采用扁銅線定子繞組的交流二手發(fā)電機
發(fā)布時間：2024-03-09 點擊：161
前言近幾年以來，環(huán)保與節(jié)能的規(guī)定越來越嚴，對今后車輛的要求是進一步降低油耗。而另一方面，顧客對舒適性的要求更加高漲，與此相應的是汽車的耗電量趨向于增加，這一部分電能相應使油耗增加，為向用戶提供更好的汽車，就必須解決這兩個互相矛盾的要求。
由此對交流二手發(fā)電機以下簡稱發(fā)電機）的要求是：提高發(fā)電機將發(fā)動機轉矩轉換成電能的轉換效率；為減輕整車的質量而追求減小體積與減輕質量。此外，為了節(jié)油，發(fā)動機降低了怠速，與此相應，要求發(fā)電機在更低的轉速下能夠供電。
為了適應上述要求，對發(fā)電機來說，還需要解決伴隨上述要求而產(chǎn)生的二手發(fā)電機自身的問題：因自身發(fā)熱的增加需要提高散熱性，找出因發(fā)電量增加引起的發(fā)電噪聲惡化的對策。
基于上述背景，進入21世紀以來，出現(xiàn)了一種新型的采用扁銅線定子繞組的交流發(fā)電機，下面對此加以說明。
開發(fā)方針下列的簡化公式來表示）出+）損）z同步阻抗；'定子繞組的電阻；角速度；（電感；）出輸出功率；）入輸入功率；）損損耗功率；+熱阻，發(fā)熱量；周圍溫度。
從上面的公可以看出，決定輸出電流的主要因素是定子的阻抗，尤其是在頻率較低的轉速區(qū)域。為了提高效率就需要減少損耗。設發(fā)電機的總效率為100、輸出效率為58的話，則損耗占42，將此損耗設為100，則各種損耗所占比例如表1所示。
表1各種損耗所占比例總損耗銅損耗機械損耗鐵損耗勵磁損耗整流損耗由表1中也可以看出，要想降低損耗，比較有效的辦法是降低定子繞組的電阻。
另一方面，可以說振動是二手發(fā)電機特有磁噪聲的發(fā)生源，而振動又是隨著定子與轉子之間的磁場力在不斷變化著的。眾所周知，因為轉子是直流勵磁，所以，定子的磁通脈動是振動的原因，特別是發(fā)電機頻率的6次諧波是主要成分。定子是關系到高輸出、高效率、低噪聲及散熱性能好壞的關鍵部件。本文介紹發(fā)電機新式定子的開發(fā)過程。開發(fā)的基本目的是：開發(fā)出小型、輕巧而且高輸出、高效率、低噪聲、散熱性好的發(fā)電機。
開發(fā)的思路與方法3.1降低定子繞組的內(nèi)阻定子繞組的內(nèi)阻+可用下式表示+=1/0繞組導線的截面積。
為了降低繞組的內(nèi)阻，就需要縮短繞組的長度、增大導線的截面積。
車用發(fā)電機的定子繞組一般選用繞組系數(shù)較好的整距繞組，并采用與爪極極距相等的％節(jié)距嵌線。
因為是二相繞組，各相的相位差為2%/3，所以，各相繞組必然要重疊％/3，具體來說，如所示，因為需將很多線圈依次從內(nèi)圓側嵌入鐵心中，所以，先插入的線圈與后插入的線圈會有重疊。結果，槽內(nèi)就會出現(xiàn)所示的死區(qū)或稱中立區(qū)，此區(qū)阻礙了繞組導線截面積的增加。此外，為了避免重疊部分導線之間產(chǎn)生接觸應力，需要保證線圈端部要有足夠的長度，整個繞組的變長造成定子繞組電阻的增加。可以用槽滿率表示嵌線后導線在定子鐵心槽內(nèi)的狀況，如下式所示槽滿率=01/02！！定子鐵心槽的截面積。
近些年來，槽滿率的演變狀況如所示，從可以看出，雖然幾經(jīng)改進，但還沒有達到鐵心槽截面積的一半。可以說，槽滿率的提高已近于頂點。為了減少繞組的內(nèi)阻，即便是想縮短繞組的長度，增大繞組導線的截面積，但前述的繞組端部的重疊已成為這2項計劃的攔路虎。按這一思路是無法減少繞組內(nèi)阻的，需要另辟途徑，其中的一種方案是取消造成端部線圈重疊的嵌線方式。
如所示，采用雙層嵌線法，在相距！/2處下層線圈翻轉，同樣地在距離！/2處的槽中，嵌入上層線圈。以這種形式嵌入所有線圈的話，則如所示，端部線圈彼此之間沒有干涉，而且可以縮短繞組端部的高度，即可以消除鐵心槽內(nèi)的死區(qū)。
