发电机交流绕组节距的定义和设计

摘要：发电机节距计算是指计算发电机中转子上的磁极之间的距离，也称为极距。发电机的极距直接影响到发电机的性能和效率。正确的节距计算可以确保发电机的正常运行和高效发电。在发电机中，磁极是用于产生磁场的部件，通常由永磁体或电磁铁制成。磁极之间的距离决定了磁场的分布和强度。过小的节距会致使磁场不均匀，影响发电机的输出功率和稳定性；而过大的节距则会增加磁场的漏磁量，造成能量浪费。康明斯发电机组配备的电球节距通常分为三分之二节距和六分之五节距，cummins公司在本文中对这两种节距进行了比较和总述。

      发电机节距计算是指在发电机转子上的各个电枢之间的间距。准确计算发电机节距对于发电机的正常运转至关重要，因为节距的大小直接危害到发电机的电磁特性和发电效率。发电机节距的计算需要考虑多个条件，包括发电机的布置要求、转子的直径、磁极数和机械组成等。发电机基础构成外观如图1、图2所示，下面将主要引荐几种常见的发电机节距计算策略。

       这是一种比较大概粗暴的计算办法，即将转子的周长等分为磁极的数量。例如，如果转子的周长为C，磁极的数量为N，那么每个磁极之间的节距为C/N。

      这种举措是根据转子的圆周角度来计算节距。首先需要知道转子的直径D和磁极数N，然后计算出每个磁极所占的角度为360/N。最后，将转子的圆周角度360度除以磁极数N，得到每个磁极之间的角度，再乘以转子的直径D，就可以得到节距的长度。

      这种策略是根据磁极的宽度来计算节距。首先需要知道磁极的宽度W和磁极数N，然后计算出每个磁极所占的宽度为W/N。最后，将磁极的宽度W除以磁极数N，得到每个磁极之间的宽度，就可以得到节距的长度。

（3）公差控制：在实际制造中，需要控制电枢之间的间距在一定的公差范围内，以确保发电机的性能和可靠性。

      发电机的转子上有多个电枢，电枢之间的间距就是节距（如图3所示）。节距的大小对于发电机的电磁特征产生重要危害。节距过小会引起电枢之间的相互干扰增加，电磁损耗增大，同时也会增加故障产生的概率；节距过量则会减小发电机的发电效率。因此，合理计算发电机节距是确保发电机正常运行的基本无锡康明斯发电机有限公司。

      2/3节距交流发电机能抑制3次谐波电流在中性线流过，详细实用于低压康明斯发电机组；5/6节距交流发电机在无中性线的三线配电机构中选用，主要实用于高压柴油发电机组（如图4所示）。如果选用办法消除或降低谐波电流在中性线中流动的风险，可以并列不同节距的交流发电机。

      绕组节距和谐波，当交流发电机空载或带线性负荷运行时，产生的电压波形形状根据其工频基波频率和电压幅度，以及谐波的电压幅度及其频率来描述。由于所有交流发电机都表现出一定程度的谐波电压失真，因此上述描述是必要的，即使这些失真相对于可能由非线性负荷导致的失真非常小，但在并车运用中，它们可能仍然相当可观。谐波电压与工频基波波形迭加，引起纯正弦波的工频基波形状有些失真。在任何时间点所得到的电压都将是工频基波和所有的谐波之和柴油发电机保养方案。

      绕组节距是危害发电机输出电压波形谐波含量的几个条件之一。称为短距系数（Kp）的数据定义了由于使用短节距（即小于全节距）绕组而致使谐波含量减少的比例。

      对于全距绕组（节距＝1τ，τ为极距），短距系数对所有谐波为1，即没有降低工频基波或任何谐波的电压幅值。2/3和5/6节距交流发电机的详细优缺点见表1。

       对于5/6和2/3节距的交流发电机，工频基波的短距系数分别为0.97和0.87。这意味着5/6节距交流发电机发生的基波电压等于相同的全距交流发电机以相同的励磁水平产生的基波电压的97％。对于2/3节距交流发电机，这一比例由97％下降到87％。这表明具有5/6节距定子线圈的交流发电机比在相同的励磁水平的2/3节距线圈能够产生更高的基波电压。

      同一交流发电机，用5/6节距线节距线圈输出更大的容量，即操作相同量的材料可以产生更大的kVA输出，因此更高效地利用了铜和钢，这是5/6节距相比2/3节距交流发电机的详细优势。

      从表1可以看出，2/3节距交流发电机的具体特点是它没有3次谐波含量，事实上，2/3节距的交流发电机不产生3次谐波。（术语3次谐波是指所有3次谐波的奇数倍，故而3，9.15和21次等属于3次谐波。）

      重要的是尽量减轻所有频率的谐波电压。总谐波失真（THD）为所有频率的谐波电压的总和与工频基波的百分比，是一个经常应用的交流发电机数据。好的交流发电机规划可以实现2/3或5/6节距交流发电机均具有类似的较小THD值。

      降低所有频率的谐波电压均是同等重要，四线的低压电压配电装置需要特别考虑3次谐波。（注意，术语“低电压”在本文中是指其线V。因为不一样的地区有不一样的中高压定义，我们将使用术语“中压或高电压”或简称“MV/HV”表示线V），其中原由是在四线次谐波电流（实际上所有3次谐波的3倍电流）直接流经中性线，这可以导致高水平的谐波失真和潜在中性线过热风险。单相负荷特别是发生3次谐波的单相整流或开关电源负荷的电流总是需要流经中性线。

      低压三相整流（非线次谐波电流。正是由于这些原由，绝大部分低压发电机组选取2/3节距。虽然5/6节距绕组能够消除更多的5和7次谐波，但2/3节距交流发电机能够解除低压装置中的3次谐波更胜一筹。

      在中压或高压下，由于一般不操作中性线次谐波的危害。对于MV/HV发电机组，通常操作变压器进行降压。为了给单相负荷供应中性线，变压器的低压绕组通常选用星形（丫）联结。与发电机绕组直接连接变压器的高压绕组通常选取三角形接线法（DELTA）（Δ）联结。3次谐波电流将在三角形联结的高压绕组中循环，并保持在变压器的高压侧。虽然这些3次谐波电流也会产生涡流从而发生热量（如所有谐波电流一样），但远远不如直接流经中性线次谐波电流产生的发热量那么大柴油发电机工作原理。

      对于大多数中压和高压系统，当负载性质决定不需要中性线次谐波电压基本可以忽略。在这些应用中，只要保持较低的总谐波失真，并且注意降低或处理并联发电机组的中性点和接地点之间的环流，则通常实用使用5/6节距交流发电机。

      除了上述内容外，我们需要注意的是不一样规格的发电机对节距的要点有所不一样。例如，交流发电机的节距一般较小，通常在1-2毫米之间；而直流发电机的节距通常较大，通常在10-20毫米之间。此外，发电机的设计和制造标准也会对节距的要点进行规定。发电机节距的计算是确保发电机正常运行和高效发电的重要步骤。选用合适的节距计算手段，根据发电机的规划要点和实际状况进行计算，可以提升发电机的性能和效率，减少能源的浪费。