虚槽不能减小直流测速发电机纹波系数的分析

    张文海

    (成都精密电机厂，四川成都610500)

    O引言

    生产实践中，直流电机有时采用虚槽，虚槽不但可成倍降低片间电压，提高直流电机的工作电压；还可按平方的关系减小换向电感，改善换向。但是，对于低速永磁直流测速发电机采用虚槽可否减小输出纹波系数却存在着不同看法。一种理论认为，直流测速发电机的纹波系数主要取决于每极下的元件数，元件数越多，反电势半波的平波作用越好，所以纹波系数也越小。虚槽可成倍增多每极下的元件数，故纹波系数应该大大减小。然而，笔者却有不同看法，认为虚槽并不能减小直流测速发电机的纹波系数，分析如下。

    1从相角差看实槽元件与虚槽元件

    所谓平波作用，即绕组元件每相邻两个反电势半波之间，都有一个相角差，每极下的元件数越多，这个相角差越小，所有反电势半波串联叠加后，直流电压的脉动则越小，即纹波系数越小。

    显然，每相邻两个元件反电势半波相角差大小，对直流测速发电机输出电压有平滑作用，无相角差，无平波作用；有相角差，有平波作用；相角差越小，平波作用越好。每极F元件数越多，相角差越小，所以输出纹波系数越小。实槽元件每相邻两个反电势半波之间有相角差，所以有平波作用，故增多每极下实槽元件数，可以减小直流测速发电机的纹波系数；而虚槽元件因同处于一个槽中，两相邻反电势半波之间无相角差，所以无平波作用，故采用虚槽也就不可能减小直流测

    速发电机的纹波系数。而相角差，只决定于元件空间位置，不决定于换向片数。

    2从绕组简化图看实槽元件与虚槽元件

图l是一种低速永磁直流测速发电机绕组元件简化图，

 

一般低速永磁直流测速发电机采用的是单波绕组。图中所有元件串联后经电刷分成两个并联支路：上支路为所有元件反电势正半波串联向量相加；下支路为所有元件反电势负半波串联向量相加；经电刷后，两支路进行正负半波向量相加。从中可以看出，无论这些元件采不采用虚槽，反电势半波串联后相加的性质是不会发生变化的，因为中间的每一个元件，无论分成二分之一总匝数焊在两个换向片上(两个虚槽)，还是分成本分之一总匝数焊在三个换向片上(三个虚槽)其结果与元件总匝数焊在一个换向片上(一个实槽)是一样的，因为实槽元件反电势半波不可能因元件中问抽_r两个头还是抽了三个头而产生移相，这是大家公认的。有人认为是采用虚槽，冈虚槽元件换向有先后，所以换向能使虚槽反电势半波移相，这种说法不妥。虽然理论上只有电容移相、电感移相、电阻移相，并无换向器移相之说。但实际上，虚槽元件虽然换向有先后，但两支路中的正负半波电势是在元件串联中相加的，并非经过电刷才串联相加，电刷只起正负半波叠加的作用，所以不会发生移相。而且，换向中的虚槽元件，此时切割电势基本为零，只起联结电路的作用，故不可能产生移相作用。即使换向中的虚槽元件电势不为零，换向时也不可能移相，它只能和增高支路电势的作用。只要分析图

1，便可得出这种结论。

3从电势星形图看实槽元件与虚槽元件

    图2是一种永磁直流测速发电机电势星形图：该电机每极下六个实槽元件，+e₁，+e₂，+e₃，+e₄，+e₅，+e₆为元件正半波电势向量，-e₁，-e₂，-e₃，-e₄，-e₅，-e₆为元件负半波电势向量，θ为槽距角(电角度)，也即相邻元件反电势半波的相角差。从中可以看出，每极下的元件数越多，θ角会越小，星形图外接多边形也会越多，也更接近正圆。显然，外接多边形越多，输出纹波系数会越小，当外接多边形多到为正圆时，输出纹波系数则会为零。但是，虚槽元件因同处于一槽中并不能改变θ角的大小，只能增大反电势半波的幅值。星形图中，向量的幅值增大了，θ角不变，外接多边形的边长也随着增大，二者同时增大，其比值不变，所以虚槽不可能减小纹波系数。图2可形象地说明这一问题。

 

 

4实际测试证明

下面选择两种低速永磁直流测速发电机作纹波系数比较实验。一种是130#机座测速发电机，未采用虚槽，每极实槽元件数为13. 2，按理论纹波系数公式计算：