600V交流机组发电机设计

毕业设计说明书 题 目 600V 交流机组发电机设计 专业班级 学生姓名 学 号 完成日期 指导教师 评阅教师 目录目录 摘要 I Abstract II 第 1 章 概述 1 1 1 课题的目的和意义 1 1 2 同步发电机的发展与趋势 1 1 3 同步发电机的工作原理 2 1 4 同步发电机的分类 2 第 2 章 同步发电机的研究 3 2 1 同步发电机的定子结构 3 2 2 同步发电机的转子结构 4 2 3 同步发电机的端盖及轴承盖 6 2 4 同步发电机的技术参数及额定数据 6 2 5 同步发电机的励磁系统 8 2 5 1 同步发电机的励磁方式 8 2 6 同步发电机的运行特性 9 2 6 1 发电机的空载特性 9 2 6 2 发电机的短路特性 10 2 6 3 发电机的外特性 11 2 6 4 发电机的调整特性 11 2 7 发电机功率的技术参数的确定 11 第 3 章 同步发电机的电磁计算 13 3 1 额定数据和主要尺寸 13 3 2 定子绕组 15 3 3 定子槽型尺寸 16 3 4 磁路计算 19 3 5 稳态参数 27 3 6 额定负载时励磁磁动势和励磁绕组 30 5 7 阻尼绕组设计 34 3 8 损耗与效率 36 3 9 瞬态参数和时间常数 38 3 10 有效材料 40 结论 42 参考文献 43 致谢 44 附录 45 I 湖南工程学院毕业设计 600V600V 交流机组发电机设计交流机组发电机设计 摘要 摘要 电力行业是一种先行工业 只有当电力工业的增长率高于其他工业的发展速度 并重视高效 节能原则 才能促使整个国民经济全面较快地增长 想信在今后 电力 和电机制造工业将会得到更快的发展 同步发电机由主发电机 交流励磁机和旋转整流装置等主要部分组成 发电机转 子 励磁机电枢和旋转整流装置都装在同一轴上一起旋转 励磁机磁极固定在定子内 侧 同步发电机内装有同轴安装的旋转电枢式励磁机 它提供三相电流 这个三相电 流被转子上安装的旋转整流模块整流成直流电 然后送至主发电机的转子绕组 而交 流同步发电机的基本型式分为旋转电枢式和旋转磁场式两种 这两种发电机在结构上 虽然有所不同 但其基本原理却是一样的 即磁场与导体只要产生相对运动并切割磁力线 就能在导体中产生感应电动势 在交流同步发电机中 铁心及其在铁心槽中用来产生感应 电动势并接通负载供给交流电流的绕组的总称称为电枢 由于它是交流同步发电机进行 能量转化和传递的枢纽 所以将它称为电枢 关键词 关键词 交流同步发电机 励磁机 旋转整流装置 电枢 II 湖南工程学院毕业设计 The desigh of 600V AC Generato Abstract The electric power industry is one advance industry Only has when electric power industry rate of increment is higher thanother industries the development speed and takes the energyconservation principle highly effective can urge the entire nationaleconomy to be comprehensive comparatively quickly grows Will want to believe in next the electric power and the electricalmachinery manufacture industry will be able to obtain a quickerdevelopment The synchro generator is composed of major components such as main generator the commutation device exchanging an exciter and rotating Both dynamo rotor excitation electromechanical pivot and revolution commutation device pretend to rotate together on the same axis the exciter magnetic pole fixes in stater inner side The synchro generator inner pretends to dyadic exciter of revolution armature having coaxial installation and then it is provided three phase electric current this three phase electric current is become direct current by the revolution commutation module commutation assembling on the rotator give the rotator till main generator a winding AC