（电气工程专业论文）135mw空冷汽轮发电机励磁机设计与研究.pdf

山东人学硕l ：学位论文 w b t 9 5 + w p e 3 5 隐极旋转整流无刷励磁机，系我厂迄今功率最大的励磁机， 能够与多种不同容量的主机( 1 0 0 - - - 2 0 0 m w ) 配套，具有较高的标准化、通用 化水平，填补了国内空白。 另外，试验研究中重点对三支撑轴系进行了探讨：振动是考核汽轮发电 机组制造、运行的重要指标。装配和平衡是影响振动的两个主要因素。w x 2 1 - - 0 7 3 l l t 型1 3 5 m w 汽轮发电机转子轴系采用三支撑结构，发电机转子、励磁 机转予单独加工，采用固定联轴器联接，且发电机转子与励磁机转子重量比 例悬殊，励磁机转子“长径比”较大，从振动理论观点看，属较大外伸悬臂 转子，对装配和平衡精度提出了更高的要求。研究试用了新技术，产品振动 指标能满足i e c 3 4 、6 b t 7 0 6 4 2 0 0 2 标准之规定以及a b b 技术规范的要求。 4 关键词：汽轮发电机、励磁系统、无刷励磁、永磁、振动 山东人学硕t 学位论史 d e sig na n dr e s e a r c h0 n13 5 m wa lr - c o o l e dt u r b o g e n e r a t o r e x c i t e r a b s t r a c t e x c i a t i o ns y s t e mi sa ni m p o r t a n tp a r to fs y n c h r o n o u sg e n e r a t o r ，i t a f f e c t st h eo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c so fg e n e r a t o rd i r e c t l y e x c i t a t i o ns y s t e m i sm a k eu po ft w o np a r t s ：o n ep a r ti se x c i t a t i o n p o w e ru n i tt h a ts u p p l yd cp o w e rf o re x c i t a t i o nc o i l ：a n o t h e ri sc o n t r o l p a r tt h a ta u t o a d j u s t d cp o w e rt om e e tg e n e r a t o rr u n n i n g a c c o r d i n g t op o w e ru n i t sd i f f e r e n c e ，s y n c h r o n i z a t i o ng e n e r a t o re x c i r a t i o n s y s t e mi n c l u d e sd cg e n e r a t o re x c i t a t i o n ，b r u s h e r l e s se x c i t a t i o n a n ds t i l l n e s sc o n t r o l l e d s i l i c o n b r u s h e r l e s se x c i t a t i o nt e c h n o l o g y a d v a n t a g e ：1 ) e x c i t a t i o ne l e c t r i cc u r r e n ti s1 i m i t e df o rc o l l e c t e d r i n ga n db r u s h ，s ob em o r ef i tf o rb i gc a p a c i t yt u r b o g e n e r a t o r ：2 ) f o r n os p a r k l e ，b ef i t f o ra n t i e x p l o d n i n ga n da n t i f i r es p e c i a l e n v i r o n m e n ta l o n gw i t hs e m i c o n d u c t o ri n d u s t r y s d e v e l o p m e n t b r u s h e r l e s se x c i t a t i o ng e n e r a t o r w a sk e p ti nt h ef o r e g r o u n d i n t h isp a p e r ，t a k e de x a m p l ef o rw b t 9 5 + w p e 3 5g e n e r a t o r ，in t r o d u c e d b r u s h e r l e s se x c i t a t i o ng e n e r