通常同步電機的主極表面布置有阻尼繞組，阻尼繞組隨同轉子同步旋轉，空載時，氣隙磁場僅由轉子勵磁，如果定子表面是光滑的，那么阻尼繞組不切割轉子磁場，阻尼條中是沒有感應電流的，因此阻尼繞組對空載反電勢波形沒有影響。但當定子開槽時，由于齒槽導致的磁導波對氣隙磁場產生調制作用，使得氣隙磁場中產生了一系列的附加磁場，這些附加磁場與轉子有相對運動，可在阻尼繞組中產生感應電勢，轉子每轉過一個定子齒距，阻尼繞組中的感應電勢就交變一次，因此阻尼繞組中的感應電勢頻率與轉子每秒轉過的定子齒數相等，即阻尼繞組中的感應電勢頻率為齒頻，因此也稱阻尼繞組中感應出齒頻電勢，由于阻尼繞組兩端通過阻尼環短路，因此阻尼繞組中就會感應出齒頻電流。阻尼繞組中的齒頻電流產生的磁場將會抵消因定子開槽引起的附加磁場，從這個意義上來講，阻尼繞組有削弱定子開槽影響的作用，這是有利的。但從另一方面講，該齒頻電流產生的附加磁場也將會在定子繞組中產生齒諧波電勢，引起空載反電勢波形畸變。實踐表明，當阻尼繞組的節距設計得當時，能夠得到較好的反電勢波形；設計不當時(如阻尼繞組節距與定子齒距相等或非常接近時)，齒諧波電勢會急劇增大。對此我們公司曾經吃過大虧，因阻尼繞組設計不當造成了三臺大功率發電機報廢，教訓極其慘痛。接下來我們就從理論上定性地分析阻尼繞組對齒諧波電勢的影響。

1 阻尼繞組節距與定子齒距相等時的情況

設阻尼條節距為t2，定子齒距為t1。如圖1(a)所示，為一臺每極有五根阻尼條的凸極同步發電機，其阻尼條節距t2=t1，定子為整數槽繞組。

? 此時，當一個極下的阻尼條都對著齒的中心線時，另一極下的阻尼條也對著齒的中心線。圖1(b)畫出了主極磁場波形和定子槽開口引起的磁場交變分量。當轉子轉動時，該交變磁場在阻尼條中感生頻率為f2=2mqf1的齒頻電勢。由于t2=t1，所有N極下5根阻尼條的感應電勢同相位，此瞬間各阻尼條中的電勢方向如圖1(c)所示，而在S極下的那些阻尼條中的感應電勢與N極下各阻尼條中電勢的相位相反。此時，齒頻電流通過阻尼繞組的極間連接線流通，這相當于該瞬間所有N極下的阻尼繞組電流與所有S極下的阻尼繞組電流方向相反，且阻尼繞組中的電流以齒頻f2交變，從而產生一個極對數與主極極對數相等的齒頻脈振磁場。圖1(c)畫出了齒頻電流產生的脈振磁勢及其基波分量。該脈振磁場可分解為沿正、反兩個方向旋轉的旋轉磁場，兩個旋轉磁場相對于轉子的速度為：

n=±60f2/p=±2mq?(60f1/p)=±2mq?n1?⑴

順著轉子轉動方向旋轉的磁場在相對定子的轉速為(2mq+1)n1，它與主波磁場極數相同，但轉速卻比主波磁場高(2mq+1)倍，因而它在定子繞組中感生(2mq+1)f1的齒諧波電勢；另一個逆著轉子轉動方向旋轉的磁場，相對定子的轉速為(2mq-1)n1，將在定子繞組中感生(2mq-1)f1頻率的齒諧波電勢。

綜上所述，當t2=t1時，由于一個極下所有阻尼條中電流的相位全部相同，它們共同產生的脈振磁場很強，引起的齒諧波電勢很大，因此當t2=t1時，阻尼繞組的存在將大大增強了電勢齒諧波，嚴重惡化空載反電勢的波形，因此在設計同步電機時應嚴格避免阻尼繞組節距與定子齒距相等或接近。

2 阻尼繞組節距等于1/2定子齒距的情況

若阻尼繞組節距等于1/2定子齒距，即t2=(1/2)t1，此時相當于在上述電機中，每極裝有9根阻尼條，如圖1(d)所示。則第1、3、5、7、9號阻尼條中的電流都同相位，產生的脈振磁勢如圖1(e)；而第2、4、6、8號阻尼條中的電流，恰與1、3、5、7、9號阻尼條中的電流相位相反，產生的脈振磁勢如圖1(f)，兩者產生的脈振磁勢基波互相抵消，因而阻尼繞組中的齒頻電流對電壓波形的不利影響大為削弱。

由此可見，當阻尼繞組的節距小于定子齒距時，可削弱齒頻電流對齒諧波的惡化。同理，當阻尼繞組的節距大于定子齒距時，也會削弱齒頻電流產生的齒諧波電勢，但二者相比，t2＜t1時的削弱效果會更好一些，在此不再贅述。

總之，在同步電機的阻尼繞組設計時，應嚴格避免阻尼繞組節距等于或接近定子齒距，要么小于定子齒距，要么大于定子齒距，并應盡量遠離定子齒距，大于定子齒距時不能是定子齒距的整數倍。當然，這是從減小齒諧波電勢角度考慮得出的結論，選擇較小的阻尼條節距固然可以得到較好的電壓波形，但從附加損耗角度考慮，阻尼條節距過小又會引起阻尼繞組損耗增大，這是不利的，電機設計就是要權衡各種矛盾，以達到綜合性能優越。考慮到各方面綜合性能，許多電機設計文獻和設計手冊中通常推薦的阻尼條節距必須滿足：

t2=(0.7～0.9)t1

或????????????????????????????????????? ⑵

t2=(1.1～1.2)t1

3 空載反電勢波形仿真時的注意事項

空載反電勢波形的仿真計算是同步電機電磁設計重要的內容。許多沒有吃過虧的人錯誤地認為：根據楞次定律，阻尼繞組中的電流對定子開槽引起的氣隙磁密波動有削弱作用，對削弱齒諧波是有利的，只是阻尼槽對齒諧波有惡化作用，因此仿真建模時只需考慮阻尼槽的作用，不用考慮阻尼繞組中電流的作用，而將阻尼繞組設為空氣，認為這樣建模是反電勢波形最惡劣的工況，只要這樣仿真結果是合格的，那么阻尼繞組電流起作用時，波形必然會更好。前述說的我們公司在此問題上吃的大虧，就是犯了這個想當然的錯誤！教訓啊！通過前面的分析可知，如果阻尼繞組節距設計得當，的確阻尼繞組中的電流會削弱定子開槽的影響，對削弱齒諧波有利，如果阻尼繞組節距設計不當，不僅不會削弱齒諧波，還會嚴重惡化齒諧波。因此在進行空載反電勢波形仿真時，必須要按阻尼繞組實際的物理模型進行建模，將阻尼繞組設置成實際的材料（銅或鋁），并將阻尼條通過兩端阻尼環短接，這樣才能較準確地仿真出反電勢波形。切記！切記！

以上定性分析了阻尼繞組節距對齒諧波的影響。至此，通過幾期的瞎想，我們分析了交流繞組感應電勢，重點分析了感應電勢諧波的產生機理和影響因素。

編輯：黃飛