synchronous generator is the basic pattern rotating armature and rotating magnetic field two This two kinds generators are unlike on structure though having an institute Whose basal principle is the same but but is that the magnetic field and the conductor can produce an induced electromotive force in the conductor as long as producing relative motion and cutting magnetic lines of flux The generator is middle in exchange synchronism core and the Core tank used to produce induced electromotive force and the load connected to the AC current supply winding collectively known as the armature As it is AC synchronous generator for energy conversion and transfer hub it will be called the armature Keywords AC synchronous generator exciter rotating rectifier devices the armature 1 600V 交流机组发电机设计 第第 1 章章概述概述 1 1 课题的目的和意义课题的目的和意义 电能是现代社会最主要的能源之一 发电机是将其他形式的能源转换成电能的机 械设备 它由水轮机 汽轮机 柴油机或其他动力机械驱动 将水流 气流 燃料燃 烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机 再由发电机转换为电能 发电 机在工农业生产 国防 科技及日常生活中有广泛的用途 作发电机运行的同步电机 是一种最常用的交流发电机 在现代电力工业中 它 广泛用于水力发电 火力发电 核能发电以及柴油机发电 由于同步发电机一般采用 直流励磁 当其单机独立运行时 通过调节励磁电流 能方便地调节发电机的电压 若并入电网运行 因电压由电网决定 不能改变 此时调节励磁电流的结果是调节了 电机的功率因数和无功功率 同步发电机的定子 转子结构与同步电机相同 一般采用三相形式 1 2 同步发电机的发展与趋势同步发电机的发展与趋势 随着改革开放的不断深入 交流发电机产品的迅速发展 与国外技术水平相比 差距正在逐渐缩小 但仍然存在很大的差距 主要表现在以下几方面 1 产品结构上是亦步亦趋 处于模仿 跟随的地步 而产品的质量 可靠性 比较差 故障率比较高 在产品设计方面 我国目前生产的交流发电机基本上都属于 仿制 通过对国外样机进行测绘 再结合国内的材料 设备和工艺等实际情况 进行 调整和修正 真正自主设计开发的产品很少 至于进行创新研究 使用新的设计理念 进行技术储备 超前开发基本谈不上 国内也很少有单位或个人进行一些基础性技术 研究领域的工作 2 在工艺设备和工艺水平方面 目前国内主要交流发电机生产厂家的关键和 2 600V 交流机组发电机设计 重要设备主要采用进口设备 比如定子嵌线及整形 定子铁心冲槽卷绕等等 大大提 高了加工效率 加工精度和材料利用率 但与国外高度机械化 自动化和工序间大量 的电子自动检测的加工和装配设备相比 国内还存在大量的手工劳动操作 人为检测 判断 这些人为因素的存在 使得产品的一致性 可靠性难以得到保证 3 体积小而输出功率大是交流发电机的一个重要的发展趋势 为了减轻重量和 减少体积 而又要提高输出功率 自然就要提高电机转速 相继而来的是散热要求也 随之提高 所以 散热 提高传动效率 减小体积等问题成了发电机发展的主要方向 1 3 同步发电机的工作原理同步发电机的工作原理 同步发电机是利用电磁感应原理将机械能转换成电能的设备 同步发电机可分为 定子和转子两大部分 定子部分主要由定子铁芯和绕组组成 分为 A B C 三相 均 匀的分布在定于槽中 转子部分由转子铁芯和绕组组成 绕组通以直流电 建立发电 机的磁场 当转子由原动机 如汽轮机 带动旋转时 产生一旋转磁场 定子绕组 导线 切割了转子磁场的磁力线 就在定子绕组上感应出电动势 当定于绕组接通 用电设备时 定于绕组中即产生三相电流 发出电能 1 4 同步发电机的分类同步发电机的分类 同步发电机因用途不同 结构也相差甚大 一般可按其原动机的类别 本体结构 特点 安装方式等进行分类 1 按原动机的类别不同 同步发电机可分为汽轮发电机 水轮发电机 燃汽轮 发电机及柴油发电机等 2 按冷却介质的不同 可分为空气冷却 氢气冷却和水冷却等 3 按主轴安装方式不同 可分为卧式安装和立式安装等 4 按本体结构不同 可分为隐极式和凸板式 旋转电枢式和旋转磁极式等 同步发电机的结构 主要是由原动机的特性决定的 如汽轮发电机 