2.8.1 △接法(或丫接法)变极绕组磁动势谐波的定量计算
下面通过对图2-13所示的2 = 36、4/6极双速绕组6极运行时 的10极谐波进行定量计算的实例来说明谐波含量计算的方法:
1.基波2/>2 = 6极分布系数心的计算
从图2-13可知,2P2 = 6极运行时三相绕组的线圈号分别为
U 相:1, 2,3, 4, 14,15, -19,-20,-21,-22, -32,
- 33
V 相•• 5, 6, 7, 8,-13,18,- 23,- 24,- 25,- 26, 31,
W 相:9,10,11,12,-16,-17,-27,-28,-29, -30,34,35
而从图2-12的槽号相位图可看出2p2 = 6极时三相对称,因此只浴对三相中的任一相(例如U相),求该相绕组所有线圈槽相量的相M和与算术和之比,得,(即=槽相量的相量和/槽相 缺的算术和)而槽相量的相量和为
+ Xuv
r ^llv = Ec〇s/?ux
其冲 jyuv^Ssin^ (2-5)
式中V为谐波极对数(此处v=p2 = 3对极);
/5^是槽号为的槽相量的相位角(电角度):
当yvux>0即为“ + ”槽号时心=吣敗'I
当 1<〇 即为槽号时 /3〇x=IAUW-18〇pi "
式(2-6)中〆=360V;? = Kf为槽距角(此处〆为几何角度)。
现U相绕组中的槽号^^为1、2、3、…-32、-33,每个槽 相量的幅值取为1,则由式(2-5)、(2-6)可得 = 2cos^ux = cos( 1x3x10°) + cos(2x 3x\(f)
+ cos(3 x 3 x 10°) + cos(4 x 3 x 10°) -I- cos( 14 x 3 x 10°)
+ cos( 15 x 3 x 10°) + cos( 19 x 3 x 10° - 180°)
+ cos(20 x 3 x 10° - 180°) + cos(21 x 3 x 10° - 180°)
+ cos(22 x 3 x 10° - 180°) + cos(32 x 3 x 10° - 180°)
+ c〇s(33x3x 10°^ 180°) =2.732
y。= Ssin^ux = sin( 1 x 3 x 1(F) + sin(2 x 3 x 10°)
+ sin(3 x 3 x 10°) sin(4 x 3 x 10°) + sin( 14 x 3 x 10°)
+ sin( 15 x 3 x 10°) + sin( 19 x 3 x 10° - 180°)
+ sin(20x3x 10° - 180°) -f sin(21 x3x l〇°- 180°)
+ sin(22 x 3 x 10〇 - 180。)+ sin(32 x 3 x 10。- 180°)
+ sin(33 x 3 x 10° - 180°) = 10.196
基波分布系数为/C,i6 = —~5丨一 =0.87964,式中Z/3为U相槽相量的算术和。
通常设计的三相变极绕组对于基波是对称的,故可用式(2-5)、式(2-6)仅求出其中一相的〜p、yup,从而求出基波分布系数尺dP (不必求另两相中的、p、yvp、iwp、ywp)。
2.谐波分布系数的计算
图2-13的4/6极双速绕组在6极为基波的运行状态下,对6极而言是三相对称的,但其v对极(例如v = 5即10极)谐波吋能三相不对称,这时就得将其用对称分量法求出正序分量和负序分量,进而求出其“三相综合正序分布系数”和“三相综合负序分布系数”,其表达式如F
xv5 = cos(5 x 50°) + cos(6 x 50°) + c〇s(7 x 50°) + cos(8 x 50°)
+ cos( 18 x 50°) + cos(31 x 50°) + cos( 13x5x10°- 180°)
+ cos(23 x 5 x 10〇 - 180。)+ cos(24 x 5 x 10。- 180。)
+ cos(25 x 5 x 10。- 180。)+ cos(26 x 5 x 10。- 180。)
+ cos(36 x 5 x 10° - 180°) = 1.1336 yv5 = sin(5 x 50°) + sin(6 x 50°) + sin(7 x 50°) + sin(8 x 50°)
+ sin( 18 x 50°) + sin(31 x 50°) + sin470° -h sin970° + sinl020°
+ sinl070° + sinl 120° + sinl620° = - 0.79377 = cos(9 x 50°) + cos( 10 x 50°) + cos( 11 x 50°) + cos( 12 x 50°)
+ cos(34 x 50°) + c〇s(35 x 50°) + cos( 16 x 5 x 10° - 180°)
+ cos( 17 x 5 x 10o - 180。)+ cos(27 x 5 x 10。- 180。)
+ cos(28 x 5 x 10° - 180°) + cos(29 x 5 x 10° - 180°)
+ cos(30x5x 10°- 180°) = -3.5634 yw5 = sin450o + sin500o + sin550o + sin600o + sinl700o + sinl750o + $in(620°) + sin(670°) + sin( 1170°) + sin( 1220°)
+ sin( 1270°) + sin( 1320°) = - 2.2955 代入式(2-7)可得
} 1 [0.9353-士(1.1336-3.5634)+^^(-0.7938 + 2•酬 j
K<S5^ = % I 2
〜i +[ 4.133 - 士(-0.7938 - 2.2955) -(1 • 1336 + 3.5634) j = 0.1058