a t o r d e s i g na n dm a n u f a c t u r e 1 ) w b t 9 5b r u s b e r l e s se x c i t e r b r u s h e r l e s se x c i t e ri saa cg e n e r a t o rt h a tr o t o ri sa r m a t u r e a c c o n v e r t e di n t o d cb yr e c t i f i e r d ci si n p u tf o rr o t o rc o i l f o r m i n i s h i n ge x c i t a t i o ng e n e r a t o r i n h e r e n c et i m ec o n s t a n t ，u s u a l l y i n c r e a s i n gg e n e r a t o rf r e q u e n c y ，w b t 9 5i s2 0 0 h z o t h e r ，i no r d e rt o m i n i s he x c i t a t i o ng e n e r a t o rd y n a m i ct i m ec o n s t a n t ，a n da u t o a d j u s t s y s t e ms e tf e e d b a c kf o rm a g n e t i cf i e l dc u r r e n t 2 ) w p e 3 5p e r m a n e n tm a g n e te x c i t a t i o ng e n e r a t o r p e r m a n e n tm a g n e te x c i t e rw a sn o to n l yr e p l a c i n gb r u s he x c it e r ，b u t a l s or e p l a c i n gt r e n do fa l n is e r i e se x c i t e r 3 ) r o t a t i n gf e e t i f i e rs e t r e c t i f i e fs e ti sak e yt h a ti sb r u s h e r l e s se x c i t a t i o ng e n e r a t o r ， m a n n yr e c t i f i e r 、f u s ec a p a c i t o re t ca r ef i x e do nt h eh i g h t s p e e d c i r c u m r o t a t i o na n d1i m i t e dd i s c t h ef o ll o w i n gt e c h n o l o g yp o i n tm u s t b es e t t l eb va 1 1k i n do fc i r c u m r o t a t i o nr e c t i f i e rs e tm u s t s e t t l e ，e s p e c i a l l yb i ge a p a c i t y ，h i g hv o l r a g e ，b i gc u r r e n tg e n e r a t o r w b t 9 5 + w p e 3 5i sal a t e n tp o l e r o t a t i n g r e c t i f i e rb r u s h l e s s e x c i t e r ，i sab i ge x c i t e ri nm yf a c t o r yn o w ，c o n l db ef i tf o ra 1 1k i n d o f1 0 0 一2 0 0 h v g e n e r a t o r i t i s q u i t e h i g h l e v e lo f s t a n d a r d i z a t i o n ，s u p p l yad o m e s t i cg a p f u r t h e r m o r e ，s t u d ym a i n l yf o c u so nr e s e a r c ha n dd i s c u s s i o no ft h r e e 5 山东人学帧l ：学位论文 s u p p o r t i n gs h a f t1 i n e ：v i b r a t i o nv a l u ei so n eo fi m p o r t a n tc r i t e r i a w h i c hi su s e dt oe v a l u a t em a n u f a c t u r eq u a l i t ya n do p e r a t i