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以電機繞組相關系數，探解汽車電機的奧秘

發布時間：2018-04-07 22:45:00 點擊：    

無錫伯頓起重電機2018年4月7日訊 汽車電機生產自動化程度那么高，復雜的繞組問題都搞定了，我們這些搞電機的該何去何從？為破解這些個疑惑，先繞開炫目的視覺沖擊問題，回到原點重新研究交流繞組，一則再探繞組究竟有多神秘，二來解開汽車電機生產自動化的秘密，所言何去何從問題也就迎刃而解了。

交流電機繞組無論如何變化，須滿足以下基本要求：

●一定導體數下，基波電勢和基波磁勢較大；

●對三相繞組基波而言，三相電勢和磁勢必須對稱，即三相大小相等、相位互差120°、三相阻抗相等；

●電勢和磁勢波形接近正弦波，即諧波分量盡可能??；

●確保絕緣性能和機械強度可靠的前提下，用銅量少、散熱條件好；

●制造工藝簡單或適合特定工藝，檢修方便。

從導體電勢開始，逐步引申到匝電勢、線圈電勢、線圈組電勢和相電勢。

● 導體電勢

設B_m1是正弦波磁密的幅值,L為有效導體長，V為磁密波的線速度，導體電勢的較大值為

Ec1m= B_m1LV……(1)

導體電勢的有效值為

|Ec1|= Ec1m/√2= B_m1LV/√2

                  =B_m1L/√2·2pτn/60=√2fB_m1τ……(2)

式中τ為用長度表示的極距；f為電勢的頻率，f= pn/60。

正弦波磁密波每極磁通量Ф₁=2/π·B_m1τL，B_m1=π/2·Ф₁·1/τL，代入式(2)得

|Ec1|=π/√2·fФ₁=2.22fФ₁……(3)

● 匝電勢和短距系數

匝電勢為線匝兩邊電勢的矢量和。設線圈邊跨槽距用弧長表示為y1，則用電角度表示的線圈槽距γ=y1/τ·180°,如圖1所示。

圖1

因兩線圈邊電勢Ec1、Ec1’為反向串接，故合成電勢為 

         |Et|=|Ec1+(-Ec1’)|=2|Ec1|cos(180°-γ)/2

=2|Ec1|cos(90°-γ/2)

= 2|Ec1|sin(γ/2)

=2|Ec1|sin(y1/τ·90°) 

=2|Ec1|ky₁

=4.44ky₁fФ₁……(3)

式(3)中ky₁為繞組短距系數，即

k_y1=|Et|/2|Ec1|= sin(y1/τ·90°)……(4)

● 線圈電勢

線圈內各匝電勢同大小、同方向，直接疊加。設線圈有w_c匝，則

Ey1=4.44w_ck_y1fФ₁……(5)

● 線圈組電勢

線圈組電勢是q個線圈的矢量和，如圖2所示。

圖2

由正弦定律Ey1= 2Rsin(α1/2), 2R= Ey1/sin(α1/2)

 Eq1=2Rsin(q*α1/2) 

   = Ey1·sin(q*α1/2)/sin(α1/2)

   =qEy1·sin(q*α1/2)/qsin(α1/2)

   = qEy1·k_q1……(6)

k_q1= Eq1/qEy1= sin(q*α1/2)/qsin(α1/2) ……(7)

式（7）中kq1稱為繞組的分布系數

式(5)代入式(6)得

Eq1=q4.44w_ck_y1fФ₁·k_q1

=4.44qw_ck_y1k_q1fФ₁

   =4.44qw_ck_w1fФ₁……(8)

● 相電勢

一相所串聯線圈組電勢相加即得相電勢。一般每條支路所串聯各線圈組電勢電勢同大小、同相位，可直接相加。式(8)中線圈組串聯匝數為qw_c，替換為每相繞組的串聯匝數(即一條支路的匝數)w₁即得相電勢為

E_Ф1=4.44w₁k_w1fФ₁……(9)

汽車電機結構尺寸要求極為苛刻，內腔留給繞組的空間彌足珍貴。采取措施優化繞組是汽車電機設計的難點和關鍵技術。

●較大限度地縮減端部接線，提高有效導體長度占比線圈總長的比率。

●較大限度地提高繞組系數或有效導體長度利用率，減低或消除諧波含量。

如何優化繞組呢？式(4)短距系數、式(7)分布系數寓意的內容說明一切，探明其中的奧秘，上述汽車電機生產自動化的秘密破解自然不在話下。