永磁发电机定子绕组原则与绕组系数确定

（1）永磁发电机绕组应布置成同相双层绕组

由于绕组在定子槽内至永磁体磁极的距离不同，切割每极磁通量不同，因而在槽内不同位置的绕组线圈产生的电势也不同，所以在绕组导体内产生涡流，使电流在导体截面上分布不均匀。绕组导体中的电流从定子槽底向定子槽口逐渐增加，并使导体中心电流趋向导体表面，这种现象称作电流的趋肤效应。这种效应就相当于绕组导体有效截面减小了。绕组线圈导体中产生涡流使绕组又产生附加涡流损耗，致使发电机的效率会降低，温升会提高。

解决绕组线圈导体的趋肤效应的措施是：绕组的每个导体采用多根漆包铜线并绕以增加每个导体的绕组线圈的表面积，并减少导体中的涡流损耗。

即使每个导体采用多根导线并绕的绕组线圈，由于线圈中的导体在定子槽的位置不同，产生的电势也不同。接近定子槽口的绕组电势高，电流大；而定子槽底的绕组电势比接近槽口的绕组电势低且电流也比接近定子槽口的绕组低，因此，电流在绕组中会形成环流。绕组中有环流就会造成环流损耗。

为了避免或减少绕组的环流损耗，最好的措施是采用同相双层绕组在绕组端部扭转换位。所谓绕组端部扭转换位，就是同一线圈的一个线圈边在槽底，而另一个线圈边在槽口，这样，使同一线圈的电势趋于均匀，可以避免或减少绕组的环流损耗。

永磁发电机宜采用同相双层绕组的原因，其一是双层易于实现绕组端部扭转换位；其二是同相线间电位差小，不用加相间绝缘。

图6-1a所示是同相双层绕组端部扭转换位示意图。

单层绕组也必须在绕组端部扭转换位，即使是扁铜线绕组也必须在绕组端部扭转换位，尽管扁铜线截面大端部扭转换位困难，但为了减少绕组的环流损耗必须在绕组端部扭转换位。扁铜线绕组通常事先把绕组绕好，并在端部扭转换位后经绝缘处理后整套线圈分成几段以便容易嵌入定子槽内。

图6-1 永磁发电机同相双层绕组、单层绕组端部扭转换位示意图

图6-1b所示是单层绕组端部扭转换位示意图。

采用同相双层绕组除可以避免或减少绕组的涡流损耗和环流损耗外，还容易实现短节距，使基波绕组系数达到最大值。

（2）永磁发电机的绕组系数

永磁发电机宜采用双层短节距绕组。短节距可以使绕组端部连线短，不仅节省用铜量，同时还会降低绕组的铜损耗及附加损耗。

采取短距绕组会使绕组的基波绕组系数取得较大值，从而能提高永磁发电机相电势，即能提高永磁发电机功率。

永磁发电机的基波绕组系数由下式求得：(www.xing528.com)

K_dp=K_dK_p （6-2）

式中 K_d——绕组分布系数；

K_p——绕组短距系数。

绕组分布系数K_d为

式中 α——用电角度表示的槽距角，单位为（°），其表达式为

绕组短距系数K_p由下式求得：

式中，β=y/mq，y为绕组节距。

基波绕组系数计算举例：500kW 60极三相永磁发电机，同相双层绕组，节距y=5，每极每相槽数，求基波绕组系数。

1）求绕组短距系数K_p

2）求绕组分布系数K_d

3）求基波绕组系数K_dp

4）基波绕组系数对永磁发电机某些参数的影响

基波绕组系数K_dp的大小是由槽距角α、每极每相槽数q和绕组节距y来决定的。q值大、节距y大都会使基波绕组系数小。从公式E=4×K_NmfNK_dpΦ中可以看到，当K_Nm、f、N及Φ确定后，K_dp大会使永磁发电机相电势增加，相电势增加会使功率增加。从这点上说，希望基波绕组系数大。欲使基波绕组系数K_dp大，就必须减小每极每相槽数q和节距y。q值大、节距y大不仅会降低K_dp的值，还会增加绕组端部的连线长度，从而增加铜耗量，还会增加铜损耗，增加发电机温升及附加损耗，永磁发电机宜采用双层短节距绕组而不宜采取单层大节距绕组的原因也在于此。

从q=z/2pm也可以看到，当永磁发电机极数2p和相数m确定后，q值大又势必使定子齿数增加。当定子槽面积和定子齿宽确定后，定子齿的增加会增大发电机直径，从而增加发电机体积及重量，增加永磁发电机的制造成本。尤其是多极永磁发电机，在槽面积和定子齿宽确定后应尽量选取小的q值及采用短节距以减小永磁发电机重量，从而降低制造成本及提高永磁发电机功率及降低温升。