o no ft u r b o g e n e r a t o r a s s e m b i ya n db a l a n c ea r et w om a i nf a c t o r sw h i e hi n f l u e n e e o nt h ev i b r a t i o n t h r e es u p p o r t i n gs t r u c t u r ei sa p p l i e df o rs h a f tl i n e o fr o t o ro fw x 2 1 0 7 3 l l tt y p e1 5 0 m wt u r b og e n e r a t o r r o t o r so fg e n e r a t o r a n de x c i t e ra r e 埘a n u f a c t u r e di n d i v i d u a l l ya n dc o n n e c t e db yf i x e d c o u p l i n g w e i g h tp r o p o r t i o no fg e n e r a t o rr o t o ra n de x c i t e ri sg r e a t d i s p a r i t y l e n g t ht od i a m e t e ro fe x c i t e rr o t o ri s1 a r g e f r o mt h ev i e w o fv i b r a t i o nt h e o r y ，i ti sl a r g eo u t e rs u s p e n s i o nr o t o r r e q u i r e m e n t s o fa s s e m b l ya n da c c u r a c yo fb a l a n c ea r em o r eh i g h e r n e wt e c h n o l o g y i sa p p l i e di nr e s e a r c hp r o c e s s y i b r a t i o np e r f o r m a n c eo fp r o d u c ti s c o n s i s t e n tw i t hr e q u i r e m e n to fi e c 3 4a n dg b t 7 0 6 4 2 0 0 2s t a n d a r d sa n d r e q u i r e m e n to fa b b st e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n k e yw o r d s ：t u r b o g e n e r a t o re x c i t a t i o - ns y s t e mb r u s h l e s se x c i t e r p e r m a n e n tm a g n e tv i b r a t i o n 6 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 咝一篮 日期： 一彦 弘仰侈i i 互 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：l 亟兰壶导师签名：五鑫是日期：型：么：三 山东大学石j ! ：学位论文 1 1 概述 1 3 5 m w 空冷汽轮发电机励磁机设计与研究 第一章同步发电机励磁机概述 近几十年来，随着半导体工业的迅速发展，无刷励磁方式的发电机已经 成为经典的同步发电机最具前途的发展方向之一。随着国民经济和现代科 学技术的发展，电站自动化程度的提高，用户要求电厂实现无人值班或少人 值班，减少机组的维护工作量，以提高工作效率，增加经济效益和社会效益“1 。 旋转二极管式无刷励磁发电机由于线路简单，制造成本低廉，应用范围较为 广泛，适应了市场的这种需求，成为一种越来越受用户欢迎的励磁方式“1 。 励磁机是同步发电机组的重要组成部分，直接影响到发电机组的运行特 性。励磁系统对于发电机和电力系统运行的可靠性有很重要的意义，它直接 影响发电机在事故情况下的变化状态，因此发电机( 也可以说整个电力系统) 对励磁系统有三个基本要求： 1 ) 励磁系统应不受外部电网的影响，否则事故情况下会恶性循环：电网 影响励磁，励磁又影响电网，情况会愈来愈坏； 2 ) 励磁系统本身的调整应该是稳定的，若不稳定，即励磁电压变化较大， 则会使发电机电压波动较大； 3 ) 电力系统故障发电机端电压下降时，励磁系统应能迅速提高励磁到顶 值，且励磁上升速度和励磁顶值都希望很大，因为强励时电势上升愈快、愈 大，对维持系统稳定或继电保护装置动作愈有利。“1 励磁系统一般由两部分组成，一部分是励磁功率单元，它向同步发电机 的励磁绕组提供直流励磁电流；另一部分是控制部分，根掘发电机的运行工 况，自动地调节功率单元输出的励磁电流，以满足发电机的运行要求”。