新型双分数槽集中绕组低速潜油电机

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1、本节重点是介绍改进的新型双分数槽集中绕组低速潜油电机的绕组构成，以及通过对绕组磁势进行傅里叶分解来分析该绕组在削弱谐波上的优势。本论文的最终目的就是研究出低速潜油电机，尽量省去电机的减速装置，以降低系统成本。分数槽集中绕组具有在不增加电机定子槽数和定子外径尺寸的情况下能有效地增加电机的极数、降低电机同步转速的优点，所以本章电机的定子绕组仍然采用该绕组。图3-1改进的双分数槽集中绕组低速潜油电机的定转子槽型图3-1和3-2为电机的定转子槽型及电机的结构示意图。改进的新型双分数槽集中绕组低速潜油电机主要由定子、转子、转轴等几部分组成。定子由定子铁心和定

2、子绕组组成；转子由转子铁心和转子导条组成；定、转子铁心采用硅钢片型号为W470；定子绕组为圆铜线，转子导条为铜条；由于采用了两套分数槽集中绕组，所以将电机的定子槽数增加到24槽，鉴于槽配合的选取原则，本章设计电机的转子为22槽。改进的新型双分数槽集中绕组潜油电机的主要特征体现在定子绕组结构上，其他结构与传统潜油电机基本相同。电机主要结构图如下图3-2所示：图3-2改进的双分数槽集中绕组低速潜油电机的主要结构在本章中改进的新型双分数槽集中绕组低速潜油电机定子绕组的组成原则为以下几点：1．定子仍然采用分数槽集中绕组；2．由两套完全一样的分数槽集中绕组组

3、成；3．两套绕组的连接方式为互相串联；4．定子槽数由原来的12槽改成24槽，仍采用双层绕组，转子为22槽；5．两套绕组在空间错开特定的角度。即两套绕组的A相绕组在空间相距5个定子槽；6．此双分数槽集中绕组的节距与传统分数槽集中绕组的节距不同。传统绕组节距为1，而此绕组节距为2，即一个线圈镶嵌在2个相隔的定子槽中，节距接近于极距。图3-3和图3-4详细的介绍了电机采用两套分数槽集中绕组所构成的改进绕组的结构和排布情况。图3-3为电机改进的三相绕组构图，图3-4为电机改进的三相绕组排布图。图3-3改进的双分数槽集中绕组低速潜油电机绕组构成图。图3-4改

4、进的双分数槽集中绕组低速潜油电机绕组排布图分数槽集中绕组一般用在永磁同步电机上，尤其是无刷直流电机。对于传统的12槽10极分数槽集中绕组其磁势表达式[77]66-67为：式中：为次谐波幅值；为次谐波的绕组系数；为ν次空间谐波磁势幅值；kdpν为ν次谐波绕组系数；ω为角频率；I为相电流有效值；N为每相每支路串联匝数；ν为绕组磁势的空间谐波次数ν=1,5,7,11,……，当ν=5时的谐波为电机的工作谐波，即基波，此时的绕组系数为基波绕组系数。a）ωt=0时刻的磁势波形b）ωt=π/2时刻的磁势波形图3-5改进后的电机在ωt=0和ωt=π/2时刻的磁势波

5、形本章改进的新型双分数槽集中绕组潜油电机绕组是由两套12槽10极分数槽集中绕组串联而成，第二套绕组相对于第一套绕组在空间转过αw角度，因此电机磁势变为：式中：为两套绕组间的分布系数；为电机的槽距角；=1,2,3……Z1；Z1为定子槽数。电机能否产生恒定电磁转矩与电机的定子空间磁势有着很大的联系。所以对电机磁动势的研究是必不可少的。验证电机是否产生恒定的电磁转矩的方法就是看电机处于不同时刻的磁势幅值是否相等。所以本节研究了电机在ωt=0和ωt=π/2两个时刻空间磁势分布如上图3-5所示，并对磁势进行傅里叶分解，如下图3-6所示。图 3-6ωt=0和ω

6、t=π/2时刻空间磁势的傅里叶分解在上图3-6的傅里叶分解图中，5次谐波为产生恒定转矩的工作谐波即基波。从图中可以看出空间基波磁势幅值的大小在ωt=0和ωt=π/2两个时刻是相等的，即磁势幅值不随时间变化，该电机能够产生恒定的电磁转矩。若将电机的工作谐波即5次谐波定为谐波分解的基波时，则分数槽集中绕组磁势各谐波次数均除以5，从傅里叶分解图中还可以看出其绕组磁势谐波含量丰富，不仅包含整数次谐波还含有分数次谐波和次谐波，同时分数槽集中绕组的谐波幅值所占比例较普通异步电机的稍大。这是由于分数槽绕组谐波含量丰富，所以电机的谐波漏抗较大，加之潜油电机也是异步

7、电机，电机气隙较小，所以谐波漏抗占总漏电抗的比例较大。本章改进的新型双分数槽集中绕组低速潜油电机其气隙磁通密度的谐波含量同未改进的新型绕组低速潜油电机相比，电机的各次非工作谐波得到明显的抑制，电机的磁场得到了良好的改善。下图3-7为改进前电机与改进后电机的磁势谐波含量对比图。图3-7改进前后电机磁势谐波分解对比图从上图可以看出，电机采用双分数槽集中绕组后，电机的磁势谐波含量得到了良好的改善。电机的1、7、17次谐波得到了有效的抑制，但是该电机的19次谐波有了明显的增加，原因在于19次谐波是电机的一阶齿谐波，此19次谐波的抑制可以采用转子斜槽或转子等

8、效斜槽的方法来抑制。本节重点是利用有限元计算软件对电机进行二维瞬态场仿真。模拟电机的真实试验的方法和原理，对电机各项性能进