由于转速高 达 3000r min 故极对数少 转子采用隐极式 卧式安装 水轮发电机由于转速低 3 600V 交流机组发电机设计 一般在 500r min 以下 故其极对数多 转子采用凸极式 立式安装 第第 2 章章 同步发电机的研究同步发电机的研究 交流同步发电机有旋转枢式和旋转磁场式两种结构型式 旋转电枢式交流同步发 电机 是磁极不动而电枢转动 由于通过集电环和电刷滑动接触输出较大的功率可靠 性不高 因此只应用于一些功率不大的交流同步发电机 旋转磁场时交流同步发电机是将磁极安置在转动的转子上 是电枢不动而磁极转动的 发电机 由于磁场所需要的励磁电压较低 励磁电流也比较小 集电环和电刷的工作 较为可靠且寿命也更长 所以 现在大多数交流同步发电机均采用这种型式 交流同步发电机的结构主要分为定子 转子和端盖 轴承盖等三大部分 下面将简介发电机这几部分结构 2 1 同步发电机的定子结构同步发电机的定子结构 交流同步发电机定子由机座 定子铁心和定子绕组所组成 其中定子铁心和定子绕 组是产生发电机机座感应电压 输出电流部分 它们合称为电枢 1 定子铁心 定子铁心是发电机磁路的组成部分 由一定数量 0 5 厚内圆冲出线槽的硅钢片叠 压而成 定子铁心沿轴向长度均留有通风沟 以增加定子铁心的散热面积 整个铁心 固定在机座内侧的定位筋上 为了减少铁心的涡流损耗 铁心冲片的两面都涂有绝缘 漆 定子铁心内圆上均匀分布着可嵌放有定子绕组的线槽 定子绕组分为输出电流的 主绕组和产生励磁电流的副绕组 2 定子绕组 定子绕组是发电机内感应电压 输出电流的部分 它是交流同步发电机的核心 定 子绕组由许多个绕组元件 也即线圈 所组成 绕组元件由绝缘铜导线绕制而成 单 相交流同步发电机的定子绕组按设计规定嵌 连接成单相绕组 三相交流同步发电机 的定子绕组按设计规定嵌 接成三相绕组 定子绕组的各相绕组之间及整个绕组对定 子铁心均应予以良好 可靠地绝缘 以确保发电机的安全运行 4 600V 交流机组发电机设计 3 机座 机座是交流同步发电机的整体支撑部件 用以固定定子铁心及与前 后盖和轴承一 道支承转子运转 机座有铸铁铸造和钢板焊接两种 它本身并不作为发电机的磁路 机座内壁分布的筋条用以固定定子铁心 其外圆即为发电机的外壳 以保护内部的定 子绕组 机座的两端面加工有与端盖相配合的止口和螺孔 在它的下部铸有底脚 以 便于发电机与原动机组装固定在底架或基础上 位于机座侧面或顶部的位置一般装有 出现盒 该出线盒内装设有接地线 从这里将发出的交流电引至外负载 同时 发电 机励磁绕组的引出线和定子副绕组的引出线也经由出线盒引出 此外 在某些发电机 的出线盒中还没设置有励磁调节器 2 2 同步发电机的转子结构同步发电机的转子结构 交流同步发电机的转子通常包括有转轴 磁极铁心 磁极绕组 集电环 轴承及风 扇等零部件 无刷交流同步发电机还应包括交流励磁机 电枢和旋转硅整流器 但却取 消了集电环 1 转轴 转轴一般均由 35 45 号圆钢加工而成 经轴伸端上的连轴器使发电机与原动机对接 它是将机械能转变成电能的关键零件 小型 交流同步发电机的转轴上通常热套有磁轭 用以安装磁极绕组 2 转子铁心 旋转磁场式交流同步发电机的转子即为它的磁极 发电机的转子铁心又分为凸极式 和隐极式两种 小型发电机的转子大多做成凸极式 凸极式转子铁心一般用 1 厚的低 碳钢薄板或 0 5 厚硅钢片冲制而成 它是发电机转子磁路的主要构成部分 凸极式磁极转子铁心又有分离式和整体式两种型式 前者的每个磁极铁心套上磁极 线圈后 即用磁极螺栓固定在磁轭上面 后者的每个磁极铁心与磁轭部分形成一个整 体 在包扎好绝缘物的磁极铁心上直接绕制其磁极线圈 隐极式磁极结构铁心 又称转子铁心 它由整圆且在外圆处均布冲有槽孔的转子 冲片叠装而成 该磁极铁心直接压装在转轴上 两端设置有断板和支撑磁极绕组的支 架 为消弱同步发电机中电压波形的齿谐波成分 一般转子铁芯均叠装成斜槽的形式 同时 为了提高同步发电机承受不对称三相负载运行及并联运行能力 因而在转子铁 5 600V 交流机组发电机设计 芯齿部还冲有阻尼孔以嵌设稳定同步转速的阻尼绕组 这样 就能将短暂 失步 的发 电机转子迅速拉回到同步转速下运行 3 磁极绕组 凸机式磁极的绕组安置于磁极铁芯极身上面 而隐极式的转子绕组嵌放在隐极式转 子铁芯槽中 该绕组通过励磁电流时就在 磁极铁芯内建立起同步发电机主磁场 磁极绕组或转子绕组的型式因其铁芯结构的不 同也有凸极式与隐极式之分 凸极式磁极绕组一般用矩形截面的高强度聚酯漆包扁铜 线绕制而成 分离凸极式转子的每个极套上一个预先绕好的磁极线圈即可 而整体凸 极式转子磁极绕组则需直接绕在包好绝缘的磁极铁芯上 较大功率的同步发电机则在 两磁极绕在之间装有保护撑块 以防止同步发电机在运行中因受离心力作用绕在向外 隆起变形而损坏 隐极式转子绕在多采用单层同心式绕组 通常用高强度聚酯漆包圆铜线饶制绕组后 再嵌入放好绝缘的隐极式转子铁芯槽中并用槽契封牢 绕组端部与转子支架用玻璃纤 维带沿圆周予以绑扎 4 轴承 在转轴的两端安置有轴承以支撑转子使其轻快地运转 轴承的外圈固定在两端盖的 轴承室或轴承套内 由于受力大小的不同发电机轴的传动端常采用滚柱轴承 而非传 动端用滚柱轴承 轴承内圈与转轴采用过盈配合用热套法将转轴套人轴承 轴承外圈 与端盖 或轴承套 采用过度配合 