根 据功率单元部分形式的不同，同步发电机的励磁系统分为直流励磁机励磁系 统、无刷励磁系统和静止可控硅励磁系统1 吲“1 。 早期发电机单机容量小，半导体技术还没有发展起来，所以绝大多数采 山东人学顾i 学位论文 用同轴直流励磁机的励磁方式“”1 。随着发电机单机容量的增加，高速直 流励磁机的容量受换向器换流能力和离心力的限制，很难满足励磁功率大于 5 0 0 k w 的要求”1 。2 0 世纪5 0 至6 0 年代，出现了大功率半导体整流元件，于 是就创立了交流励磁机一整流器励磁系统，取代大容量的直流励磁机。随着永 磁材料不断进步，永磁式副励磁机又取代了非永磁副励磁机”3 “1 。2 0 世纪 6 0 年代中期，出现了大功率晶闸管元件，于是又创立了多种与晶闸管元件有 关的励磁方式，有交流励磁机或厂用电晶闸管励磁方式、并联自复励或串联 自复励的励磁方式、自并励静止励磁方式以及三次谐波励磁方式等n “”。 1 2 无刷励磁 当汽轮发电机的励磁电流达到数千安以上时，滑环和碳刷的矛盾比较突 出，同时防爆防火场合要求无火花，于是又开发了交流励磁机无刷励磁方式 【3 】 o 可见，励磁系统技术是伴随机械换向器整流一不可控整流一可控整流的 发展而发展的。如今，一批以前曾被采用甚至现在还在服役的励磁方式，要 么因技术落后，要么因过于复杂而在新设计的励磁系统中被淘汰。现代新设 计的中大型同步发电机常用的励磁方式有： 无刷励磁方式在技术上具有两大优势：一是励磁电流的大小不受滑环和 炭刷的限制，所以更适合于大型汽轮发电机组；二是没有滑环炭刷引起的火 2 山东人学倾1 学位论文 花，适合于防爆防火的特殊环境“”“7 ”。带有副励磁机的励磁机，是 他激直流发电机，它用于励磁有三个优点：与自激直流发电机相比较，它可 消除不稳定的励磁区，因自激的直流发电机当本身电压低时，调节不稳定； 增大励磁顶值；提高励磁上升速度“”。鉴于上述优点，不少厂家会选用 带副励磁机的无刷励磁系统。如山东罩彦电厂1 3 5 m 机组( 共4 台) 、兖矿 集团济三电厂( 共2 台) 等。因此，丌发带有副励磁机的无刷励磁机组，具 有很重要的现实意义“”1 。 早在2 0 世纪6 0 年代初，国内汽轮发电机最大容量仅5 0 m w 时，就已试制 一台6 m w 无刷发电机组投入电厂试运行”1 。6 0 年代术有2 5 m w ，7 0 年代中又 有1 0 0 m w 无刷发电机组先后投入运行。8 0 年代初，我国引进了美国西屋公司 3 0 0 m w 和6 0 0 d w 机组，上海电机厂3 0 0 万机组、哈尔滨电机厂6 0 0 m w 机组均 采用交流励磁机旋转整流励磁系统( 无刷励磁) ，北京重型电机厂与阿尔斯 通公司合作生产的3 5 0 m w 机组也采用无刷励磁系统“1 。目前我国汽轮发电机 正在推广采用无刷励磁方式“1 。但由于各方面的原因，我国在无刷励磁系统 的设计、制造方面和国外一些制造厂家比一直处于落后状态“1 。为了提高我 厂的技术竞争实力，近年，我厂从a b b 公司引进了与1 0 0 - - - 2 0 0 m w 空冷发电机 技术，并自行设计、开发了与之配套的w b t 9 5 + w p e 3 5 隐极旋转整流无刷励磁 机，系我厂迄今功率最大的励磁机，能够与多种不同容量的主机( 1 0 0m w 一2 0 0 姗) 配套，具有较高的标准化、通用化水平，填补了国内空白。 1 3w b t 9 5 及w p e 3 5 主、副励磁机 1 ) 无刷( 主) 励磁机 无刷励磁机是一台旋转电枢式的交流，旋转电枢的交流输出接到旋转整 流盘中的硅整流桥进行整流，把直流电直接引入发电机的转子绕组”7 “”。 为了减少励磁机固有的时间常数，通常是提高励磁机的频率，w b t 9 5 为2 0 0 h z 。 另外，为了减小励磁机环节的动态时间常数，还在自动调节装置中引入励磁 机磁场电流硬反馈措施“”。 为了提高励磁机磁场的强励顶值，实现快速响应，无刷励磁机励磁绕组 3 山东人学硕t 学位论文 应设计为大电流低电压。如用于常规惯性励磁系统，则不应设计为大电流低 电压，以降低永磁机和功率整流桥的技术难度3 1 。w b t 9 5 为隐极式同步电机， 在强励时能提供1 5 倍的额定励磁电压，其额定电压为3 5 0 v 。通过设计参数 的适当确定，以保证主机连续运行及短时运行时励磁系统相应性能。结构上 分为两个部分：一个直流励磁的定子绕组、一个采用罗贝尔换位的三相转子 绕组“1 。其主要参数如下：功率7 7 0 k w ，电压3 5 0 v ，电流2 2 0 0 a ，磁场电压 1 1 5 v ，磁场电流3 5 a ，频率2 0 0 h z ，转子重2 3 1 5 k g 让1 。 2 ) 永磁副励磁机 以稀土钴为永磁材料的副励磁机不仅取代了有刷的副励磁机、感应子式 自励恒压副励磁机，还有取代铝镍钴系列副励磁机的趋势“1 。 