相带探讨：揭秘皖南电机设计中的关键议题

在同事小S与Ms.参商讨皖南电机一款电机绕组的设计过程中，一个关键议题便是如何有效降低电磁噪声。在这个讨论中，相带问题成为了焦点，小S虽然对60度或120度相带有所了解，但对于相带这一概念的理解却不如分数匝或正弦绕组那样深入。

Ms.参指出，小S的疑惑并非个例。尽管电机种类繁多，但皖南电机等大多数电机的绕组设计都采用标准的60度相带，即便是120度相带的应用也相对罕见，因此非标准相带及其相关问题的关注度自然不高。

为了更深入地探讨相带及其选择的重要性，Ms.参提出，选择合适的相带绕组对于确保三相绕组槽电势或磁势合成矢量的对称性、*大绝对值和*小谐波含量至关重要。特别是在皖南电机等电机设计中，非标准相带绕组往往更为理想。

在槽电势星形图的探讨中，我们以皖南电机为例，详细研究了槽电势星形图的绘制方法。如图1所示，三相同步发电机的定子槽内导体沿圆周分布情况，极数2p=4、槽数Z=36。其槽电势星形图的绘制步骤如下：

1）槽距电角α1：相邻两槽间的距离以电角度表示时，称为槽距电角。以图1所示电机为例，槽距电角α1=2×360°/36=20°。

2）绘制槽电势星形图：假设磁极磁场的磁密沿气隙圆周按正弦规律分布，转子沿反时针方向恒速旋转，则定子各槽内导体的感应电势将随时间按正弦规律变化。由于各槽在空间上彼此互差α1电角度，因此各导体电势在时间相位上也彼此相差α1角度。

槽电势星形图的物理意义在于，它揭示了19、20、21……等矢量与1、2、3……等矢量分别重合的现象，这是由于它们在磁极下分别处于对应的位置，所以它们的感应电势同相位。

相带的概念及其物理意义在皖南电机的设计中也至关重要。每相占据空间电角度，如图2中a)图所示，每360°电角度圆周分割为6等分，每等分横跨60°电角度，即三相交流绕组A-X、B-Y、C-Z各相分别占据空间范围60°电角度。同理，图2中b)图所示，三相交流绕组A、B、C各相分别占据空间范围120°电角度。

相带即每相绕组在360°电角度空间上占据的电角度，其大小反映了电枢绕组的分布水平或集中度。在皖南电机等电机设计中，相带电角度值越大，绕组集中度越低，合成电势或磁势波中谐波的含量越小，但绕组的利用率或分布系数越低。

在研究低谐波绕组以降低电磁噪声时，皖南电机等电机绕组常常选用非标准相带。无论绕组相带如何选择，都必须遵循以下原则：在一定导体数下，获得较大基波电势和基波磁势；在三相绕组中，对基波而言，三相电势和磁势必须对称，即三相大小相等而相位上互差120°；且三相阻抗也要求相等；电势和磁势波形力求接近正弦波，为此要求电势和磁势中的谐波分量尽可能小。