JPH0715901A - 交流励磁同期発電機 - Google Patents

交流励磁同期発電機

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JPH0715901A
JPH0715901A JP15931593A JP15931593A JPH0715901A JP H0715901 A JPH0715901 A JP H0715901A JP 15931593 A JP15931593 A JP 15931593A JP 15931593 A JP15931593 A JP 15931593A JP H0715901 A JPH0715901 A JP H0715901A
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JP
Japan
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winding
rotor
stator
slots
slot
Prior art date
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Pending
Application number
JP15931593A
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English (en)
Inventor
Takashi Hanai
井 隆 花
Tadashi Tokumasu
増 正 徳
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スロット数に制限を与えることなく、巻線ピ
ッチの選定を適切に行うことのみによって誘起電圧の高
調波成分を抑制できるようにする。 【構成】 図2は、起磁力高調波による誘起電圧の高調
波成分について検討したものであって(a)は回転子巻
線ピッチを80.0%にしたときの各固定子巻線ピッチ
毎の誘起電圧の変化を示したグラフ図であり、(b)は
固定子巻線ピッチを83.3%にしたときの各回転子巻
線ピッチ毎の変化を示したグラフ図である。これらのグ
ラフ図から明らかなように、固定子巻線ピッチを83.
3%とし、且つ、回転子巻線ピッチを80.0%とした
ときに高調波成分が最も小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多相の巻線が設けられ
た回転子を交流励磁して使用する交流励磁同期発電機に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】交流励磁同期発電機は多数のスロットを
有する鉄心を固定子及び回転子に持ち、その両方に多相
巻線が巻回されている。この回転子巻線は回転子の回転
速度に応じた周波数にて励磁されて回転磁界を形成し、
固定子巻線に電圧を誘起するものである。
【0003】しかし、この交流発電電動機には固定子及
び回転子とも多数のスロットがあり、この影響によるパ
ーミアンス脈動が空隙磁束に多数の高周波磁束を生じ
る。また、起磁力にも高調波成分が含まれるため、これ
によっても空隙磁束の高調波成分が発生することにな
る。そして、この空隙磁束の高調波成分が固定子巻線誘
起電圧に高調波成分を発生させる。
【0004】この高周波電圧を低減する技術として特開
平3−270664号公報に開示されたものがある。こ
の従来技術は固定子のスロット数及び固定子巻線ピッチ
の選定により誘起電圧の高調波を抑制しようとするもの
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の抑制方法は、回
転子起磁力高調波、回転子スロットによるパーミアンス
脈動に起因する高調波、及び固定子スロットによるパー
ミアンス脈動に起因する高調波のすべてを固定子のスロ
ット数と固定子巻線ピッチとにより低減しようとするも
のである。したがって、固定子スロット数及び固定子巻
線ピッチが著しく制限され、設計の自由度が大幅に低下
する結果となっていた。
【0006】また、場合によっては、毎極毎相スロット
数について、整数の範囲では適切な組み合わせがなく、
毎極毎相スロット数が分数になることがある。しかし、
毎極毎相スロット数が分数になる場合、巻線の接続は一
般には難しく、巻線ピッチまで決められていると、平衡
した多相巻線が困難になる場合があった。
【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、スロット数に制限を与えることなく、巻線ピッチ
の選定を適切に行うことのみによって、誘起電圧の高調
波成分を抑制することが可能な交流励磁同期発電気を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、複数のスロット内に固定子巻線
が巻回された固定子と、複数のスロット内に回転子巻線
が巻回された回転子と、を有する交流励磁同期発電機に
おいて、前記回転子のスロット高調波に対する固定子巻
線の巻線係数が最小となるように、この固定子巻線の巻
線ピッチを選定すると共に、前記固定子のスロット高調
波に対する回転子巻線の巻線係数が最小となるように、
この回転子巻線の巻線ピッチを選定したこと、を特徴と
するものである。
【0009】
【作用】誘起電圧の高調波を抑制する方法として、空隙
磁束の高調波成分を低減する方法と、空隙磁束は存在す
るがこの磁束の固定子巻線への鎖交を抑える方法とがあ
る。上記構成によれば、回転子の起磁力のスロット高調
波成分や回転子スロットによるパーミアンス脈動が要因
となる空隙磁束密度分布については、この高調波に対す
る固定子巻線の巻線係数を小さくすることにより鎖交磁