w p e 3 5 为永磁副励磁机，其产生的交流电经a v r 转换为直流电，给主励 磁机三相定子绕组励磁，在其转子的绕组中感应出交流电，经旋转整流器后 向主机转子提供直流励磁电源。为了提高自动励磁调节系统的反应速度，减 小相移时间，w p e 3 5 采用的频率为l o o h z 。由于该永磁副励磁机体积小、重量 轻、不需要励磁电流、外特性硬、电压变化率低、机械和电气时间常数小、 轴向尺寸短、操作稳定性和可靠性都很高，大大提高了电站运行的稳定性， 深受国内外电力运行部门的欢迎。其主要参数如下：容量1 3 2 k v a ，电压3 3 0 v ， 电流2 3 a ，功率因数0 5 ，频率1 0 0 t t z ，转子重5 5 k g “1 “”“1 。 3 ) 旋转整流装置 旋转整流装置是无刷励磁技术的核心部分，众多的整流元件、熔断器、 保护电容器及一切引线都必须布置在高速旋转和空i 日j 很小的转盘内“”“”。 各种旋转整流装置都必须妥善解决下列技术难题，尤其是大容量、高励磁电 压和大励磁电流的机组。 w b t 9 5 + w p e 3 5 励磁机旋转整流器系三相桥式整流回路，每个桥臂并联8 个整流二极管，对整流二极管采取过压保护和过流保护两种方式，即在桥臂 上并联过电压吸收器，串联快熔保险丝，在快熔保险丝上有| j 光管，以便于 运行中的在线监测“”1 。 除了上述优势，无刷励磁机还有如下技术特点：1 ) 属于高起始响应的励 磁系统，其响应速度等同于自并励静止励磁系统；2 ) 更适合于大机组和大励 4 山东人学硕1 学位论文 磁电流的场合；3 ) 维护及接线简单，励磁设备占地面积小；4 ) 与自并励静 止励磁方式比较，轴系较长，如1 3 5 枷空内冷汽轮发电机约长3 7 4 m ：5 ) 不可能设置发电机磁场灭磁开关，采用自然灭磁方式；6 ) 采用间接手段对励 磁电流进行测量。 1 4 本课题进行的三方面工作 i ) w b t 9 5 主励磁机设计主交流励磁机是一个旋转电枢式的交流同步发 电机，但由于它的工作特点和负载的特殊性，使得它与一般的交流同步发电 机有所不同，设计时应注意其特殊性。主要着眼于其电磁设计和改善其动态 特性。 2 ) w p e 3 5 副励磁机设计根据主励磁机需要对副励磁机进行优化设计， 尽可能减小时间常数，增大励磁顶值，提高励磁上升速度，又使之设计得更 为经济，缩小体积，减轻重量。 3 ) j u t 、装配及试验工艺研究从制造角度来充分考虑工艺难点，健全 制造厂无刷励磁机的试验方法，保证制造质量，满足电力行业需要。 1 5 本章小结 提出本课题选题理由：无刷励磁方式在励磁系统发展上的技术优势及重 要地位；w b t 9 5 和w p e 3 5 乃我厂最大型号的无刷励磁机，客户有需求，因此 开发带有副励磁机的无刷励磁机组，具有很重要的现实意义。另外，明确了 本课题将要进行的三个方面的工作。 5 山东人学硕i 学位论文 第二章w b t 9 5 主励磁机电磁设计 从交流同步发电机的发展来看，励磁系统已成为其中最为核心的组成部 分。励磁系统的好坏直接影响到同步发电机的性能和运行质量。交流励磁机 是一个旋转电枢式的交流同步发电机，但由于它的工作特点和负载的特殊性， 使得它与一般的交流同步发电机有所不同，设计时注意了其特殊性。 6 瑙2 - 1 无刷励磁系统框图 2 1 】3 5 m w 发电机参数 额定容量 1 5 8 8 0 0 k v a 额定功率 1 3 5 0 0 0 k w 额定电压 1 3 8 0 0 v 额定电流 6 6 5 4 a 功率因数0 8 5 ( 滞后) 额定转速 3 0 0 0 r p m 额定频率 5 0 h z 相数 3 结构形式 i m 7 3 0 1 冷却方式 i c w 3 7 a 9 1 防护等级 i p 5 4 山东人学颀l ：学位论文 2 2w b t 9 5 励磁机设计 2 2 1 设计依据 励磁机的用途是确保在正常运行中汽轮发电机的端电压不受外部负载的 影响。另外，它必须能对主机电压波动作出快速反应，并且必须有助于提高 电网的稳定性。交流励磁机的输出电压随主发电机的负载及工作温度大幅度 变化，相应的其感应电势也大幅度变化，这是交流励磁机的负载特点“。 无刷励磁机起着励磁机励磁电流向主发电机励磁电流i ，的变换作用，故 常将它比作“电流放大器”，一般地，希望这种电流放大关系呈线性变化， 因为线性放大特性的实现对系统电压调节特性的改善有重要意义。为了满足 这种线性关系，交流励磁机的磁路工作状态必须不饱和。 无刷励磁机是励磁系统的一部分，有顶值电压和电压增长速度的要求。 因此，无刷励磁机有它自己的电磁特点。无刷励磁机顶值电压应为额定电压 的1 8 倍以上“”，为此，齿部磁通密度应为饱和时的5 0 ，电流密度应为 正常时的5 0 。电机的电抗和漏抗对换向角的影响很大，所以，在设计计算 时，要选择一个合适的电抗和漏抗值，以得到最佳的换弧角，使旋转整流盘 处于最佳工作状态。 提高电压增长速度，可从励磁机方面考虑，也可从励磁系统励磁调节器 方面来考虑。从励磁机方面考虑，要求磁场电感小，时间常数小。 