一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法与流程

1.本发明涉及同步电机技术领域，具体是一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法。


背景技术：

2.凸极同步电机如今在工业生活各个领域都得到了广泛的运用，常规的凸极同步电机通过调节磁极的形状如图1所示，可以使气隙磁场趋近于正弦，但是气隙磁场中存在的谐波成分，并没有得到进一步的限制。这些谐波主要为3、5、 7、9等奇数次谐波，对于同步电机高效平稳运行的危害主要有：
3.1，气隙磁场谐波在电机电枢绕组中感应产生谐波电流，从而增加电机发热，降低电机的效率和寿命。
4.2，气隙磁场谐波在电机电枢绕组中感应产生的谐波电流和谐波电动势增加了电机的视在功率，从而提升了对电源的容量的需求，造成了资源浪费；
5.3，气隙磁场谐波会增加电机作用在定子上的力波，从而加剧电机的振动，提升电机的噪声。
6.当同步电机处于起动、负载突变等过程中时，气隙磁场谐波成分更大，造成的不利影响也更加严重。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提供一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，有效降低凸极同步电机运行过程中的气隙磁场谐波成分。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，包括如下步骤：
9.步骤一，计算凸极同步电机转子的极距：凸极同步电机的一个极距，就是气隙磁场基波的半波长，此极距作为计算谐波波长的基准。
10.步骤二，在凸极同步电机的每一极上设置4根阻尼导体组成阻尼绕组，根据各次谐波波长与基波的关系，确定用于削弱各次谐波的阻尼绕组的导体间距；利用楞次定律的原理，为气隙谐波磁场在转子磁极上产生的感应电流提供通路，从而形成相应的感应电流，进一步形成与原谐波磁场相位相反的感应磁场，起到阻尼作用。
11.步骤三，将步骤二计算所得的阻尼绕组布置于凸极同步电机的转子凸极上，使阻尼绕组的中心点位于转子磁极的中心线上。
12.所述的一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，其步骤一中对于凸极同步电机转子，定义p为凸极电机转子极对数，极距(角度表示)τ为一个极在圆周上所跨越的角度，可以得到：
[0013][0014]
所述的一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，其步骤二中定义λ3为3次谐波的
半波长，λ5为5次谐波的半波长，λ7为7次谐波的半波长，其中λ3、λ5、λ7均用在圆周上所跨越的角度表示，则存在以下关系：
[0015][0016][0017][0018]
定义a为单根阻尼导体在圆周上所跨越的角度，θ
14
为第一根导体和第四根导体中心点在圆周上所跨越的角度，θ
13
为第一根导体和第三根导体中心点在圆周上所跨越的角度，θ
12
为第一根导体和第二根导体中心点在圆周上所跨越的角度，θ
14
、θ
13
、θ
12
的表达式为：
[0019]
θ
14
＝λ3±a[0020]
θ
13
＝λ5±a[0021]
θ
12
＝λ7±
a。
[0022]
所述的一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，其步骤二中阻尼绕组之间非等距排列，考虑阻尼导体的宽度，更高次的谐波分量的半波长的倍数落在阻尼绕组范围内，对于更高阶次的气隙磁场谐波也有削弱作用。
[0023]
所述的一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，其步骤三中使第一根导体和第四根导体的中点位于转子磁极的中心线上，使绕组接近气隙，阻尼效果更好，且布置更美观。
[0024]
所述的一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法，其凸极同步电机的磁极采用偏心结构，中心线位置气隙最小，因此本布置方式使绕组接近气隙，阻尼效果更好，且布置更美观。
[0025]
本发明的有益效果是：本发明与传统的无阻尼绕组凸极同步电机结构相比，可以有效的降低凸极同步电机运行过程中的气隙磁场谐波成分，降低凸极同步电机的振动和噪声，使电机更高效，工作寿命更长。
附图说明
[0026]
图1为现有凸极同步电机的磁极示意图；
[0027]
图2为具有本发明阻尼绕组的凸极同步电机磁极示意图；
[0028]
图3为现有凸极同步电机的气隙磁密波形图；
[0029]
图4为具有本发明阻尼绕组的凸极同步电机气隙磁密波形图；
[0030]
图5为现有凸极同步电机的气隙磁密波形傅里叶分解结果；
[0031]
图6为具有本发明阻尼绕组的凸极同步电机气隙磁密波形傅里叶分解结果。
[0032]
各附图标记为：1—转子磁极，2—阻尼绕组。
具体实施方式
[0033]
本发明适用于各种极数的凸极同步电机，以下结合具体实例和附图对本发明的实施方式进行进一步阐述。
[0034]
本发明涉及针对凸极同步电机中气隙磁场谐波进行抑制的阻尼绕组位置的制作方法，根据电磁学基本理论，提供的一种凸极同步电机阻尼绕组的制作方法包括以下步骤。
[0035]
步骤一、对凸极同步电机的极距进行计算。
[0036]
定义p为凸极电机转子极对数；τ为极距(角度表示)即一个极在圆周上所跨越的角度，则：
[0037]
p＝4
[0038][0039]
步骤二、每一极上设置4根阻尼导体，组成阻尼绕组，根据各次谐波波长与基波的关系，确定用于削弱各次谐波的阻尼绕组间距。
[0040]
定义λ3为3次谐波的半波长；λ5为5次谐波的半波长；λ7为7次谐波的半波长，其中λ3、λ5、λ7均用在圆周上所跨越的角度表示，则存在以下关系：
[0041][0042][0043][0044]
定义a为单根阻尼导体在圆周上所跨越的角度，图2中的阻尼导体为直径为 5mm的圆铜条，圆周上所跨越的角度为0.012
°
，则：
[0045]
a＝0.012
°
[0046]
θ
14
为第一根导体和第四根导体中心点在圆周上所跨越的角度；θ
13
为第一根导体和第三根导体中心点在圆周上所跨越的角度；θ
12
为第一根导体和第二根导体中心点在圆周上所跨越的角度，θ
14
、θ
13
、θ
12
的表达式为：
[0047]
θ
14
＝λ3±
a＝15
°±
0.012
°
[0048]
θ
13
＝λ5±
a＝9
°±
0.012
°
[0049]
θ
12
＝λ7±
a＝6.43
°±
0.012
°
。
[0050]
步骤三，如图2所示将阻尼绕组2布置于同步电机转子凸极上，使第一根导体和第四根导体的中点位于转子磁极1的中心线上，使绕组接近气隙，阻尼效果更好，且布置更美观。
[0051]
本发明可以有效抑制凸极同步电机中的气隙磁场谐波成分，优化气隙磁场波形，提高电机效率，降低电机振动和噪声。
[0052]
图3和图4是凸极同步电机气隙磁密波形图。对两种结构的气隙磁密进行电磁场计算，其气隙磁密波形图如图3和图4所示。
[0053]
图5和图6是对图3/图4中气隙磁密波形进行傅里叶分解后得到的各阶次的气隙磁密谐波含量图，图1和图2所示的两种结构的气隙磁密谐波含量分别如图5和图6所示。
[0054]
由图5和图6可见，本发明所述的阻尼绕组，使气隙磁密波形中的各阶谐波含量出现不同程度的减少。
[0055]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。