整数槽绕组与分数槽绕组的选择探讨

1.整数槽绕组

整数槽绕组，其每极每相槽数q为整数，从降低谐波方面考虑，采用分布绕组可以有效削弱一般的高次谐波，而且每极每相槽数q越多，抑制谐波效果越好，因此可降低由此引起的电机振动和噪声。

采用短距绕组，适当地选择线圈的节距，使得某一次谐波的节距系数等于或者接近于零，即可达到消除或削弱某次谐波的目的。例如为了消除第ν次谐波，应当选用比整距线圈短τ/ν的短距线圈，在ν次谐波磁场中，比整距线圈缩短τ/ν的线圈的两条线圈边总是处在同一极性的相同磁场位置下，因此，两条线圈边的ν次谐波电动势恒相抵消，这就是短距消除谐波电动势的原因。

采用单双层混合式不等匝绕组，也能有效地消除或削弱高次谐波，改善电机气隙磁势波形，使得气隙磁势分布更趋近于正弦波，有助于降低电机振动和噪声。

但是，在高次谐波中，有一种ν=kZ/p±1=2kmq±1次的谐波，这种谐波的次数与一对极下的齿数Z/p具有特定关系，称为一阶齿谐波。定子开槽以后，由于周期性齿磁导的放大作用，在整数槽绕组和气隙较小的情况下，定子绕组中的齿谐波电动势将比不开槽时增大很多倍，使电机的电动势波形中出现明显的齿谐波波纹。实际上，由于开槽引起的谐波磁场的次数，与由定子绕组磁势中的齿谐波磁势所产生的完全相同，两者的次数都是kZ/p±1=2kmq±1，因此可将两者的效应叠加起来，合成的磁场称为齿谐波磁场，k为1时称为一阶齿谐波，k为2时称为二阶齿谐波……

图4-22所示为一台36槽6极永磁辅助同步磁阻电机的感应电动势谐波分析，可以看出，除基波外，该电机的11次谐波幅值非常大，是该电机最主要的谐波，为定子开槽产生的齿槽效应引起的一阶齿谐波。

图4-22 感应电动势谐波分解

对于一般的高次谐波，可以采用短距绕组和分布绕组等方式来削弱，但对于齿谐波，它的绕组因数等于基波的绕组因数，不能采用短距绕组和分布绕组的办法来削弱。

2.分数槽绕组

分数槽绕组是指每极每相槽数q为分数的绕组，即

式中，D≠1，且N和D没有公约数。

那么，首先来分析60°相带分数槽绕组本身的谐波特性，当分母D为奇数和偶数时谐波特性是不一样，如下：(www.xing528.com)

（1）当D为奇数时，正规60°相带分数槽绕组合成三相磁势中，只存在下列谐波，即

即

式中，n=1，2，3，4…两个正负号同时取正或取负。

（2）当D为偶数时，正规60°相带分数槽绕组合成三相磁势中，只存在下列谐波，即

即

式中，n=1，2，3，4…两个正负号同时取正或取负。

由以上可以看出，正规60°相带分数槽绕组中，只有D=2时才不出现分数次谐波，其他情况都存在分数次谐波。

在分数槽绕组中，由于D/m不等于整数，2kmq±1不等于奇数，因此把最强的低阶齿谐波都消除了，这时只有k=D才能使2kmq±1为奇数，把存在的齿谐波次数提高到k=D阶2Dmq±1，而阶数越高，相应的齿谐波磁场越弱。因此，对分数槽绕组而言，q的分母D越大，削弱效应越强，所以在设计分数槽电机时可以把D设计大一些，以削弱齿谐波，降低电机振动和噪声。

值得注意的是，对于槽极数较低而D=2的分数槽电机，例如6槽4极、9槽6极电机，一阶齿谐波已经被消除，但二阶齿谐波5、7次谐波幅值依然较大且次数低，会引起电机振动和噪声问题。因此，分数槽绕组应用在多槽多极电机中时减振降噪效果更好。同时分数槽不对称，会产生偶次分数次谐波，以及低阶电磁力，谐波电磁力丰富，从而引起电机振动和噪声问题。

分数槽绕组谐波特性较整数槽更复杂，其绕组谐波特性与电机槽极配合有关，因此在进行分数槽电机设计时应选择合适的槽极配合。