張炳義，賈宇琪，陳其雨，何功飛，馮桂宏

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110870)

模塊組合式交流電機(jī)定子分塊規(guī)則與不等跨距繞組研究

張炳義，賈宇琪，陳其雨，何功飛，馮桂宏

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110870)

低速大功率交流電機(jī)是指轉(zhuǎn)速低于500r/min、功率在兆瓦級(jí)以上的電機(jī)，主要應(yīng)用在大型水輪發(fā)電機(jī)、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及大型礦井提升直驅(qū)和大型船舶主推進(jìn)等場(chǎng)合，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置。針對(duì)其傳統(tǒng)制造過程中存在的加工、裝配和維護(hù)困難等問題，提出了一種新型模塊組合式定子結(jié)構(gòu)。在研究定子分塊規(guī)則的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算每極每相槽數(shù)q不同時(shí)定子獨(dú)立模塊所需最小槽數(shù)，以及對(duì)應(yīng)情況下的繞組分布系數(shù)、短距系數(shù)和削弱諧波次數(shù)，從繞組利用率和削弱諧波能力方面總結(jié)出了對(duì)于該種電機(jī)而言每極每相槽數(shù)q的選取方法。最后搭建試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了分塊規(guī)律的正確性以及模塊組合式定子結(jié)構(gòu)的可行性，為進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

低速大功率;模塊組合式電機(jī);定子分塊;諧波

1 引言

低速大功率交流電機(jī)是指轉(zhuǎn)速低于500r/min、功率在兆瓦級(jí)以上的電機(jī)，其特點(diǎn)是體積龐大，不需要齒輪機(jī)構(gòu)等中間傳遞環(huán)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)機(jī)-電能量之間的直接轉(zhuǎn)換。主要應(yīng)用在大型水輪發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式兆瓦級(jí)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及大型礦井提升直驅(qū)和大型船舶主推進(jìn)等場(chǎng)合，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置。

水電和風(fēng)電是我國(guó)“十二五”能源發(fā)展的兩個(gè)重要戰(zhàn)略目標(biāo)。大型水輪發(fā)電機(jī)受限于運(yùn)輸瓶頸，定子需分瓣制造(包括機(jī)座和鐵心)，運(yùn)往工地后再將分瓣的定子組裝成整體;對(duì)于分瓣運(yùn)輸仍有困難的大型機(jī)組，定子的裝配工作全部在工地完成，即先將分瓣的定子機(jī)座組焊成整圓，然后進(jìn)行定子鐵心疊片，再完成定子繞組下線與連接。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子大多采用整體加工的方法，但是當(dāng)定子沖片直徑超過4m時(shí)，如果繼續(xù)沿用定子整體加工的方法，所需的加工裝備也必須相應(yīng)加大。另外，對(duì)于像礦井提升和大型船舶推進(jìn)等可靠性要求高的系統(tǒng)，用于其主驅(qū)動(dòng)的直驅(qū)電動(dòng)加工機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行期是不允許停機(jī)的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性，礦井提升采用大馬拉小車的辦法，船舶采用多臺(tái)電機(jī)同軸與負(fù)載聯(lián)接的整機(jī)備份方式來實(shí)現(xiàn)，這無疑都增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的體積以及制造成本。