在电磁设计方面，利用我公司无刷励磁机的电磁计算书，对电机的性能 进行分析计算，保证无刷励磁机的强励倍数、电抗和时间常数符合要求。从 电气角度说，励磁机按汽轮发电机稳定连续运行时所需的最大励磁，再加1 0 的安全系数进行设计；在强励时，能提供1 5 倍的额定励磁电压“1 。通过 设计参数的适当确定，以保证主机连续运行及短时运行时励磁机的相应性能。 为改善无刷发电机的动态特性，应尽量选取较小的短路比( 约取0 3 o 5 ) ，以提高励磁电流的灵敏度，缩短时问常数“。较小的短路比能使励磁 杌设计得更为经济，缩小体积，减轻重量。同时，选用较高的频率，以减小励磁 机时间常数。提高励磁机频率的措施足增加励磁机的极对数，极对数的增加可 使励磁绕组每极匝数减少，从而使其时间常数得到有效减少。 2 2 2 旋转整流器的技术要点 7 山东大学硕j 。学位论文 1 ) 高速旋转下的整流元件，必须克服其离心惯性力并解决安装空j 日j 小的 散热问题；特制的散热器在高达1 2 0 m s 左右线速度下，要考虑如何既能减少 空气摩擦发热又能将整流元件发热的热量带走“1 。 2 ) 与整流元件串联的熔断器同样承受高的离心惯性力，设计熔片及其结 构时要考虑既能做到在高速下安全运行，又能在回路出现故障时准确快速地 熔断以达到保护元件和设备的目的“”“”。 3 ) 在电气连线中，既要承受高离心惯性力又要确保良好的绝缘，尤其在 一个整流盘内完成正和负整流输出的结构“门“”。 4 ) 要考虑如何把数千安的电流引出并送到发电机励磁绕组d ”1 。 8 山东人学帧l ：学位论文 2 2 3 无刷励磁机电磁设计数据 无刷励磁机电磁计算单 基本数据 p n = 7 7 0k v a u 1 1 = 2 6 0vi n = 1 7 1 0a n n = 3 0 0 0f n _ 2 0 0p = 4 i 接法= yi 相数3 绝缘等级b 定转子主要尺寸及数据 电枢数据 z 6 p g 4 8a 13y1 7 w a l g z 6 p 2 s n2 p g z s n l b y 3 9 1w8 6 a t k w0 9 6 6 f c u l 1 8 4 3 2 每极眦扛0 4 5 x 例0 6f 5 。0 3 7 8 1 0 6 10ww， f 万d a 2 p 2 3 5 5j ai o a ，凡“l4 6 3 l s1 7 2 f3 7 6 8l a ( f f + 瓜) 2 1 4 5 3 w 1 a 1 0 3 r a l 50 0 0 1 3r a 7 5 1 2 4 r a l s 0 0 0 1 6 s 7 d l f c w l 1 0 仰s n z a s2 9 0 a s * j1 3 0 7 口1 万d a 土极数据 b6自定5 8 8 7 l 5 2 7 3 ( l m )b p b 8 1 0 2 a w n w f2 2 4d a d o + ( 砌十h n ) 2 ( 选标) 6 0 0 珈 = f c u f 3 1 4 j f 2 舱+ b ) 一4 r + f i ( 2 r + d r 5 ) 矽1 = m 1 7 2 2 p w f i f 1 0 。 r f 7 51 2 4 r f l 54 5 8r n 53 7 5 7 f c u 5 r f l 2 01 4 2 r f l 55 2 9 山东大学硕l 擘位论文 电枢漏抗( 标么值) k x o o o 。，( 翱2 告 o 0 1 7 x nk x 2 p v 1 0 1 3 f l + l 尢1 + 3 艽2 0 0 2 2 z43 b n x s妇上k 2 d a x l 0 l 0 0 7 9 3 p x ex 1 1 + x so 1 0 l 磁路尺寸( 基本尺寸见第一页) t i x d a z 3 7 6 2 5 d zd a 一2 h n5 2 5 4 t l n 7 r ( d a h n ) z 3 5 7 5 1l e i t 0 9 33 2 5 5 t l 3e ( d a 一4 h 吣| z 3 4 5 4f a ，w 如l o - 2 1 6 6 0 。i0 5 b z l 2f 三一砌 2 3 4 5 ll ar e ( d o + h a ) 1 0 一- 8 6 5 ， 4 p b z l 3正一6 。 2 2 5 4 f j 彬巧1 0 。