5 风扇 同步发电机运行时因各种损坏而发热 对发电机必须进行通风冷却 一般都是在转 轴上装设冷却风扇 在同步发电机旋转运行时其内部热量极经风扇顺利排出 为了提 高效率 降低通风噪声 同步发电机的风扇常委后倾式离心风扇 风扇的叶片材料多 为铸铝和钢板焊接两种 6 集电环 同步发电机的集电环是由互相绝缘的两个导电环组合而成 发电机运行时 励磁电 源输出的励磁电流经电刷 集电环输给转子绕组 为确保集电环具有良好的工作状态 将它压到发电机转轴上的设计位置后 就必须对集电环的圆周表面进行精加工 并且 在同步发电机进行总装配时 还必须对电刷的工作面作认真仔细地磨削 以使集电环 6 600V 交流机组发电机设计 与电刷的吻合面不少于电刷横截面的 80 2 3 同步发电机的端盖及轴承盖同步发电机的端盖及轴承盖 端盖 轴承盖是同步发电机用来使其转子能正常旋转的支撑件 它同时还起着隔 离和保护定 转子绕组的作用 1 端盖 端盖在与机座配合后用于支承整个转子 在端盖中心车制有轴承室圆孔 用以安装 轴承 端盖通过其断面止口以与机座接合 而与原动机连接的同步发电机 其轴伸端 的端盖两端面均加工有端面止口 要求此端面止口与轴承室有很高的同轴度 以保证 发电机组整机装配后能够良好的运行 同步发电机的端盖通常有铸造和钢板焊接两种 2 轴承盖 发电机在转子两端的轴承位置均配备有轴承盖 用以保护轴承清洁而良好地运行并 使润滑脂不会向外甩出 轴承盖一般用铸铁铸造或用刚才加工而成 发电机在转子两端的轴承位置均配备有轴承盖 用以保护轴承清洁而良好地运行并使 润滑脂不会向外甩出 轴承盖一般用铸铁造或用刚才加工而成 2 4 同步发电机的技术参数及额定数据同步发电机的技术参数及额定数据 为了保证同步发电机具有良好 可靠的运行性能 因而在发电机的设计 制造和 运行过程中 常用一系列的技术参数规范 考核 调整其工作特性 下面将简介同步 发电机的主要技术参数及其含义 1 频率调整率 同步发电机的频率调整率一般有两种情况 即负载变化前后发电机稳定的差值与额 定频率比值的稳态频率调整率 以及发电 机负载突变时的瞬时与负载变化前频率的差值 和与额定频率比值的瞬态调整率 它 们均用百分比标示 及稳态频率调整率 2 频率稳定时间 发电机频率从负载变化时起至频率开始稳定所需的时间 3 电压调整范围 7 600V 交流机组发电机设计 发电机在空载额定转速时 调节磁场变阻器或电位器以使电压达到最高值和最低值 的范围 4 电压调整率 同步发电机的电压调整率通常有两种情况 即反映发电机恒发精度的 从空载到额 定负载的所有负载下其稳态电压的变化率 用 S 表示 它反映了发电机的动态能力 5 电压稳定时间 同步发电机从负载突变 到电压恢复至稳定电压的 范围所需的时间 6 三相不对称负载时电压偏差 同步发电机的三相不对称负载中任二相电流之差不超过额定电流的 25 并且最大 一相的电流不超过额定值时 三相电压最大值 或最小值 和三相电压平均值之差与 该平均值之比的百分数 用 U 表示 7 温升 同步发电机在额定工况下运行至热稳定时 各绕组的温度升高值用 Q 表示 8 振动 同步发电机的振动幅值 按其振动速度有效值考核 9 噪声 距同步发电机 1 处测得的声压级数值 其噪声按 A 计数声功率级考核 同步发电机在其铭牌上均标明了该发电机的各种额定数据 这些额定数据对于发电 机部分结构有重大影响 并且还在很大程度上决定着发电机的运行性能 这些额定数 据主要有 1 额定功率 在额定功率因数时 同步发电机线断的视在功率 用 SN 表示其单位为 KVA 也可 以用发电机线断的有功功率 PN 来表示 单位则为千瓦 KW 它表征了发电机的发 电能力 为其一项主要参数 2 额定电压 同步发电机在额定运行时的线断电压 用 UN 表示 小型同步发电机一般均为低电 压 其额定电压为 400V 3 额定电流 8 600V 交流机组发电机设计 同步发电机在额定运行时的线断电流 用 IN 表示其单位为 A 4 额定频率 同步发电机额定运行时的频率 用 表示其单位为 HZ 我国规定的电网频率为 50HZ 5 额定转速 系指同步发电机在额定运行时的转速 用 表示 6 额定功率因数 功率因数也称力率用表示 角是用电角度表示的 为额定运行时同步发电机定子相 电压与相电流之间的相角差 额定功率因为 就是角的余弦值 一般小型同步发电机的 功率因数为 0 8 7 功率 同步发电机的有功输出功率与出入功率之比称为效率 它用百分数表示 效率是衡 量同步发电机经济性的重要指标 8 额定励磁电压 当励磁绕组内励磁电流达额定值 并且发电机冷却介质达最高容许温度的情况下 发电机额定运行到稳定程度 励磁绕组线断或集电环间的电压 小型同步发电机 的励 磁电压一般均在 100V 一下 9 额定励磁电流 同步发电机在额定运行时的励磁电流 1FN 在该励磁电流的激励下 发电机的端电 压即为额定值 同时它还能保证该发电机按额定功率全部输出 10 额定温升 额定温升 QN 是同步发电机在额定条件下正常运行时 其定子绕组和转子绕组允许 比环境温度升高的温度值 也就是发电机定子绕组和转子绕组最高允许温度等于额定 温升加上环境温度 我国规定环境温度为 40 2 5 同步发电机的励磁系统同步发电机的励磁系统 2 5 1 同步发电机的励磁方式同步发电机的励磁方式 供励磁功率给同步发电机励磁绕组的整套装置 