進而，將繞組導線從圓線改為扁銅線，可以增加繞組導線的截面積，即可以提高槽滿率。
提高散熱性能在二手發(fā)電機上，風扇一般設置在與定子繞組相對的位置上，因為定子繞組的發(fā)熱量最大，但即便對其冷卻，因線圈端部的重疊部分阻礙了通風，成為通風的風阻。對此，采用了無重疊嵌線方式之后，線圈端部成網(wǎng)狀，確保了線圈之間的氣隙，由此可以降低定子繞組的發(fā)熱并改善通風性能，即可以提高散熱性能。此外，隨著線圈電阻的減小，其自身的發(fā)熱也會大大地下降。由此可以看出，采用風冷方式是可以實現(xiàn)的。
減少磁振動力要想降低車用發(fā)電機的磁噪聲，主要應在傳遞系統(tǒng)上加以改進，即從提高端蓋的剛性等方面入手，但從已采用過的措施來看，能想的辦法都采用了，所以，只能對發(fā)生源采取根本的措施。
發(fā)電機特有的磁噪聲形成的主要原因是：定子所產(chǎn)生的反作用磁動勢中含有的高次諧波，而且電頻率6次諧波的成分是主要的，與發(fā)動機噪聲的頻率成分相比，它屬于高頻、刺耳的噪聲，算是一個問題，因此，應以6次諧波為對象，研究降低發(fā)電機磁噪聲的措施。
反作用磁動勢的6次諧波是以電角度60為周期隨時間而變化的，對此，如果是加上相位差為30.的反作用磁動勢的話，就可以抵消磁動勢的變化。
這種方案的具體構成如所示。也就是說，將分別產(chǎn)生反作用磁動勢6次諧波的2套三相繞組以30.的相位差嵌線，使兩者產(chǎn)生的反作用磁動勢相互抵消，以達到在發(fā)生源采取措施降低噪聲的目的。
就傳統(tǒng)的繞組來說，采用2套三相繞組的話，結構就變得復雜，進一步加劇了線圈端部的重疊，而且，發(fā)電機的特性還有可能變壞；但一旦采用了端部線圈無重疊的嵌線方式及2套三相繞組，就可以提高發(fā)電機的性能并可以降低磁噪聲。
具體做法若想用連續(xù)嵌線方式實現(xiàn)無重疊嵌線是非常困難的，這是因為，傳統(tǒng)方式嵌線是從內(nèi)圓一側插入繞組的，所以，只有小于槽口寬度的較細導線才能嵌入。因此，另換一個思路，改為每個線圈分別成型，從鐵心的軸向插入。
4.1u字形繞組的組裝各定子繞組用導線經(jīng)扭頭后成u字形線圈，將一套u字形線圈迭放整理后，就可以利用從軸方向插入的辦法插入槽中，接著是繞組的整形，如所示。
將各個u字形線圈的端部壓彎，將端部連接后，整個就會形成定子繞組；為確保連接部位的絕緣性能，還要作絕緣處理。傳統(tǒng)發(fā)電機與新型定子繞組發(fā)電機2種繞組的結果對比如表2所示。
表2 2種繞組的結果對比項目槽滿率端部長度！
傳統(tǒng)的發(fā)電機新型定子繞組發(fā)電機結果如所示，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，新型的發(fā)電機在外徑、全長及質量等項目上都得到了改善。而且，性能也得到了提高，即如所示，由于定子繞組內(nèi)阻的降低以及散熱性能的改善，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，發(fā)動機怠速下的發(fā)電機輸出提高了從效率來看，如所示，由于定子繞組內(nèi)阻的降低，發(fā)電時的銅損大幅度降低，以及鐵心的改善而降低了鐵損，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，效率的絕對值提高了10'.電磁噪聲的對比如所示，通過配置相位相差30.的2套繞組，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，磁噪聲減少了10db；此外，散熱性能也得到了改善。
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上柴柴油發(fā)電機組選用機油時應遵循“三不原則”
冬季柴油發(fā)電機也“怕冷”，這些措施可以改善機組運行狀況
康明斯發(fā)電機線纜不當安裝會影響使用