I [ 0.9383^^(1.1336 - 3.5634)-^-(-0.7938 + 2.2954)]
KdS~ = X 2 2
^ +[ 4.133 - y ( - 0.7938 - 2.2955) + (1.1336 + 3.5634)]
= 0.2717
从2P2 = 6极运行状态下的v = 5对极磁动势谐波的“三相综合 正序分布系数” A:d5+ =〇」〇58、“三相综合负序分布系数”0.2717的计算结果可看出,某些极对数的谐波确实可能出现三相不 对称(即、尺‘均不为零)的状况,所以可用式(2-7)作为对谐波分布系数进行定量计算的普遍适用公式。若某一个y对极的谐波三相对称时,用式(2-7)计算的结果是与/^_两者中必有-个为零(亦可用此式来计算基波的/^,只71将v = 3代人即可若某一个v对极谐波其= 0且Aa- =0,则说明不存在该^对极谐波。当多速电动机在某一运行极数(如2以极)F接成入或A接法时,因其三角形绕组与星形绕组的相电流之间有305电角度的相位差(如图2-25所示),按式(2-5)、(2-6)计算其基本参数;cuv、yuv、%v、yvv、时,应将同相的星形绕组的线圈号的槽相M逆着v对极旋转磁动势的方向移3(T电角度,再与三角形部分的线圈号的槽相M—起求和。其定量计算方法将在2.8.2节中详细论述。
3.磁动势谐波含量的计算
为便于比较,把v对极磁动势谐波幅值用基波幅值的百分数来表示,称为1^对极的磁动势谐波含量,如下式所示:
从计算结果可看出,取线圈节距;K =7时可显著降低1/= 5对极磁动势谐波含量。当y = 6时,&-(%)= 9.27(%)偏高,但它与2/>2 = 6极基波旋转磁动势反转向;而同转向的对极谐波F5 +(% ) =3.61(%)仍属可容许的范围(同转向高次谐波含量最好控制在5%以F,以保i正电动机起动过程中不出现低速爬行的现象)。
根据三相绕组每相的线圈号求取P对极基波和v对极谐波的分布系数,进而求出v对极谐波含量,上述方法适用于谐波极对数p为任意整数时的定量计算。设计变极绕组时,在得出变极前及变极后的每相线圈号后,都必需按上述方法进行谐波分析,计算出^二1、2、3、…时的谐波含量,并采取措施降低谐波含量较高的某一个或几个极对数的谐波(特别是降低与基波同转向的高次谐波,即极对数大于基波的谐波磁动势的含量)。当采取措施降低谐波含量之后,其同转向高次谐波含量仍接近或大干10%时,该变极绕组方案实际上已不可能被采用而应予以淘汰,所以谐波分析是进行变极绕组设计方案优选的重要一环。
采取措施降低谐波含量最有效的办法是,选用好的绕组排列及有针对性地选用适当的线圈节距,如上例图2-13的4/6极双速绕组中,选用线圈节距7=7,使2p2=6极运行时的v=5对极的谐波含量大_度下降,而且还保持了2P2=6极的基波有很高的短距系数就是成功的一例。通过这一例子说明,在选用线圈节距y时, 欲削弱v对极谐波则应使线圈节距y值接近于v对极极距^的偶数倍,如v=5对极的极距为r5=3.6槽、其2r5=7.2槽,选用y=7比用y=6更接近等于2z*5,所以能有效地削弱v=5对极的谐波。从以上实例可以看出,每一个2Pl极/2&极双速绕组的设计方案, 均可以根据2Pl极及2/>2极下三相绕组中每相绕组的线圈号(槽号)分别对2Pl极及2/>2极进行磁动势谐波分析,但在谐波极对数 为^1、2、3……时,如均要进行谐波含量的定量计算,则数值计算的工作量很大,因此,从基波分布系数的计算、谐波分布系数 的计算到谐波含量的计算,均可编出计算程序,利用计算机进行计 算和立即打印出计算结果。表2-37、表2-38分别列出了7=36、4/6极、图2-13所示的2丫/△接法的反向变极与图2-23所示的3丫/3丫+丫接法的换相变极绕组谐波分析的结果,从谐波含量及其基波分布系数的对比中可看出,3丫/3丫+丫接法的换相变极绕组 确有较大的优越性,这是进行变极绕组设计方案优选的重要根据之 * 〇
表 2-37 Z = 36、4/6 极、> =7、2丫/△接法(图 2-13) 双速绕组的磁动势谐波含量 | |||||
基波极数 | 4极 | 6极 | |||
基波分布系数 | = 0.8312 | K必二 0.8797 | |||
谐波含墩 | (% ) - —^-2- X !00(% ) | ||||
谐波极对数 | 正转 | 反转 | 谐波极对数 | 正转 | 反转 |
100 | 一 | w= 1 | 7.8 | 14 | |
4 | 3 | 1.2 | 3 | 100 | |
8 | 1.1 | 10.1 | 7 | 4.3 | 9.1 |
12 | 4.1 | 2.1 | 11 | 2.7 | 一 |
34 | — | 5.9 | 33 | 一 | 9.1 |
38 | 5.3 | 一 | 39 | 7.7 | -— |
表 2-38 | Z = | 36、4/6 极、少= 7、3Y/3Y + 丫接法(图 2-23) 双速绕组的谐波含量 | |||||||
丛波极数 | 4极 | 6极 | |||||||
苺波分布系数 | 尺.M | = 0.9598 | ^ = 0.933 | ||||||
谐波含撤 | 、⑷々上 | x !00(%) | |||||||
莳波极对数 | 正转 | 反转 | 谐波极对数 | 正转 | 反转 | ||||
V = 1 | — | 19 | v=3 | 100 | 一 | ||||
2 | 100 | — | 6 | 4.6 | 2.3 | ||||
7 | — | 2.8 | 12 | 2.0 | 4.0 | ||||
13 | — | 4.8 | 18 | 3.1 | 3.1 | ||||
34 | 一 | 5.9 | 33 | 一 | 9.1 | ||||
38 | 5.3 | Z_ | 39 | 7.7 | 一 |