称为同步发电机的励磁系统 该励 9 600V 交流机组发电机设计 磁系统通常包括有励磁机或整流器 手动或自动励磁调节装置以及灭磁装置等设备 励磁系统的作用是 1 当同步发电机处于正常状况时 供给维持额定电压和一定输出范围所需的励 磁电流 2 在系统内突然发生短路故障或突加 突甩负载时 对发电机进行强行励磁或 减磁 从而提高系统运行的稳定性和可靠性 3 在发电机内部出现短路故障时 迅速对发电机作出灭磁处理以防止其事故扩 大 近年来随着科学技术的不断进步和电工电子技术的迅速发展 发电机自动调节技术 的不断更新与进步 先后出现了多种形式的励磁装置 形成了多种励磁方式 但归纳 起来 不外乎他励和自励两种方式 以下简介他励式和自励式这两大类励磁方式 一 他励式励磁方式 他励式励磁方式是由与同步发电机同轴安装 或经皮带传动的不同轴安装的直流励 磁机发出的直流电 以及交流励磁机经半导体整流后的直流电等 通过电刷 集电环 向同步发电机励磁组提供励磁电流 直流励磁机是一台结构完整的直流发电机 它多 采用并励式或复励式自励直流发电机 二 自励式励磁方式 自励式励磁方式 就是利用整流器将同步发电机所发的交流电 或附加绕组 或谐 波绕组产生的交流电 经过整流后送入励磁绕组 2 6 同步发电机的运行特性同步发电机的运行特性 同步发的运行特性有空载特性 短路特性 负载特性 外特性和调整特性等五种 外特性和调整特性是主要的运行特性 根据这些特性 可以判断发电机的运行状态是 否正常 以便及时调整 保证高质量安全发电 空载特性 短路特性和负载特性是检 验发电机基本性能的特性 用于测量 计算发电机的各项基本参数 2 6 1 发电机的空载特性发电机的空载特性 所谓发电机空载运行是指发电机以额定转速运转 定子不带负荷时的运行 此时 空载电势 Eo 与励磁电流 IL 之间的关系叫做空载特性 当发电机处于空载运行状态 10 600V 交流机组发电机设计 其端电压 U 就等于电势 Eo 因此 端电压 U 与励磁电流的关系曲线就是空载特性 2 1 空载特性曲线 如图所示空载特性曲线 E0 f I 做空载特性试验时 应维持发电机转速不变 逐渐 增加励磁电流 直至端电压等于额定电压的 130 时为止 在增加励磁电流的过程中 读取励磁电流值及与其对应的端电压值 便可以得到空载特性的上升分支 接着减小 励磁电流 按上面方法读取数值 便得到下降分支 如图 2 1 2 a 所示 由于两曲 线的平均 如图中虚线所示 空载特性曲线是发电机的一条最基本的特曲线 可用来 求发电机的电压变化率 不饱和的同步电抗值等参数 2 6 2 发电机的短路特性发电机的短路特性 所谓发电机的短路特性 系指发电机在额定转速下 定子绕组短路时 定子绕组的 稳态电流 I 与励磁电流 Ii 的关系曲线 如图所示 图 2 2 短路特性曲线 11 600V 交流机组发电机设计 短路试验测得的短路特性曲线 不但可以用来求取同步发电机的重要参数饱和的 同步电抗与短路比外 在发电厂中 常用它来判断励磁绕组有无匝间短路等故障 显 然 励磁绕组存在匝间短路时 因安匝数的减少 短路特性曲线是会降低的 2 6 3 发电机的外特性发电机的外特性 所谓发电机的外特性 就是指励磁电流 转速 功率因数为常数的条件下 变更定 子负荷电流时 端电压 U 的变化曲线 即 U f I 曲线 在滞后的功率因数情况下 cos 当定子电流增加时 电压降落较大 就是由于此时电 枢反应是去磁的 在超前的功率因数的情况下 cos 定子电流增加时 电压反而升高 这是由于电枢反应是助磁的 在 cos 1 电压降落较小 外特性可以用来分析发电机 运行中的电压波动情况 借以提出对自动调节励磁装置调节范围的要求 一般用电压变化率来描述电压波动的程度 从发电机的空载到额定负载 端电压 变化对额定电压的百分数 称电压变化率 即 式中 发电机空载电势或电压 U 发电机额定电压 汽轮发电机的 30 48 2 6 4 发电机的调整特性发电机的调整特性 所谓发电机的调整特性 系指电压 转速 功率因数为常数的条件下 变更定子负 荷电流时 励磁电流的变化曲线 不同功率因数下的调整特性可以看出 在滞后的功 率因数情况下 负荷增加 励增电流也必须增加 这是因为此时去磁作用加强 要维 持气隙磁通 必须增加转子磁势 在超前的功率回数下 负荷增加 励磁电流一般还 要降低 这是因为电枢反应有助磁作用的缘故 调整特性可以使运行人员了解 在某 一功率因数时 定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定值 并能维持额定 电压 利用这此曲线 可使电力系统无功功率更合理一些 2 7 发电机功率的技术参数的确定发电机功率的技术参数的确定 600V 80A 48kw 这里取50kw 额定电压 X 负载电流 额定功率 参数部分选自 交流电机设计手册 和50kw 发电机 KHI 50 4参数 12 600V 交流机组发电机设计 下面计算为同步发电机 其发电机技术参数为 1 额定电压 600V 2 负载电流 80A 3 额定转速 1500r min 4 额定频率 50HZ 5 相数 m 3 6 额定功率因素 0 8 cos 7 额定功率 50kw N P 8 效率 4 91 9 极数 2P 4 13 600V 交流机组发电机设计 第第 3 章章 