柴油發(fā)電機與汽油發(fā)電機工作原理知識介紹
柴油發(fā)電機組啟動故障原因以及排除方法一覽表
珀金斯發(fā)電機組若散熱不好,拉缸會有什么癥狀?如何防止？
道依茨發(fā)電機組工作原理及標準配置介紹
由此對交流二手發(fā)電機以下簡稱發(fā)電機）的要求是：提高發(fā)電機將發(fā)動機轉矩轉換成電能的轉換效率；為減輕整車的質量而追求減小體積與減輕質量。此外，為了節(jié)油，發(fā)動機降低了怠速，與此相應，要求發(fā)電機在更低的轉速下能夠供電。
為了適應上述要求，對發(fā)電機來說，還需要解決伴隨上述要求而產(chǎn)生的二手發(fā)電機自身的問題：因自身發(fā)熱的增加需要提高散熱性，找出因發(fā)電量增加引起的發(fā)電噪聲惡化的對策。
基于上述背景，進入21世紀以來，出現(xiàn)了一種新型的采用扁銅線定子繞組的交流發(fā)電機，下面對此加以說明。
開發(fā)方針下列的簡化公式來表示）出+）損）z同步阻抗；'定子繞組的電阻；角速度；（電感；）出輸出功率；）入輸入功率；）損損耗功率；+熱阻，發(fā)熱量；周圍溫度。
從上面的公可以看出，決定輸出電流的主要因素是定子的阻抗，尤其是在頻率較低的轉速區(qū)域。為了提高效率就需要減少損耗。設發(fā)電機的總效率為100、輸出效率為58的話，則損耗占42，將此損耗設為100，則各種損耗所占比例如表1所示。
表1各種損耗所占比例總損耗銅損耗機械損耗鐵損耗勵磁損耗整流損耗由表1中也可以看出，要想降低損耗，比較有效的辦法是降低定子繞組的電阻。
另一方面，可以說振動是二手發(fā)電機特有磁噪聲的發(fā)生源，而振動又是隨著定子與轉子之間的磁場力在不斷變化著的。眾所周知，因為轉子是直流勵磁，所以，定子的磁通脈動是振動的原因，特別是發(fā)電機頻率的6次諧波是主要成分。定子是關系到高輸出、高效率、低噪聲及散熱性能好壞的關鍵部件。本文介紹發(fā)電機新式定子的開發(fā)過程。開發(fā)的基本目的是：開發(fā)出小型、輕巧而且高輸出、高效率、低噪聲、散熱性好的發(fā)電機。
開發(fā)的思路與方法3.1降低定子繞組的內(nèi)阻定子繞組的內(nèi)阻+可用下式表示+=1/0繞組導線的截面積。
為了降低繞組的內(nèi)阻，就需要縮短繞組的長度、增大導線的截面積。
車用發(fā)電機的定子繞組一般選用繞組系數(shù)較好的整距繞組，并采用與爪極極距相等的％節(jié)距嵌線。
因為是二相繞組，各相的相位差為2%/3，所以，各相繞組必然要重疊％/3，具體來說，如所示，因為需將很多線圈依次從內(nèi)圓側嵌入鐵心中，所以，先插入的線圈與后插入的線圈會有重疊。結果，槽內(nèi)就會出現(xiàn)所示的死區(qū)或稱中立區(qū)，此區(qū)阻礙了繞組導線截面積的增加。此外，為了避免重疊部分導線之間產(chǎn)生接觸應力，需要保證線圈端部要有足夠的長度，整個繞組的變長造成定子繞組電阻的增加。可以用槽滿率表示嵌線后導線在定子鐵心槽內(nèi)的狀況，如下式所示槽滿率=01/02！！定子鐵心槽的截面積。
近些年來，槽滿率的演變狀況如所示，從可以看出，雖然幾經(jīng)改進，但還沒有達到鐵心槽截面積的一半。可以說，槽滿率的提高已近于頂點。為了減少繞組的內(nèi)阻，即便是想縮短繞組的長度，增大繞組導線的截面積，但前述的繞組端部的重疊已成為這2項計劃的攔路虎。按這一思路是無法減少繞組內(nèi)阻的，需要另辟途徑，其中的一種方案是取消造成端部線圈重疊的嵌線方式。
如所示，采用雙層嵌線法，在相距！/2處下層線圈翻轉，同樣地在距離！/2處的槽中，嵌入上層線圈。以這種形式嵌入所有線圈的話，則如所示，端部線圈彼此之間沒有干涉，而且可以縮短繞組端部的高度，即可以消除鐵心槽內(nèi)的死區(qū)。
進而，將繞組導線從圓線改為扁銅線，可以增加繞組導線的截面積，即可以提高槽滿率。