在電機(jī)研究方面，大多數(shù)文獻(xiàn)都停留在對(duì)電機(jī)某方面性能計(jì)算、發(fā)熱與冷卻研究以及電機(jī)繞組的研究上。例如文獻(xiàn)［1］對(duì)模塊化級(jí)聯(lián)電機(jī)采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該方法能有效減小電機(jī)體積，提高其轉(zhuǎn)矩密度;文獻(xiàn)［2］通過建立定子多風(fēng)路通風(fēng)系統(tǒng)三維流動(dòng)與傳熱計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，得到了各個(gè)徑向通風(fēng)溝內(nèi)的流體速度、溫度的空間分布情況;文獻(xiàn)［3］建立了凸極效應(yīng)永磁同步電機(jī)的徑向電磁力波模型，對(duì)電機(jī)的電磁振動(dòng)特性進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)［4］則提出了一種最優(yōu)弱磁路徑控制策略，對(duì)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的弱磁調(diào)速進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)［5］通過有限體積法(FVM)對(duì)2.5MW永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行了流體場(chǎng)和溫度場(chǎng)的耦合求解，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的溫升計(jì)算和通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù);文獻(xiàn)［6］是在對(duì)現(xiàn)有分塊開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)和磁路解析的基礎(chǔ)上，提出了五種新型結(jié)構(gòu)的分塊開關(guān)磁阻電機(jī);文獻(xiàn)［7］對(duì)SVPWM供電下低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)［8，9］則對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的分?jǐn)?shù)槽繞組進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)［10］雖然提出了一種模塊式風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，但其是通過采用集中繞組的單齒模塊拼接實(shí)現(xiàn)。

綜上，雖然眾多學(xué)者對(duì)電機(jī)進(jìn)行了各方面不同的研究，但都沒有從根本上解決大型交流電機(jī)存在的制造、運(yùn)輸、裝配以及維護(hù)難度大等問題。為此，本文提出了一種低速大功率交流電機(jī)模塊組合式定子結(jié)構(gòu)，如圖1所示，實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)定子的模塊化制作，從而很好地解決了困擾大型交流電機(jī)定子過大帶來的一系列問題，大大增強(qiáng)了電機(jī)的制造靈活性、運(yùn)行可靠性和可維護(hù)性。本文所述的模塊組合式定子結(jié)構(gòu)是建立在繞組采用不等跨距繞組基礎(chǔ)之上，關(guān)于不等跨距繞組方面的研究本文不多作介紹，旨在著重研究模塊組合式電機(jī)定子的分塊規(guī)則，并從繞組利用率和削弱諧波角度闡述了針對(duì)低速大功率交流電機(jī)的每極每相槽數(shù)q的選取方法。最后研制了一臺(tái)定子由三個(gè)獨(dú)立模塊組成的樣機(jī)，并搭建試驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行了負(fù)載實(shí)驗(yàn)。

圖1 模塊組合式定子結(jié)構(gòu)Fig．1 Structure of combination stator

2 模塊組合式電機(jī)定子分塊規(guī)則研究

對(duì)于分?jǐn)?shù)槽繞組，每極每相槽數(shù)q總能寫成(整數(shù)槽繞組可以認(rèn)為是一種特殊的分?jǐn)?shù)槽繞組，故也包含在內(nèi)):

式中，m為相數(shù);Q1為定子槽數(shù);p為極對(duì)數(shù);b為整數(shù);c/d為不可約的真分?jǐn)?shù);要形成三相對(duì)稱繞組，需滿足d≠3n，n∈N+。

在三相電機(jī)中，當(dāng)q為分?jǐn)?shù)時(shí)，則每個(gè)極距內(nèi)和每個(gè)相帶內(nèi)的槽數(shù)就不是整數(shù)。一般情況下，分?jǐn)?shù)槽電機(jī)的定子槽數(shù)Q1和極對(duì)數(shù)p存在一個(gè)最大的公約數(shù)，即:

式中，gcd(Q1，p)為電機(jī)定子槽數(shù)與極對(duì)數(shù)的最大公約數(shù)。令 Q0=Q1/gcd(Q1，p)，p0=p/gcd(Q1，p)，則q又可寫成:

式(3)意味著在分?jǐn)?shù)槽繞組的電機(jī)中，每2p0個(gè)磁極下每相占有Q0/m個(gè)槽電機(jī)的齒槽分布、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)向量圖和磁動(dòng)勢(shì)向量圖，以2p0個(gè)磁極為一個(gè)周期，重復(fù)gcd(Q1，p)次。其中，Q0就是在對(duì)應(yīng)每極每相槽數(shù)q下能形成一個(gè)單元電機(jī)模塊需要的最少槽數(shù)。因此，模塊組合式電機(jī)的分塊規(guī)則為:對(duì)于一個(gè)定子槽數(shù)為Q1、極對(duì)數(shù)為p的電機(jī)，整個(gè)電機(jī)定子可分得的最多模塊個(gè)數(shù)為gcd(Q1，p);電機(jī)能引出的最多并聯(lián)支路數(shù)也為gcd(Q1，p)。根據(jù)上述規(guī)則，得到每極每相槽數(shù)q不同時(shí)，電機(jī)一個(gè)獨(dú)立模塊所需的最少槽數(shù)，如表1所示。

表1 q不同時(shí)電機(jī)獨(dú)立模塊所需最少槽數(shù)Tab．1 Minimum number of slots required by independent modules with different q

值得說明的是，當(dāng)每極每相槽數(shù)q選為0.4時(shí)，繞組一般采用集中繞組，即直接在齒上繞制，此時(shí)電機(jī)定子可由多個(gè)單齒模塊組合而成，因此不受單個(gè)模塊最少槽數(shù)的限制。另外，雖然每個(gè)定子模塊之間相互獨(dú)立，但是不同定子模塊所占定子整個(gè)圓周的空間角度可以相同，也可以不同，只要保證其所占空間角度為最少槽數(shù)獨(dú)立定子模塊所占空間角度的整數(shù)倍，且全部定子模塊能夠填充整個(gè)定子圓周360°空間即可。即:

將式(4)化簡(jiǎn)，有:

式中，k1，k2，…，kn∈N+，分別為組成第1，2，…，n個(gè)獨(dú)立模塊所需的最少槽數(shù)電機(jī)模塊的個(gè)數(shù)。

3 模塊組合式交流電機(jī)q選取方法

實(shí)際電機(jī)中，磁動(dòng)勢(shì)在氣隙中產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)并非是正弦波，因此在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)也不可能是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，除了基波以外還存在一系列諧波分量。這些諧波分量的存在會(huì)引起電機(jī)損耗增加、發(fā)熱以及產(chǎn)生電磁噪聲。因此在電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮削弱電機(jī)反電勢(shì)中的諧波含量、改善波形正弦度。這一般主要通過兩種方法實(shí)現(xiàn):一種是從電路的角度考慮，定子繞組采用短距、分布的方法;另一種是從磁路的角度考慮，對(duì)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)波形進(jìn)行優(yōu)化。雖然后一種方法比較直接，但需要對(duì)磁極結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。相比較而言，采用第一種方法則更容易實(shí)現(xiàn)。為了考慮線圈短距和繞組分布對(duì)電機(jī)性能的影響，通常定義:

另外，各高校不同的專業(yè)對(duì)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)需求不盡相同，每個(gè)專業(yè)要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的程度不同，這就要求每個(gè)專業(yè)計(jì)算機(jī)課程的配置不同，如果所有專業(yè)的教學(xué)大綱一樣，那么，學(xué)生會(huì)認(rèn)為學(xué)的內(nèi)容和自己本專業(yè)無關(guān)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生厭倦心里，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容不感興趣，從而影響教學(xué)效果。文科專業(yè)的學(xué)生計(jì)算機(jī)側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該是計(jì)算機(jī)的使用能力，而理科專業(yè)不僅僅要求學(xué)生會(huì)熟練的使用計(jì)算機(jī)，而且還要求學(xué)生具有一定程度的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)與創(chuàng)新能力。

而繞組系數(shù)kdp為短距系數(shù)kd和分布系數(shù)kp的乘積。顯然，kdp反映了由于采用短距線圈和分布繞組時(shí)基波電動(dòng)勢(shì)打的折扣。換句話說，該參數(shù)能夠反映出電機(jī)繞組的利用率。

