一种凸极同步发电机三次谐波励磁绕组的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电流励磁领域，特别涉及一种凸极同步发电机三次谐波励磁绕组的设计方法。
【背景技术】
[0002]传统的三次谐波电流励磁凸极同步发电机的定子槽内有两套独立的绕组:一套是电枢绕组，输出三相交流电能；另一套是附加的三次谐波励磁绕组，用作交流励磁电源。由于定子上采用两套绕组，因此这种同步发电机的绕组用铜较多，成本也相应增加。为了克服其缺点，国外学者提出了定子共用绕组一一通过改变定子绕组的接线方式，能够在定子绕组切割气隙磁场时感生出基波和三次谐波交流电势。其中，三次谐波电势产生的谐波电流经过整流后，连接到转子上的励磁绕组中。
[0003]目前，三次谐波电流励磁的凸极同步发电机定子共用绕组的设计主要采用的是槽矢量星型图法。这一方法的缺点是设计定子共用绕组时无法直观得到两种极对数均具有良好对称性和较高分布系数的绕组方案。而且采用这种设计方法时，必须先在一种极对数下采取某一种槽号分布方案，然后判断该方案在另一种极对数下的性能，如果无法满足要求，再返回重新调整槽号分布方案。因此，该种设计方法步骤繁琐，灵活性差，也很难满足设计要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种凸极同步发电机三次谐波励磁绕组的设计方法。
[0005]本发明的目的通过以下的技术方案实现:
[0006]一种凸极同步发电机三次谐波励磁绕组的设计方法，包含以下顺序的步骤:
[0007]S1.采用双极对槽号相位图法，将两个单极对槽号相位图合并绘制在一起，其水平方向代表一种极对数的槽号相位图，在垂直方向上又代表同一槽数在另一种极对数下的槽号相位图；
[0008]S2.根据双极对槽号相位图选择凸极同步发电机定子绕组的槽号和线圈节距。
[0009]所述的双极对槽号相位图的画法采用单元绕组参数法，利用单元绕组参数来确定槽号相位图的参数。
[0010]所述的单元绕组参数法，具体为双极对槽号相位图的列数由变后极极对数与槽数一起来规定，双极对槽号相位图的行数则由变前极极对数与槽数一起来规定，同时，变前极和变后极各自确定各自方向的步长；通过单元绕组参数法画出定子共用绕组的双极对槽号相位图后，即可根据该图选择定子绕组的槽号和线圈节距。槽号相位图的传统画法以三相为依据来画槽号相位图，从概念上引起错觉，不利于把握绕线式感应电机转子绕组的设计规律。反之，单元绕组参数法利用单元绕组参数来确定槽号相位图的参数，概念清晰、操作简便，有助于把握槽号相位图本身的物理本质。
[0011]所述的凸极同步发电机定子绕组变前极极数2Pl= 4，变后极极数2p2= 12。
[0012]所述的凸极同步发电机的定子槽数z必须满足3个要求:⑴槽数z是奇数；(2)槽数z可被3整除；(3)槽数z彡27。
[0013]所述的三次谐波励磁绕组为三相绕组，所述三相绕组包含绕组A、B、C，绕组A的端子Al、绕组B的端子B1、绕组C的端子Cl分别用导线引出，构成a、b、c三个接线端，用于提供50HZ的三相基波电流；绕组A的端子A2、绕组B的端子B2、绕组C的端子C2用导线接在一起，构成d接线端，绕组A的端子A3、绕组B的端子B3、绕组C的端子C3用导线接在一起，构成u接线端，d、u端提供150HZ的单相三次谐波电流，该交流电流通过整流后接到转子上的励磁绕组中进行励磁。
[0014]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0015]1、由三次谐波电流励磁的凸极同步发电机的定子共用绕组具有结构简单、铜耗更少的优点。
[0016]2、通过双极对槽号相位图，定子共用绕组的设计变得简单而清晰。
[0017]3、依据单元绕组参数法绘制双极对槽号相位图，可以直接利用单元绕组的槽数来预见是否存在对称绕组方案，减少绕组设计的繁琐性和重复性。
[0018]4、单元绕组参数法把实际绕组的问题转化为单元绕组的问题，物理概念直观，便于理解和掌握定子共用绕组的结构和原理。
【附图说明】
[0019]图1为凸极同步发电机的定子共用绕组接线图；
[0020]图2为根据凸极同步发电机的定子槽数和变极前后的绕组极对数画出的双极对槽号相位图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0022]一种凸极同步发电机三次谐波励磁绕组的设计方法，包含以下顺序的步骤:
[0023]S1.采用双极对槽号相位图法，将两个单极对槽号相位图合并绘制在一起，其水平方向代表一种极对数的槽号相位图，在垂直方向上又代表同一槽数在另一种极对数下的槽号相位图；
[0024]S2.根据双极对槽号相位图选择凸极同步发电机定子绕组的槽号和线圈节距。
[0025]所述的双极对槽号相位图的画法采用单元绕组参数法，利用单元绕组参数来确定槽号相位图的参数。
[0026]所述的单元绕组参数法，具体为双极对槽号相位图的列数由变后极极对数与槽数一起来规定，双极对槽号相位图的行数则由变前极极对数与槽数一起来规定，同时，变前极和变后极各自确定各自方向的步长；通过单元绕组参数法画出定子共用绕组的双极对槽号相位图后，即可根据该图选择定子绕组的槽号和线圈节距。
[0027]所述的凸极同步发电机定子绕组变前极极数2Pl= 4，变后极极数2p 2= 12。
[0028]所述的凸极同步发电机的定子槽数z必须满足3个要求:⑴槽数z是奇数；(2)槽数Z可被3整除；(3)槽数Z彡27。
[0029]所述的三次谐波励磁绕组为三相绕组，所述三相绕组包含绕组A、B、C，绕组A的端子Al、绕组B的端子B1、绕组C的端子Cl分别用导线引出，构成a、b、c三个接线端，用于提供50HZ的三相基波电流；绕组A的端子A2、绕组B的端子B2、绕组C的端子C2用导线接在一起，构成d接线端，绕组A的端子A3、绕组B的端子B3、绕组C的端子C3用导线接在一起，构成u接线端，d、u接线端提供150HZ的单相三次谐波电流，该交流电流通过整流后接到转子上的励磁绕组中进行励磁。
[0030]下面通过更为具体的实施例对本发明进一步说明:
[0031]选择凸极同步发电机的定子槽数z = 39，变前极极数Zp1= 4，变后极极数2p2 =12，定子共用绕组的结构如图1所示。