束を抑えることができる。また、固定子スロット高調波
と次数の同じ回転子の起磁力高調波や固定子スロットの
パーミアンス脈動により生じる成分で生じる高調波につ
いては、回転子の起磁力を低減することにより鎖交磁束
を抑えることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図1は固定子及び回転子の1極分の巻線配置を図示
したものである。固定子及び回転子ともスロットを有す
る鉄心(1,2)に3相巻線(U,V,W)が納められ
ており、1極対当たりのスロット数は固定子が36個、
回転子が30個である。
【0011】固定子巻線のU相は、図1に示すように、
#1から#6のスロットの上側に納められている。すな
わち、#1のコイルは#16スロットの下側コイルに、
#2のコイルは#17スロットの下側コイルに、#3の
コイルは#18スロットの下側コイルに、#4のコイル
は図示しない#19スロットの下側コイルに、#5のコ
イルは図示しない#20スロットの下側コイルに、#6
のコイルは図示しない#21スロットの下側コイルにつ
ながっている。他の相についても、同様のピッチにて巻
線が配置され接続されている。
【0012】回転子巻線のU相は、#101から#10
5のスロットの上側に納められている。すなわち、#1
01のコイルは#113スロットの下側コイルに、#1
02のコイルは#114スロットの下側コイルに、#3
のコイルは#15スロットの下側コイルに、#104の
コイルは図示しない#116スロットの下側コイルに、
#105のコイルは図示しない#117スロットの下側
コイルにつながっている。他の相についても同じピッチ
にて巻線が配置され接続されている。
【0013】上記実施例では、固定子巻線の巻線ピッチ
は83.3%であり、回転子スロット高調波である29
次,31次の高調波に対する巻線係数が最小となる巻線
ピッチになっている。また、回転子巻線の巻線ピッチは
80.0%であり、固定子スロット高調波である35
次,37次の高調波に対する巻線係数が最小となる巻線
ピッチになっている。これらの巻線ピッチにより、固定
子及び回転子とも簡単に平衡した3相巻線を得ることが
できる。
【0014】次に、本実施例における固定子巻線の誘起
電圧を数式により表わし、この数式に基いて得られた図
2乃至図4すなわち誘起電圧と各巻線ピッチとの関係に
ついて考察してみる。まず、回転子巻線は平衡した3相
交流で励磁されるので、その起磁力Fg は次式で表され
る。
【0015】
【数1】 wk=Ksk×Kdksk=sin(|k|αo /2):単節巻係数 αo :コイルピッチ[電気角] Kdk=sin(|k|qβo /2) /q×sin(|k|βo /2):分布巻係数 q :毎極毎相のスロット数 βo :スロットピッチ[電気角] xr :回転子に静止した空隙面に沿った座標[電気角]
(回転子のU相巻線軸を原点とし、回転子の回転方向を
正とする。) ωp :励磁電流の角周波数 t :時間[sec](固定子と回転子のU相巻線軸が
一致する時刻をt=0とする。) ここで、起磁力Fg と空隙のパーミアンスの積が空隙の
磁束になる。この空隙のパーミアンスを脈動させるもの
としては固定子と回転子のスロットがあるが、これを式
に示すと次式にて表される。なお、パーミアンスは各々
を直流分を1として表した。
【0016】 i,h:正の整数 Zs :極対当たりの固定子スロット数 Zr :極対当たりの回転子スロット数 xs :固定子に静止した空隙面に沿った座標[電気
角](固定子のU相巻線軸を原点とし、回転子の回転方
向を正とする。) そして、パーミアンス高調波のうちi=,h=1のみを
考慮すると、空隙磁束分布Bg (xs ,t)は次式とな
る。
【0017】
【数2】 上式にxr =xs −ωr t(ωr :回転子の回転角速度
[電気角]を代入して整理すると、
【0018】
【数3】 誘起電圧の基本波成分の各周波数をω、すべりをsとお
くと、ωp =sω、ωr =(1−s)ωとなる。これを
上式に代入して整理すると、空隙磁束密度分布Bg は次
式となる。
【0019】
【数4】 この空隙磁束Bg より、固定子巻線に鎖交する磁束φを
求めると次式となる。
【0020】
【数5】 固定子巻線の誘起電圧Es は上式を微分して求められ
る。
【0021】
【数6】 上記(1)式の第1項は起磁力高調波、第2項〜第3項
は回転子スロットによるパーミアンス脈動、第4項〜第
5項は固定子スロットによるパーミアンス脈動、第6項
〜第9項は回転子と固定子のスロットパーミアンスの相
互作用によるものである。
【0022】(1)式よりわかるように多数の高調波が
発生するが、大きな値となる成分は低次の起磁力高調
波、スロット高調波、スロットに起因するパーミアンス
脈動による高調波によるものである。
【0023】固定子及び回転子のスロット数がそれぞれ
36,30の本実施例の場合、高調波次数としては5
次,7次などの低次の高調波、29次,31次の回転子
に起因する高調波、35次,37次の固定子に起因する
高調波による成分が大きくなる。この成分への巻線ピッ
チの影響を、回転子の滑りが10%の場合を例にして、
図2〜図4に示す。
【0024】図2は起磁力高調波による誘起電圧の高調
波成分を示すグラフ図であり、(a)は回転子巻線ピッ
チが80.0%の場合の固定子巻線ピッチの影響、
(b)は固定子巻線ピッチが83.3%の場合の回転子
巻線ピッチの影響を示している。図2(a)より固定子
の巻線ピッチを83.3%にすることにより、起磁力高
調波29次,31次による高調波の合計が低下すること
がわかる。また、図2(b)より回転子の巻線ピッチを
80.0%にすることにより、起磁力高調波35次,3
7次による誘起電圧の高調波の合計が低下することがわ
かる。