提高散熱性能在二手發(fā)電機上，風扇一般設置在與定子繞組相對的位置上，因為定子繞組的發(fā)熱量最大，但即便對其冷卻，因線圈端部的重疊部分阻礙了通風，成為通風的風阻。對此，采用了無重疊嵌線方式之后，線圈端部成網(wǎng)狀，確保了線圈之間的氣隙，由此可以降低定子繞組的發(fā)熱并改善通風性能，即可以提高散熱性能。此外，隨著線圈電阻的減小，其自身的發(fā)熱也會大大地下降。由此可以看出，采用風冷方式是可以實現(xiàn)的。
減少磁振動力要想降低車用發(fā)電機的磁噪聲，主要應在傳遞系統(tǒng)上加以改進，即從提高端蓋的剛性等方面入手，但從已采用過的措施來看，能想的辦法都采用了，所以，只能對發(fā)生源采取根本的措施。
發(fā)電機特有的磁噪聲形成的主要原因是：定子所產(chǎn)生的反作用磁動勢中含有的高次諧波，而且電頻率6次諧波的成分是主要的，與發(fā)動機噪聲的頻率成分相比，它屬于高頻、刺耳的噪聲，算是一個問題，因此，應以6次諧波為對象，研究降低發(fā)電機磁噪聲的措施。
反作用磁動勢的6次諧波是以電角度60為周期隨時間而變化的，對此，如果是加上相位差為30.的反作用磁動勢的話，就可以抵消磁動勢的變化。
這種方案的具體構成如所示。也就是說，將分別產(chǎn)生反作用磁動勢6次諧波的2套三相繞組以30.的相位差嵌線，使兩者產(chǎn)生的反作用磁動勢相互抵消，以達到在發(fā)生源采取措施降低噪聲的目的。
就傳統(tǒng)的繞組來說，采用2套三相繞組的話，結構就變得復雜，進一步加劇了線圈端部的重疊，而且，發(fā)電機的特性還有可能變壞；但一旦采用了端部線圈無重疊的嵌線方式及2套三相繞組，就可以提高發(fā)電機的性能并可以降低磁噪聲。
具體做法若想用連續(xù)嵌線方式實現(xiàn)無重疊嵌線是非常困難的，這是因為，傳統(tǒng)方式嵌線是從內(nèi)圓一側插入繞組的，所以，只有小于槽口寬度的較細導線才能嵌入。因此，另換一個思路，改為每個線圈分別成型，從鐵心的軸向插入。
4.1u字形繞組的組裝各定子繞組用導線經(jīng)扭頭后成u字形線圈，將一套u字形線圈迭放整理后，就可以利用從軸方向插入的辦法插入槽中，接著是繞組的整形，如所示。
將各個u字形線圈的端部壓彎，將端部連接后，整個就會形成定子繞組；為確保連接部位的絕緣性能，還要作絕緣處理。傳統(tǒng)發(fā)電機與新型定子繞組發(fā)電機2種繞組的結果對比如表2所示。
表2 2種繞組的結果對比項目槽滿率端部長度！
傳統(tǒng)的發(fā)電機新型定子繞組發(fā)電機結果如所示，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，新型的發(fā)電機在外徑、全長及質量等項目上都得到了改善。而且，性能也得到了提高，即如所示，由于定子繞組內(nèi)阻的降低以及散熱性能的改善，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，發(fā)動機怠速下的發(fā)電機輸出提高了從效率來看，如所示，由于定子繞組內(nèi)阻的降低，發(fā)電時的銅損大幅度降低，以及鐵心的改善而降低了鐵損，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，效率的絕對值提高了10'.電磁噪聲的對比如所示，通過配置相位相差30.的2套繞組，與傳統(tǒng)型產(chǎn)品相比，磁噪聲減少了10db；此外，散熱性能也得到了改善。
國有盛事，玉柴同行！玉柴1800臺發(fā)動機將出征護航北京冬奧會！
上柴柴油發(fā)電機組選用機油時應遵循“三不原則”
冬季柴油發(fā)電機也“怕冷”，這些措施可以改善機組運行狀況
康明斯發(fā)電機線纜不當安裝會影響使用
柴油發(fā)電機與汽油發(fā)電機工作原理知識介紹
柴油發(fā)電機組啟動故障原因以及排除方法一覽表
珀金斯發(fā)電機組若散熱不好,拉缸會有什么癥狀?如何防止？
道依茨發(fā)電機組工作原理及標準配置介紹