同步发电机的电磁计算同步发电机的电磁计算 3 1 额定数据和主要尺寸额定数据和主要尺寸 1 额定电压 UN V600 2 额定转速 nN 1500 minr 3 额定频率 HZ50 4 额定功率因数 cos 0 8 5 额定电流 80 N IA 6 相数 m 3 7 确定功率 P 这里取 50kw kw4880600 8 效率 91 4 9 极数 2p 120120 50 4 1500 N f n 10 极弧系数 极弧长度 0 630 72 p b 取 p 0 67 p b 11 气隙磁密 取 0 71 07 BT 0 8BT 12 取线负荷 280 280 AKA mA cm 13 电机的计算体积 14 600V 交流机组发电机设计 3 2 1 6 1 10 il pBdpN P Dlef K KA Bn 33 33 6 1 10101 25 10 0 67 1 11 0 92280000 8 1500 27 1 10 m 14 主要尺寸比 0 62 5 15 定子铁心内径取值范围 2 3 2 ilef il Dlp D 3 3 27 1 104 0 23990 3860 0 6 m 2 5 16 定子铁心铁外径 11 1 421 42 0 23990 3407 i DDm 0 3860 0 5481 按标准选取 1 430Dmm 则定子内径 1 1 430 302 82300 1 421 42 i D Dcmmm 17 定子铁心有效长度 23 1 22 1 27 1 10 0 3011300 0 3 i i Dlef llefmmm D 18 定子铁心净长度 300 0 92276 FetFetkkFet lKln bKlmm 式中 0 92 在对发电机的计算中 不计入中 Fet K kk n b Fet l 19 磁极铁心总长度 300 mef llmm 20 磁极铁心净长度 0 95 3028 5 FemFemm lKlcm 15 600V 交流机组发电机设计 式中 0 95 对于厚钢片 Fem K1 1 5mm 21 极距 1 300 235 5 24 i D mm p 22 圆周速度 223 55 1000 fm s 23 气隙长度 最小气隙 c K B A 30 0 25 0 280 23 55 0 250 300 51 0303 0 8 mm 1 2364 取 1 1mm 最大气隙 1 51 65 M mm 24 铁心的计算长度 23002 1 130 22 i llcm 3 2 定子绕组定子绕组 25 每极每相槽数 4 q 26 定子槽数 槽484342 1 pmqZ 27 取绕组节距比 6 5 28 绕组节距 1043 6 5 1 mqy 29 绕组短距系数 基波 sin0 966 2 p K 30 绕组分布系数 基波 sin 2 0 958 sin 2 d m K q mq 31 绕组系数 基波 0 925 dppd KKK 16 600V 交流机组发电机设计 32 预计每极磁通 2 0 8 0 67 0 2355 0 303 79 10 pef Blwb 33 每相串联匝数初值 2 1 3600 3 44 544 4 444 44 50 0 925 3 79 10 N dp U N fK 取匝 34 取并联支路数2a 35 每槽导线数 取 1 22 2 3 44 11 48 S amN N Z 11 s N 36 每相串联导体数 1 1 48 11 88 3 2 s ZN N ma 88 44 2 N 匝 37 线负荷 A 1 1 3 88 80 224 2 3 14 30 N i mN I A cm D 3 3 定子槽型尺寸定子槽型尺寸 38 选定槽口尺寸 0 12 0 30 130 sososs bcmhcmhmh 0 15c 1 1cm 齿靴角 39 定子齿距 1 1 30 1 9625 48 i s D tcm Z 1111 1 1 2302 0 1 0 15 1 9952 48 ios s Dhh tcm Z 17 600V 交流机组发电机设计 111112 2 1 2302 0 1 0 15 1 1 2 139 48 ioss s Dhhh tcm Z 111112 1 13 22 300 1 0 15 1 1 33 2 021 48 ioss s Dhhh tcm Z 40 定子齿宽度 1 1 1 9625 0 8 1 06661 2189 0 92 1 401 60 s t Fet tB bcm KB 式中 铁心叠压系数 取 0 92 Fe K 定子齿磁密 取 1 40 1t B1 60T 取 1 1 1 t bcm 41 槽形尺寸如图 3 1 图 3 1 定子槽形尺寸 111 1 9952 1 10 89520 9 sst btbcmcm 1 2 1 1800 90180 1 10 52 2248 s ss b Rhtgtgcm Z 18 600V 交流机组发电机设计 22 22 139 1 041 099 tss btRcm 111 33 2 021 0 901 121 s tss btbcm 则定子齿计算宽度 21 21 0992 1 1 1 10 33 tt ts bb bcm 42 定子槽深 12 1 87 ssosss hhhhRcm 43 槽面积 取槽锲厚度 如图 3 2 所示 0 25hcm 