虛槽不能減小直流測速發電機紋波系數的分析

    張文海

    (成都精密電機廠，四川成都610500)

    O引言

    生產實踐中，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電機采用虛槽可否減小輸出紋波系數卻存在著不同看法。一種理論認為，直流測速發電機的紋波系數主要取決于每極下的元件數，元件數越多，反電勢半波的平波作用越好，所以紋波系數也越小。虛槽可成倍增多每極下的元件數，故紋波系數應該大大減小。然而，筆者卻有不同看法，認為虛槽并不能減小直流測速發電機的紋波系數，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，每極下的元件數越多，這個相角差越小，所有反電勢半波串聯疊加后，直流電壓的脈動則越小，即紋波系數越小。

    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元件數越多，相角差越小，所以輸出紋波系數越小。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，可以減小直流測速發電機的紋波系數；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

    速發電機的紋波系數。而相角差，只決定于元件空間位置，不決定于換向片數。

    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電機繞組元件簡化圖，

 

一般低速永磁直流測速發電機采用的是單波繞組。圖中所有元件串聯后經電刷分成兩個并聯支路：上支路為所有元件反電勢正半波串聯向量相加；下支路為所有元件反電勢負半波串聯向量相加；經電刷后，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，反電勢半波串聯后相加的性質是不會發生變化的，因為中間的每一個元件，無論分成二分之一總匝數焊在兩個換向片上(兩個虛槽)，還是分成本分之一總匝數焊在三個換向片上(三個虛槽)其結果與元件總匝數焊在一個換向片上(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中相加的，并非經過電刷才串聯相加，電刷只起正負半波疊加的作用，所以不會發生移相。而且，換向中的虛槽元件，此時切割電勢基本為零，只起聯結電路的作用，故不可能產生移相作用。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，輸出紋波系數會越小，當外接多邊形多到為正圓時，輸出紋波系數則會為零。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。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電機作紋波系數比較實驗。一種是130#機座測速發電機，未采用虛槽，每極實槽元件數為13. 2，按理論紋波系數公式計算：