【0025】さらに、固定子と回転子との毎極毎相スロ
ット数の差が1である本実施例の場合、固定子の5次,
7次と29次,31次との巻線係数が等しく、回転子の
5次,7次と35次,37次との巻線係数が等しいた
め、起磁力高調波5次,7次による誘起電圧の高調波の
合計も低下する。
【0026】図3は固定子のスロットによるパーミアン
ス脈動の影響により発生する高調波の回転子巻線ピッチ
による変化を示しており、固定子のスロットによるパー
ミアンスの脈動35次,37次起磁力により発生する成
分である。この図より回転子巻線ピッチが80.0%の
場合に最も小さくなることがわかる。
【0027】図4は回転子のスロットによるパーミアン
ス脈動の影響により発生する高調波の固定子巻線ピッチ
及び回転子巻線ピッチによる変化を示している。高調波
は回転子のスロットによるパーミアンス脈動と起磁力の
基本波、5次,7次高調波との組み合わせにて発生する
成分である。
【0028】この図より、固定子巻線ピッチが83.3
%の場合に起磁力の基本波とパーミアンスの組み合わせ
による高調波が減少し、回転子巻線ピッチ80.0%の
場合に起磁力の5次,7次高調波とパーミアンスの組み
合わせによる高調波が減少することがわかる。
【0029】上述したように、本実施例によれば、容易
に3相平衡巻線が得られる83.3%及び80.0%の
巻線ピッチにより、誘起電圧に含まれる高調波成分のう
ち、その値が大きな成分である29次,31次,35
次,37次の起磁力高調波による成分や、固定子及び回
転子のスロットによるパーミアンス脈動による成分を低
減できる。
【0030】また、固定子と回転子との毎極毎相スロッ
ト数の差が1である本実施例では、5次,7次の起磁力
高調波による誘起電圧の高調波成分も低減される。
【0031】なお、上記実施例では、固定子と回転子と
の毎極毎相スロット数の差が1の場合について説明した
が、この差が1でない場合にも、起磁力高調波による成
分や、固定子及び回転子のスロットによるパーミアンス
脈動による成分を低減できる。また、上記実施例では、
固定子のスロット数が回転子のスロット数より多い場合
を説明したが、回転子側のスロット数の方が多い場合に
ついても同様の効果が得られる。
【0032】さらに、本発明はスロット数に制約を与え
るものではないので、毎極毎相スロット数が整数になら
ない場合についても適用することができる。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固定子
巻線及び回転子巻線の巻線ピッチを最適に選定する構成
としたので、スロット数に制限を与えることなく、交流
励磁同期発電機の出力電圧である固定子の誘起電圧に含
まれる高調波電圧を大幅に低減し、品質の良い電圧波形
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る固定子及び回転子の巻線
配置を示す説明図。
【図2】起磁力高調波による誘起電圧高調波の巻線ピッ
チによる変化を示すグラフ図。
【図3】固定子のスロットによるパーミアンス脈動の影
響により発生する高調波の回転子巻線ピッチによる変化
を示すグラフ図。
【図4】回転子のスロットによるパーミアンス脈動の影
響により発生する高調波の巻線ピッチによる変化を示す
グラフ図。
【符号の説明】
U U相巻線 V V相巻線 W W相巻線 1 固定子鉄心 2 回転子鉄心 #1〜#18 固定子スロット番号 #101〜#115 回転子スロット番号

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のスロット内に固定子巻線が巻回され
    た固定子と、 複数のスロット内に回転子巻線が巻回された回転子と、 を有する交流励磁同期発電機において、 前記回転子のスロット高調波に対する固定子巻線の巻線
    係数が最小となるように、この固定子巻線の巻線ピッチ
    を選定すると共に、 前記固定子のスロット高調波に対する回転子巻線の巻線
    係数が最小となるように、この回転子巻線の巻線ピッチ
    を選定したこと、 を特徴とする交流励磁同期発電機。
  2. 【請求項2】請求項1記載の交流励磁同期発電機におい
    て、 前記固定子と前記回転子との毎極毎相スロット数の差が
    1であることを特徴とする交流励磁同期発電機。
JP15931593A 1993-06-29 1993-06-29 交流励磁同期発電機 Pending JPH0715901A (ja)

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JP15931593A JPH0715901A (ja) 1993-06-29 1993-06-29 交流励磁同期発電機

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JP15931593A JPH0715901A (ja) 1993-06-29 1993-06-29 交流励磁同期発電機

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JPH0715901A true JPH0715901A (ja) 1995-01-17

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ID=15691116

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JP15931593A Pending JPH0715901A (ja) 1993-06-29 1993-06-29 交流励磁同期発電機

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