图 3 2 定子槽尺寸 2 1 12 2 22 sss sss RbR Ahhh 2 2 0 520 900 52 1 250 25 22 2 1 39cm 44 槽绝缘面积 取 0 03 i cm 121 2 2 iissss AhhRb 0 030 90 2 1 25 2 0 52 2 0 182cm 19 600V 交流机组发电机设计 2 1 390 1821 21 sefsi AAAcm 取槽满率为 75 绕组并绕根数为3 t N 则绝缘导线直径 11 75 1 21 0 75 0 1658 3 11 sef ts A dcm N N 查表取铜对应的标称线规 QZ 标称导线直径 d 1 60mm 漆膜厚度 0 06 0 11 45 定子导线截面积 查表得 2 2 0106 a qmm 46 定子绕组电密 2 80 6 63 2 3 2 0106 N a ta I jA mm aN q 47 发热参数 224 20 6 631486 45 ja AA jA cm 3 43 4 磁路计算磁路计算 48 定子齿计算高度 12 0 52 1 251 42 33 s tsss R hhhcm 49 定子轭高度 11 2 i jss DD hh 4330 1 874 63 2 cm 50 定子轭计算高度 1 3 jsjss hhR 0 52 4 634 80 3 cm 51 定子轭磁路长度 1 434 8 14 99 48 js lDhcm p j s 52 极靴宽度 0 1 180 2sin 2 p pim bD p 20 600V 交流机组发电机设计 0 0 67 180 2 0 165sin14 835 4 cm 30 53 磁极偏心距 其中 cos 22 2 1 11 1 m ii mim DD D H 1 1 arcsin30 2 p im b D 0 552 75 300300 2 1 11 65 cos30 22 300 4 00mm 54 极靴圆弧半径 1 300 4 00 1 1144 9 22 i p D RHmm 55 极靴边缘高度 2 5 p hmm 设计时取值 56 极靴中心高度 11 1 cos 22 ii ppm DD hh 300300 2 5 1 11 65 cos30 22 22 93mm 57 初取漏磁系数 3 101 1 10 111 047 0 2355 58 磁极宽度 磁极尺寸如图 3 3 所示 42 4 101 047 3 88 10 109 20 28 5 1 55 m Femm bcm lB 59 转子轭内径 808 ir Dmmcm 取值 60 转子轭外径 16516 5 jr Dmmcm 61 磁极中心高 pjrim hDDh 1 2 1 21 600V 交流机组发电机设计 1 16 52 2930 11 2 30 4 357cm 62 磁极侧高度 式中 2 1 cos 2 jr mm D hh 2 9 2 arcsinarcsin33 89 16 5 m jr b D 16 5 4 3571 cos33 89 2 5 7595cm 63 转子轭高度 16 58 4 25 22 jrir jr DD hcm 64 转子轭计算高度 1 2 jrir jr DD h i ir D 2 2 4 6 8 6 8 10 p i 1 4 255 58 6 图 3 3 磁极尺寸 22 600V 交流机组发电机设计 65 转子轭磁路长度 4 jrjrjr lDh p 16555 84 2861c 8 m 66 转子轭轴向长度 31 2 r lcm 67 磁极与轭间残隙 22 2 30 0 8100 8100 09 300300 m l cm 68 实际极弧系数 2arcsin 2 180 p p p p b R R 14 835 2 14 49 arcsin 2 14 49 23 55180 0 66 69 气隙比 5 1 m 70 最小气隙比极距 0 11 0 00467 23 55 71 基波磁场幅度系数 查湘潭电机厂 交流电机设 111 1 0836aAB 计手册 72 三次谐波磁场幅度系数 3133 0 60 04855aa A B 73 磁场分布系数 13 21 0 7 3 d faa 74 磁场波形系数 1 1 0946 2 b d a f f 75 直轴电枢反应磁场幅度系数 查湘潭电机厂 10 9856d dd AA B 交流电机设计手册 76 交轴电枢反应磁场幅度系数 查湘潭电机厂 1 0 52 qqq AA B 交流电机设计手册 23 600V 交流机组发电机设计 77 电枢磁动势直轴折算系数 1 1 0 909 d ad A K a 78 电枢磁动势交轴折算系数 1 1 0 4799 q aq A K a 79 定子卡氏系数 对于半闭口半开口槽 so 1 22 4 440 7519 6254 44 1 1 0 75 3 4 440 7519 6254 44 1 1 0 75 33 s so sso tb K tbb 1 07 80 阻尼笼卡氏系数 阻尼笼尺寸如图 3 4 所示 2 2 4 440 75 1 4 44 dd ddd tb K tbb 图 3 4 阻尼笼尺寸 81 氏系数 12 1 07KKK 82 空载每极总磁通 2 600 3 3 88 10 22 1 0946 