同時(shí)，當(dāng)線圈節(jié)距y1選為(1－1/υ)τ(其中υ為諧波次數(shù)，τ為電機(jī)極距)時(shí)，可以有效地消除第υ次諧波。表2列出了當(dāng)電機(jī)每極每相槽數(shù)q不同、且節(jié)距選為相應(yīng)值時(shí)，電機(jī)繞組的短距系數(shù)、分布系數(shù)、繞組系數(shù)的數(shù)值以及能削弱的諧波次數(shù)。在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，設(shè)法削弱低次諧波對(duì)電機(jī)性能的影響是我們關(guān)注的目標(biāo)。不管電機(jī)的對(duì)稱三相繞組是采用星形接法還是三角形接法，其相電動(dòng)勢(shì)中都不會(huì)存在3以及3的倍數(shù)次諧波。

由表2可以看出，在繞組利用率方面，q為3/4、3/2、3三個(gè)方案的繞組利用率最高;q為2/5、4/5、6/5、8/5、2五個(gè)方案的繞組利用率次之;q為1方案的繞組利用率最低。在繞組采取分布、短距后的削弱諧波能力方面，q為3/4、1、3/2、3四個(gè)方案能削弱9次諧波，均不能削弱5次、7次諧波，由于電機(jī)反電勢(shì)中并不存在9次諧波，因此性能要略差一些; q為2/5、4/5、6/5、8/5、2五個(gè)方案均能夠同時(shí)削弱電機(jī)反電勢(shì)中的5次和7次諧波，與之相對(duì)應(yīng)的kdp曲線如圖2所示。從圖2可知，q為4/5、6/5、8/5三個(gè)方案的繞組利用率非常接近，相比之下，q為2/5和2兩個(gè)方案要比其繞組利用率略高出大約0.9%。這五個(gè)方案都可以作為模塊化電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)選方案，具體需要根據(jù)電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合的不同做出進(jìn)一步的篩選。

表2 q不同對(duì)應(yīng)各系數(shù)及高次諧波削弱情況Tab．2 Corresponding coefficients and harmonics weakened with different q

圖2 能削弱5、7次諧波對(duì)應(yīng)q方案的kdpFig．2 kdpcorresponding to q weakened the 5thand 7thharmonics

模塊化定子結(jié)構(gòu)電機(jī)的突出意義在于克服了低速大功率交流電機(jī)制造過程中存在的加工、裝配、運(yùn)輸和維護(hù)難度大等一系列問題。此類電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)面臨電機(jī)轉(zhuǎn)速低、極數(shù)多和受定子沖片外徑限制槽數(shù)又有限的矛盾，為此，通常選取q＜1的真分?jǐn)?shù)槽繞組來解決這個(gè)問題。

但是，由于本文提出的模塊化定子結(jié)構(gòu)電機(jī)是建立在電機(jī)繞組采用不等跨距繞組基礎(chǔ)之上的，考慮到三相繞組的對(duì)稱性(即每條支路每相繞組串聯(lián)的大、小跨距線圈的個(gè)數(shù))，應(yīng)優(yōu)先選用小跨距線圈跨距y1為3或者3的倍數(shù)的方案。

4 理論驗(yàn)證

4.1 樣機(jī)設(shè)計(jì)

表3 樣機(jī)主要參數(shù)Tab．3 Primary parameters of model machine

4.2 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)

在樣機(jī)研制的基礎(chǔ)上，搭建了如圖4所示的試驗(yàn)臺(tái)。采用變頻器供電，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了負(fù)載實(shí)驗(yàn)。樣機(jī)定子分為三個(gè)獨(dú)立模塊，每個(gè)模塊單獨(dú)構(gòu)成一條支路。其額定轉(zhuǎn)矩為1138.9 N·m，因此每個(gè)模塊的額定轉(zhuǎn)矩為1138.9/3=379.6 N·m。由于樣機(jī)是變頻電機(jī)，因此除了測(cè)取額定轉(zhuǎn)速下的負(fù)載特性曲線外，還需要測(cè)取其他轉(zhuǎn)速下的負(fù)載特性曲線。