2 1 0 2 3 垒：尘 k s l 3 1 8 9f m 2 0 4 b z l 3 s e t 1 j t k b i 3 瓦可而 1 6 5 空载及负载数据 ( 5 8 + b n ) t l1 9 0 3 k6 1 1 5 5a w60 0 8 七万占b g f 5 万+ b n ) t l b 2 n8 5 5 a w 8 + a w z + a w m b z l ，3妇三b 81 1 1 2 6a w o 2 2 3 8 + a 叨+ a w s m b am 2 而 1 1 3 8 5k 鼬 矿胁肋( 专) 1 4 2 7 a 1 4 ：o i f o 9 9 9a w n 爿2 d + a w 2 1 2 5 2 9 7 3 w f 山东大学硕i ：学位论文 i f n a w n 1 3 2 7v f 0 t f o r f l s 3 1 9 w f v f n 珈影1 2 0 6 9 材料重苗 9 4 4 g c u l 3 o 5 0 7 r a 7 5 x 1 0 - 3 6 4 8g z ag z + g a 7 4 1 0 1 g c u r o 5 0 7 r f l5 f c u f 2 3 6 2g c u g c “i - i - g c o 损耗及室 3 肋2 r a 7 5 l o 一3 1 2 2 8 1 3 弘( 南) l ，蒜) 2 ：x g z x l 0 - 3 g z1 0 1 2 q e u ( 7 5 )q z 啦r f 7 5 x 1 0 。 0 8 0 6 似争3 c 斋) 2 国川。 1 0 4 4 q c u f ( 7 5 )q a 知砌1 0 5 4 4 4 6 q d k vo 1 ( + + + + )4n ( 1 一z q 巴+ q ) 1 0 0 o 9 4 8 轴向通风温升计算 电枢温升( 按b 级绝缘)主极线圈温升( 按 b 级绝缘) g f e4 5 2g f2 4 1 励磁负载特性 f i f u f：su e sc o ss e ss h zav aup h i溺a m m 2 2 0 0 5 4 6 35 6 4 8 1 2 2 51 o1 8 1 30 8 6 2 0 01 5 9 1 32 】7 92 4 38 8 61 o 2 1 5 6 22 5 8 2 0 0 1 1 2 7 21 5 4 3 1 7 2 6 2 71 o1 0 7 9 61 8 3 2 0 02 3 8 7 03 2 6 83 6 。81 3 3 81 o 4 9 1 7 83 9 0 2 0 02 2 3 7 53 0 6 33 4 41 2 5 01 o4 2 9 5 53 6 5 2 0 01 6 2 4 82 2 2 42 4 99 0 6j o 2 2 5 4 32 6 4 2 0 01 7 9 0 22 4 5 12 7 49 9 81 o2 7 3 8 92 9 1 2 0 03 0 0 0 04 l o 74 8 51 7 6 51 o 8 5 6 6 65 1 5 山东人学坝l 学位论文 题磁机堕璺t 9 壁缝 转速2 3 0 0 0 1空载特性u 。= f ( k ) 2 7 负载特性l = f ( 1 d ) 图2 - 2w b t 9 5 特件曲线l 鳘l 2 3w b t 9 5 无刷交流励磁机数据 一般数据： 一型号 一极数 一整流器连接方式 一相组数 熔丝及电流通路数 ：w b t 9 5 ：8 ：3 相桥式 ：6 ：2 4 2r - - 0 0 0 n 3 r 加0 5 0 4r 锄1 0 n 5 r - - - - 却1 5 q 6r = o 2 0 n 7r 硼2 5 0 山东人学硕i ：学位论文 一每个桥臂并联二极管数：8 一每个电流通路并联二极管数：2 一阳极二极管数 ：2 4 一阴极二极管数 ：2 4 一过电压吸收器数目 ：2 4 标准： 一设计标准： i e c 一设计型号 ：1 m 7 0 1 5 一防护等级 ：i p 5 4 一冷却程度 ：i c 9 1 绝缘： 一定子绝缘等级 ：f 一转子绝缘等级 ：f 一定子温升等级 ：b 一转子温升等级 ：b 一1 分钟定子试验电压 ：1 5 0 0 v 一1 分钟转子试验电压 ：2 7 0 0 v 一定子绝缘电阻 ：5 0 0 v 兆欧表测量大于5 mq 一转子绝缘电阻 ：5 0 0 v 兆欧表测量大于5 mq 设计数据： 一额定转速 ：3 0 0 0 r m i n 一冷却空气温度：3 3 度 连续运行数据： 一输出功率 ： 3 2 8k w 一电压 ：2 3 3 v 一电流 ：1 4 0 8a 一励磁电压 ： 8 1v 一励磁电流 ：2 2 2a 短时运性数掘： 山东人学帧f 学位论文 一最大运行持续时问 一项值倍数 输出功率 一电压 一电流 一励磁电压 一励磁电流 一频率 、电缆横截面积 一接线盒内磁场接线 2 4 设计特点 ：1 0 s ：1 5 0 ： 7 3 7k w ： 3 4 9v ：2 1 1 3a ： 1 2 3v ：3 3 7a ：2 0 0 h z ：m i n2 1 6 m m 2 1 ) 系列产品的通用化、标准化程度高 励磁机按所配主机的机座号，根据模块化结构原理进行设计，有 w b f 4 3 k 、w b f 6 4 k 、w b f 8 5 6 、w b t 9 5 等几种，分别配主机的机座型号为：1 4 、 1 6 、1 8 、2 l 。每一种型号的励磁机，结构不变，但可适应不同容量主机的要 求，如w b t 9 5 配1 0 0 2 0 0 m w 的发电机。