高次諧波的存在,不僅使感應(yīng)電勢的波形變壞,而且諧波電勢在發(fā)電機中將引起額外的附加損耗,使發(fā)電機效率下降,溫升增高,同時輸電線中的高次諧波所產(chǎn)生的電磁場對其附近的通信還將產(chǎn)生有害的干擾。因此,應(yīng)設(shè)法采取措施來消除高次諧波的影響。
改善發(fā)電機電勢波形的方法有:
(1)采用短繞組前面分折已知,梯形波可分解為基波和各高次諧波。在同步發(fā)電機定子繞組中,由基波磁場產(chǎn)生基波電勢,三次諧波磁場產(chǎn)生三次諧波電勢,五次諧波磁場產(chǎn)生
五次諧波電勢表示基波磁場和五次諧波磁場,圖中可知,如果基波磁場的極矩為t,那么,五次諧波磁場的極矩t=1/5t.
如果把一個y=4/5t的短距線圈放在五次諧波磁場中,這時短距線圈的兩條有效邊恰好處在同一極性,在短距線圈每條有效邊中,五次諧波電勢大小相等,而方向相反,對整個線圈而言,兩者串聯(lián)相互抵消,所以該線圈出線端間的五次諧波感應(yīng)電勢為零。同理,取y=6/7t,則可消除七次諧波電勢,由此可知,選擇適當(dāng)?shù)木€圈節(jié)距,就可消除或削弱感應(yīng)電勢中的高次諧波。
(2)采用分布繞組采用分布繞組,不僅使定子鐵心圓周得到充分的利用,而且還可改善電勢波形。對于分布繞組,雖然在每個瞬間各個線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢是近似梯形波,但是每個極相組幾個繞組元件串聯(lián)后,疊加后總的感應(yīng)電勢的波形就接近于正弦波形了。
(3)三次諧波的消除在同步發(fā)電機定子繞組感應(yīng)電勢的高次諧波中,三次諧波電勢數(shù)值最大。但由于三次諧波電勢的頻率是基波電勢頻率的三倍,因此,三相繞組中的三次諧波電勢彼此的相位差為3×120°=360°,即同相位。
如果繞組接成星形時,線電壓中的三次諧波為
uab3=ua3-ub3=0
ubc3=ub3-uc3=0
uca3=uc3-ua3=0
可見三相繞組接成星形時,它們的線電壓中是沒有三次諧波的。
如果三相繞組接成三角時,在三角形團合回路中,總電勢為三相電勢的總和。對基波而言,由于相位彼此相差120°,因此ea1+eb1+ec1=0,在三角形回路中不會產(chǎn)生基波電流。但對三相繞組中的三次諧波,由于相位相同,于是總電勢為一相電勢的三倍,這樣大的三次諧波電勢,就會在三角形回路中產(chǎn)生很大的三次諧波電流,引起附加損耗,所以同步發(fā)電機定子繞組一般都采用星形接法。
綜上分析可知,三相定子繞組接成星形,可消除輸出電壓中的三次及其倍數(shù)的各次諧波,而適當(dāng)選擇繞組元件的節(jié)距,可減小或消除五次和七次諧波。這樣使電勢波形就接近于正弦波了。
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