實(shí)驗(yàn)中，利用變頻器的恒壓頻比控制方式，分別測(cè)取了電機(jī)在供電頻率分別為15Hz、20Hz和25Hz (相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速分別為60r/min、80r/min、100r/ min)三種情況下負(fù)載由1.2TN降到空載的性能參數(shù)。并且每種供電頻率下又分別對(duì)樣機(jī)單個(gè)模塊投入、二個(gè)模塊投入以及三個(gè)模塊全部投入三種情況進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)得的樣機(jī)不同轉(zhuǎn)速下不同數(shù)量模塊投入時(shí)效率和功率因數(shù)隨負(fù)載率變化關(guān)系曲線如圖5～圖7所示。

圖3 樣機(jī)定子3D模型Fig．3 3D sample of model machine stator

圖4 樣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)Fig．4 Test-bed of model machine

圖5 單模塊投入樣機(jī)效率和功率因數(shù)曲線Fig．5 Efficiency and power factor curves of model machine with single module running

圖6 二模塊投入樣機(jī)效率和功率因數(shù)曲線Fig．6 Efficiency and power factor curves of model machine with two modules running

圖7 三模塊投入樣機(jī)效率和功率因數(shù)曲線Fig．7 Efficiency and power factor curves of model machine with three modules running

4.3 結(jié)果分析

從圖5～圖7可以看出，由于新型模塊組合式定子結(jié)構(gòu)交流電機(jī)運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)間，因此轉(zhuǎn)速對(duì)其效率的影響很小。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于某一固定轉(zhuǎn)速時(shí)，三個(gè)模塊全部投入運(yùn)行時(shí)電機(jī)的效率最高，二個(gè)模塊投入運(yùn)行時(shí)效率次之，單模塊運(yùn)行時(shí)電機(jī)的效率最低。究其原因，不難發(fā)現(xiàn)是電機(jī)鐵耗、機(jī)械損耗、雜散損耗等(這三種損耗統(tǒng)稱為電機(jī)的不變損耗，即不管電機(jī)運(yùn)行于何種工況，其大小都近似保持恒定)引起的。由于電機(jī)的輸入電功率與模塊數(shù)成正比，因此不變損耗占電機(jī)輸入電功率的比例會(huì)隨著投入模塊數(shù)的減少而增加，這就造成了電機(jī)效率隨著投入模塊減少而降低，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。但是電機(jī)的功率因數(shù)與模塊投入運(yùn)行個(gè)數(shù)基本無關(guān)，都能保持在0.93以上。另外，由于變頻器具有功率因數(shù)補(bǔ)償功能，所以這點(diǎn)對(duì)于變頻電動(dòng)機(jī)而言意義不大，但是該種模塊化結(jié)構(gòu)電機(jī)若用作發(fā)電機(jī)，這點(diǎn)將會(huì)顯著提高電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)，提高電網(wǎng)的效率。

5 結(jié)論

本文對(duì)新型模塊組合式交流電機(jī)定子的分塊規(guī)則進(jìn)行了研究，通過計(jì)算不同q下定子獨(dú)立模塊所需最少槽數(shù)，以及對(duì)應(yīng)情況下的短距系數(shù)、分布系數(shù)、繞組系數(shù)和削弱諧波次數(shù)，從繞組利用率和削弱諧波能力角度總結(jié)出了對(duì)于該類電機(jī)而言每極每相槽數(shù)q的選取方法。最后設(shè)計(jì)了一臺(tái)樣機(jī)，并搭建試驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行了負(fù)載實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電機(jī)的效率會(huì)隨著電機(jī)定子模塊投入運(yùn)行數(shù)量的減少而降低，而功率因數(shù)與電機(jī)投入運(yùn)行模塊數(shù)量基本無關(guān)。同時(shí)，也驗(yàn)證了本文所述模塊組合式交流電機(jī)定子分塊規(guī)則的正確性以及該結(jié)構(gòu)的可行性。與傳統(tǒng)大型結(jié)構(gòu)交流電機(jī)相比，采用該結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面:

(1)電機(jī)定子模塊尺寸減小，便于制造和運(yùn)輸?？梢愿鶕?jù)電機(jī)極數(shù)、每極每相槽數(shù)和實(shí)際需要，適當(dāng)選擇定子模塊數(shù)量。

(2)不同定子模塊之間相互獨(dú)立，提高了電機(jī)加工制作的靈活性和工作效率。

(3)定子可以在轉(zhuǎn)子裝配完成后，采用外部拼裝組成，克服了近百年來大型交流電機(jī)定轉(zhuǎn)子裝配和拆卸的難題。

(4)電機(jī)定子采用該模塊組合式結(jié)構(gòu)，故障時(shí)可以方便地更換故障模塊，或者暫時(shí)切除故障模塊來維持系統(tǒng)運(yùn)行，從而提高了電機(jī)整體的可靠性和可維護(hù)性。

綜上，新型模塊組合式定子結(jié)構(gòu)為低速大功率交流電機(jī)的制造提供了一種新的方法和途徑，本文的研究為該課題的進(jìn)一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)。

［1］韓守亮，崔淑梅，王鐵成，等 (Han Shouliang，Cui Shumei，Wang Tiecheng，et al．)．分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機(jī)在模塊化級(jí)聯(lián)電機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用 (Application of fractional-slot concentrated winding permanent magnet machines in modular cascade machine system)［J］．電工技術(shù)學(xué)報(bào) (Transactions of China Electrotechnical Society)，2013，28(3):9-16．

［2］李偉力，楊雪峰，顧德寶，等 (Li Weili，Yang Xuefeng，Gu Debao，et al．)．多風(fēng)路空冷汽輪發(fā)電機(jī)定子內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱耦合計(jì)算與分析(Calculation and analysis of fluid flow and heat transfer of air-cooled turbogenerator with multipath ventilation)［J］．電工技術(shù)學(xué)報(bào)(Transactions of China Electrotechnical Society)，2009，24(12):24-31．

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Research on partitioning principle and unequal span winding of novel AC machine with module combination stator

ZHANG Bing-yi，JIA Yu-qi，CHEN Qi-yu，HE Gong-fei，F(xiàn)ENG Gui-hong
(School of Electrical Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China)

LSHP(Low-Speed and High-Power)AC machine refers to the machines of speed below 300 r/min and power above mega-watt．They are mainly used for the large hydro-generator，direct drive permanent magnet synchronous wind power generator，large mine direct drive and large ship’s main propulsion，etc，and occupy an important position in the national economy．Aiming at the problems existing in the traditional manufacturing procedures of the processing，assembly and maintenance，a LSHP AC machine with module combination stator was put forward．By studying the partitioning principle of stator，calculating the winding coefficient，weakening harmonics number and the minimum number of slots that the independent modules required with different q，the method of qselection was summarized from the rate of winding utilization and the ability of harmonics weakened．At last，a testplatform was built and the experiment was carried out of the model machine．The results showed that the correctness of partitioning principle and feasibility of modular stator structure，which laid a foundation for the further study．

LSHP AC machines;module combination machines;stator partitioning;harmonics

TM351

:A

:1003-3076(2015)05-0024-06

2014-01-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51177106)

張炳義(1954-)，男，天津籍，教授，博士，主要研究方向?yàn)樘胤N電機(jī)及其控制、電子電氣機(jī)械一體化;賈宇琪(1988-)，男，山西籍，博士研究生，研究方向?yàn)樘胤N電機(jī)及其控制。