水轮发电机畸变因数和电话谐波因数研究分析

王立芳，马云鹏

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

大型水轮发电机空载线电压全谐波畸变因数(THD)和电话谐波因数(THF)是发电机重要性能指标［1-4］，它直接反映出电压波形的正弦性和谐波情况。谐波不仅会在电机中产生损耗、影响效率，还会在用电设备上产生附加损耗，使其效率降低以及对临近的通讯设备产生干扰。影响THD和THF的因素诸多，概括起来主要有定子绕组方面和阻尼系统方面等因素。本文将以某台大型水轮发电机为例分析上述因素对THD和THF的影响。

1 THD和THF计算

在国标GB/T 1029—2005《三相同步电机试验方法》中给出了全谐波畸变因数(THD)和电话谐波因数(THF)的具体计算公式，如下:

式中，U为线电压的有效值，V;Ei为i次谐波电压的有效值，V;λi为对应于i次谐波频率的加权系数，不同频率的加权系数可以从加权系数表或加权曲线中查出。

2 影响因素分析

2.1 定子绕组方面

定子绕组方面将从分数槽绕组和定子斜槽来分析。

2.1.1 分数槽绕组

水轮发电机采用分数槽可以减小谐波电动势，特别是齿谐波电动势。采用分数槽后，由于q=分数，齿谐波次数v=2mq±1一般都为分数或偶数，而主极磁场中仅含有奇次谐波(即不存在齿谐波磁场)，从而避免了齿谐波的出现。

2.1.2 定子斜槽

采用斜槽后，由于同一根导体的各个小段在磁场中的位置互不相同，所以与直槽时相比，导体中的感应电动势将有所削弱。若要消除齿谐波，通常使斜过的距离恰好等于一个定子齿距t1。

2.2 阻尼系统方面

阻尼系统方面将从阻尼绕组中心线相对极靴中心偏移分析，转子阻尼条中心线偏移是特殊磁极的一种，阻尼绕组中心线相对极靴中心偏移时，可以明显削弱齿谐波，从而改善电压波形。

3 实例分析计算

3.1 发电机基本数据(见表1)

表1 发电机基本数据

3.2 算例数据(见表2)

表2 不同算例参数

3.3 实例计算分析

各种方案的谐波含量及电压波形畸变率和电话谐波因数如下。

3.3.1 每极每相槽数不同(见表3)

表3 谐波含量及电压波形畸变率和电话谐波因数

3.3.2 定子斜槽(见表4)

表4 谐波含量及电压波形畸变率和电话谐波因数

3.3.3 阻尼绕组中心线相对极靴中心偏移(表5)

表5 谐波含量及电压波形畸变率和电话谐波因数

4 结语

1)由表3可以看出，分数槽绕组可以明显消除齿谐波，从而改善了电压波形;

2)由表4可以看出，定子斜槽可以削弱谐波，当定子斜槽斜过的距离恰好等于一个齿距时，可以明显的削弱齿谐波;

［1］白延年.水轮发电机设计与计算［M］.北京:机械工业出版社.

［2］顾承林，陈乔夫，熊永前.电机学［M］.湖北:华中科技大学出版社，2005.8.

［3］李哲生.改善凸极同步发电机空载电势波形的措施［J］.哈尔滨电工学院学报，1983.9.

［4］李槐树，李朗如，让余奇.阻尼绕组对凸极同步发电机空载电势波形的影响［J］.电工与控制学报，2003.12.