50 0 925 88 N bdp U wb f fk N 83 气隙磁密 最大值 2 44 3 88 10 10100 7788 23 55 30 22 0 7 id BT l f 84 定子视在齿磁密 24 600V 交流机组发电机设计 1 3 1 962530 22 0 77881 4928 1 12127 6 si ts Fet ts tl BBT bl 查表 1 8T 则 1 4928T ts B ts B ts B 85 定子轭磁密 2 44 3 88 10 10101 5181 22 4 63 27 6 js js Fet BT h l 86 气隙磁压降 4 0 810FkB 4 0 8 0 11 1 07 0 779 10733 5A 87 定子齿磁压降 1 42 26 84838 124 tststs FhHA 式中对应于 查磁化曲线 B25 1 48T 得 ts H ts B 26 848 ts H 88 定子轭磁压降 14 99 31 158 0 324151 327 jsjsjs Fl HA 式中 为轭部修正系数 0 324 对应于 查磁化曲线 B25 1 48T 得 js H js B 31 158 js H 89 隙 定子齿 轭部磁压降之和 733 538 124 151 327922 951 tjtsjs FFFFA 90 算漏磁几何尺寸 1 9 2 25 3 216 52 4 3575 7595 m jrmm b arctgarctg Dhh 2 14 835 37 33 216 52 4 3575 7595 p jrmm b arctgarctg Dhh 10 2 2 2 2 180 2 sin 2 ppjrmp abDhh p 25 600V 交流机组发电机设计 1 22 2 14 83516 52 4 3570 25 sin 4537 33 3 933cm 10 22 2 1 180 sin 2 mmjrm abDh p 1 22 2 9 216 54 357 sin 4525 37 68cm 11 22 2 2930 251 61 33 pmpp hhhcm 91 磁极压板厚 0 6dcm 92 磁极压板宽 8 6bcm 93 磁极计算高度 230 1 231 2 mm lldcm 94 极靴漏磁导 5 7 32lg 1 2 5 30 1 6114 835 7 32 1 61 lg 1 3 93323 933 mpmp ppm pp lhb h aa 71 30 95 极身漏磁导 2 5 3 66lg 1 2 mmm mm mm l hb h aa 2 5 31 2 5 75959 2 3 66 5 7595 lg 1 7 6827 68 68 18 96 磁极漏磁导 1 11 168 18153 428 mp 71 3 97 每极漏磁通 882 10153 428 922 951 100 1416 10 tj Fwb 26 600V 交流机组发电机设计 98 漏磁系数 2 2 0 1416 10 111 0365 3 88 10 5 与之差应小于 99 磁极磁通 22 0 1416104 02 10 m wb 3 88 100 磁极极身截面积 2 228 5 9 2 1 2 8 6272 52 mFemm Slbd bcm 101 极身磁密 2 44 4 02 10 10101 4751 272 52 m m m BT S 102 转子轭磁密 2 44 4 02 10 10101 1545 22 5 58 31 2 m j jr r BT h l 103 隙处磁密 2 44 2 4 02 10 10101 93 30092 m mm BT lb 104 身磁压降 24 4 4 357110 70 mmm FHhA 查磁化曲线 B25 1 48T 表可得 24 4 对应于 m HmB 105 子轭磁压降 4 286 7 745533 1929 jrjrjr FlHA 查磁化曲线 B25 1 48T 表可得 7 7445 jr H 106 隙磁压降 44 222 0 8100 8 0 009 1 93 10FB 138 96A 107 极磁压降 2 1205 80 fotjmj FFFFFA 27 600V 交流机组发电机设计 3 53 5 稳态参数稳态参数 108 定子线圈尺寸 如图 3 5 所示 1 12 2 0 20 4 0 92 0 52 0 20 4 arcsinarcsin 1 99522 139 ss c ss bR a tt 31 1734 4730 取 30 度 图 3 5 线圈尺寸 定子线圈节距 112 2 2 isosss y DhhhR p 3021 0 151 1 0 52 5 46 0 21 01cm 21 01 12 13 2cos2 cos30 y F c lcm a 2302 234 BtD lllcm 参考值取 2 0 D l D lcm 28 600V 交流机组发电机设计 109 线圈半匝平均长度 2342 12 1358 26 caBF lllcm 110 定子绕组相电阻 1 75 75 1 0 0217 58 26 88 0 0922 1002 3 2 0106 100 ca C aC ta l N R a Nq 式中 0 0217 75 C 2 mmm 11