再用該電機每極下虛槽元件數(shù)計算理論
紋波系數(shù)值
即百分之零點零三四，與實測值百分之零點四一差了一個數(shù)量級，不符合理論。可見，虛槽不可能減小直流測速發(fā)電機的紋波系數(shù)，那么，是否因為測試水平太低，無法測量這樣小的紋波系數(shù)?于是，我們用示波器觀察這兩種電機的輸出波形，實際是兩種電機紋波電壓差異不大，也就是說，虛槽脈動，并不能從紋波電壓上觀察出來，盡管示波器的頻率響應很好。可見測試并無問題。
5結語
綜上所述，可以看出，低速永磁直流測速發(fā)電機采用虛槽，無論從理論和實踐看，對減小紋波系數(shù)都不起作用。但從虛槽能改善換向后，虛稽對減小紋波系數(shù)有一定作用，因換向不好也會增大紋波系數(shù)，但那不是主要的。不過，低速永磁直流測速發(fā)電機采用虛槽因能改善換向，降低片間電壓，由此可增大線性工作范圍。但與此同時，換向器和下線的工藝難度會大大增加，不合算。 |
