交流发电机设计研究

摘要:旨在讨论交流发电机分数槽绕组及其与系统电压及电压调节器的匹配的设计问题,给相关人员提供一定的参考。

关键词:交流发电机 设计 分数槽绕组 电压匹配

1、分数槽绕组设计

因为定子分数槽绕组在每个极距所占有的槽数是非整数,这就必须对所有槽进行正确的分配,包括每相串联绕组所占据槽号的分配与槽的三相分配。

1.1 定子槽电势星形向量图的画法

(1)在直角坐标系零度坐标线上画出第l槽向量;

(2)由来计算定子相邻两槽所间隔的电角度,其中360°代表1个圆周的电角度,正好对应于电机的一对极(2个极)范围的电角度。以某中发电机m=3、p=4、N=60为例进行说明,经过计算,从第l槽的向量开始,按照顺时针的方向每隔24画一个槽向量,则整个圆周就均匀分布l5个向量,将槽向量分别编号为。按照三相分配,那么—对极范围的每相就有5个槽向量。

(3)自第1槽向量开始,用点划线按照60°相带将整圆分成为六个区,W的对称区与W区相隔180°的电角度,应为W′区;将滞后W相区120°的电角度的区域取名为V相区,其对称区应为V′区;将滞后V相区120°的电角度的区域取名为U相区,其对称区应为U′区。因为W区相对于W′区、V区相对于V′区、U′区相对于U区均是分别滞后180°的电角度,在嵌线时,均将处于该3个区域的定子槽的绕组反向嵌线或者反向接线,就可将W′区、V′区与U′区槽的电势向量的反向并入W区、V区、U区,从而形成三相槽向量数各为q′=5,分别是:W相;V相:;U相:。

(4)接着继续画出第16-30的槽向量,占据第2个圆周的360°～720°。第2对极范围电角度的槽向量为～,画出第31-45的槽向量,占据第3个圆周的720°～1080°。第3对极范围的电角度的槽向量为～,画出第46～60的槽向量,占据第4个圆周的1080°～1440°。第4对极范围的电角度的槽向量为～,以上第2、3、4对极的各向量位置均和第1-15槽向量相同。

(5)按照与第l～l5槽向量相同的方法进行分相、反向,从而形成第2对极、第3对极与第4对极范围的定子三相各5个槽向量。

1.2 定子槽分组排列

根据已分相的每相5个槽向量进行分组,将连续的槽号归属一组,那么就有W相的第l、2、3槽是第l组,第8、9槽是第2组;V相的第6、7、8槽是第1组,第l4、l5槽是第2组;U相第11、12、13槽是第l组,第4、5槽是第2组。不同的电机,由于q值的不同,在定子槽分组时,不一定都有连续的槽号。如:当q=1时,每相在4个极距范围所分布的5个槽仅l处有2个连续的槽号,其它3个都是单一的槽,在进行槽分组时,仍将单一的槽各当作1个组进行划分。

1.3 各组各槽匝数分配

按照发电机电磁计算的每相所串联导体数Z、每槽导体数z以及并联路数a,进行匝数的分配。

(1)本例发电机每相的并联路数a=2,那么每相每支路的槽数=。

(2)本发电机Z=108,每支路的匝数w=Z/2=108/2=54,且分布在属于同一相的10个槽中。经过合理的分配,10槽的匝数分别是5,6,5-6,5-5,6,5-6,5。

(3)将这些数据安排到W相的上层边的第l,2,3-8,9-16,l7,l8-24,25槽;V相的上层边的第6,7,8-14,15-21,22,23-29,30槽;U相的上层边的第11,12,13-19,20-26,27,28-34,35槽。按照同样的方法,同样的匝数,自第31槽开始,继续进行排列W、V、U相第2支路各10个槽的匝数。

(4)本例发电机绕组的嵌线节距Y=1-7,将所有上层边的匝数复制移动到下层边的第7槽及之后的各槽。在匝数分配之后,必须进行验证。当定子槽内为双层绕组时,槽导体数为槽内上层匝数与下层匝数之和,且不得超过其槽导体数计算值Z的上靠取整,同时每相每支路10个槽匝数之和应为Z-2。

2、交流发电机的匹配

2.1 与系统电压及电压调节器的匹配

以汽车交流发电机为例,其交流发电机的额定电压必须和系统电压一致,14V电压必须用于12V的系统,28V的电压必须用于24V的系统,不能将两者混用。

同时,对于调节器外装的交流发电机系统,应做好交流发电机和调节器的匹配工作,外搭铁式的交流发电机必须和外搭铁式调节器相匹配;内搭铁式的交流发电机必须和内搭铁式调节器相匹配。

交流发电机和电压调节器是否匹配通过以下方式进行检查:首先,观看它们的电压等级是否是相符的;其次,以交流发电机的最大激磁电流来选用电压调节器,并不是以交流发电机的功率来进行确定电压调节器。

2.2 交流发电机功率的匹配

发电机功率的选择为交流发电机选用的关键,既不能够过小,也不能够过大,否则将会造成发电机不能正常的工作或者导致成本浪费。一般要求整车总的用电量不得高于发电机的最大输出电流的85％,实际上,一般应略大于发电机铭牌上标称的额定电流值。若所用电器的负载超过发电机的输出电流,因为发电机的输出功率为某一定值,发电机为了满足电器用电量的要求就会增加其输出电流,从而必须降低发电机的输出电压,当发电机的电压降到与蓄电池的电压相同时,蓄电池就开始输出电流,与发电机一起为整车上的电器提供电流。若长时间这样,蓄电池就会严重亏电,将会直接影响到车辆下次的正常起动。此时发电机处于超负荷的运转状态,发电机线圈的电流密度就会增大,线圈的温度也会急剧升高,将会直接导致破坏线圈的绝缘,此外,还会对其他的用电器元件造成损害,缩短发电机的寿命。

3、结语

本文对交流发电机分数槽绕组及其与系统电压及电压调节器的匹配设计问题进行了探讨,在提高产品性能的同时,满足了用户的使用需求,使得发电机具备了更强的生命力、更持久的竞争力。

参考文献

[1]贾云兰.交流发电机性能设计优化[J].防爆电机,2011,46(5):13—16.