这种模块化结构使产品具有较高的通 用化、标准化水平，增加了各部件的通用性和互换性，简化了设计，方便了 生产制造，适应了系列化的生产需要，有利于电厂设计和用户选型。 2 ) 不同的结构以满足用户的不同要求 根据用户选择，励磁机有w b f 、w b e 和w b t 三种形式。w b f 为悬挂式励磁 机，其体积较小，包括一个同轴交流励磁机和一个旋转整流器，旋转整流器 的二级管并联着阻容保护；w b t 9 5 主励磁机为隐极式同步电机，容量设计按 汽轮发电机的稳定连续运行时所需的最大励磁功率再加1 0 的安全系数设 计。在强励时，能提供1 5 倍的额定历磁电压。通过设计参数的适当确定， 以保证主机连续运行及短时运行时励磁系统相应性能。可以满足不同用户的 需求。 3 ) 软件及转化 a b b 机组的电磁、机械、通风等计算以及绘图等设计工作，全部采用计 算机系统。对励磁机的电磁计算，a b b 公司提供了校核程序h t 5 8 0 ，由于其提 1 4 山东人学硕1 ：学位论文 供的计算机程序是在大型机上运行， 机的程序转化到了我厂微机系统中， 2 5 本章小结 我厂在a b b 公司的支持下，把大型计算 建立了我厂自己的计算机系统。 主交流励磁机w b t 9 5 是一个旋转电枢式的交流同步发电机，由于其工作 特点和负载的特殊性，使得它与一般的交流同步发电机有所不同，设计时注 意了特殊性。本章给出了励磁设计数据，给出了w b t 9 5 的设计特点，并指出 了设计工作中的不足。 1 5 山东人学硕1 1 学位论文 第三章w b t 9 5 主励磁机结构设计 主励磁机为反装式，励磁绕组装在定子上，转子为电枢。总体结构如图 3 - 1 所示。w b t 主要由主励磁机、副励磁机、旋转整流器、驱动端带整锻联轴 器、转子接地保护滑环、轴承、外壳及底板组成。非驱动端端部，励磁机轴 由一个端部轴承支承，润滑油由整个机组的供油中心提供。 j 掰曲璃 l 曼 磐础端! 图3 - 1w b t 9 5 + w p e 3 5 总袈酣幽 所有旋转部件被固定在带联轴器的轴上，这个联轴器用于与主机的转子 刚性连接、同步旋转。旋转整流器通过励磁机轴中心孔罩的引线及径向接线 1 6 山东人学硕 学位论文 柱与主机转子绕组直接电气连接，不需要用滑环或电刷。 励磁机是完全封闭的，通过底板中的风道实现自风冷。冷却路线如图3 2 所示，在外壳和轴之间是有双层密封以确保冷却空气的正常循环及防止灰尘 及外部物质的进入。 剧3 2 肋磁机冷却风踌水意蚓 3 1 主励磁机 无刷励磁机是一台旋转电枢式的交流发电机，旋转电枢的交流输出接到 旋转整流器上进行整流，整流出的直流电直接引入发电机的转子绕组，为发 电机提供励磁电源“”。主励磁机是三相8 极隐极同步电机，有一个直流励磁 的定子绕组，一个采用罗贝尔换位的三相转子绕组和一个随转子旋转的整流 器，见图3 - 3 。 1 7 山东人学硕i ：学位论文 图3 - 3 主副励磁崩l 结构图 机械数据： 一额定转速：3 0 0 0 r m i n 一超速试验：3 6 0 0 r m i n 一由驱动端看旋转方向：右 一由驱动端看接线盒位置：右 一总重 ：6 9 5 0 k g 一转子重 ：2 0 0 0 k g 3 1 1 定子线圈 基于电压较低以及定子槽形为半闭口槽结构，故将定子线圈设计为散嵌 绕组，由漆包圆线绕成线圈，嵌线后连接成绕组。匝间绝缘是导线表面的漆 膜，对地绝缘及相问均为f 级绝缘。 1 8 幽3 - 4 定于线嘲五：意图 3 1 2 定子冲片及通风槽板 定子冲片采用0 。5 m m 厚的冷轧整圆硅钢片制成，端板和通风槽板为l m m 山东人学坝j ：学位论史 厚的钢板。定子铁心共分8 档，每档由通风槽板隔开，通风槽的作用是通风 散热，避免温度过高损坏绝缘，影响电机使用寿命。 图3 - 5 定了冲片示意幽 3 1 3 电枢压圈及冲片 图3 - 6 通风槽板4 i 虑幽 1 9 山东人学硕i 。学位论文 电枢压圈材料为以铝镁硅为主的铝制品，起着为电枢轴向固定的作用。 电枢冲片规格型号同定予冲片，为整圆结构，共4 8 槽。每个电枢冲片有6 个键槽，1 日j 隔6 0 。；每片还有一个定向孔。热压时，最高加热温度为1 2 0 度， 压紧力为1 3 1 4 t 。 f 育严帚 辔3 7 雉舀吓意鹭 图3 - 8i n 枢冲片示意图 山东= 学硕i 。学位论立 3 1 4 电枢线圈 电枢线圈为q x y b 扁铜线，线圈为波形绕组，每组线圈为2 排8 层，直线 部分采用罗贝尔换位，但并非空心线。线圈成形后两排之日j 挚有绝缘挚条， 在铁芯范围内压紧并叠包少胶云母一层，然后再半叠包无碱玻璃丝带一层。 转子嵌线完成后，上下层线圈用饼头套连接，引出方式采用环形连接线引出。 3 1 5 连接环 连接环为铜排结构，尺寸为3 0 * 8 ；连接环之间以及连接环与压圈之间的 间隙用n o m e x 纸填充。连接环之连接线在3 5 m m 长度上要镀银处理，保证良好 的焊接性能。 弋士跏 纩飞 ，。 幽3 - 9 连援环水意图 3 2 旋转整流器 旋转整流器是无刷励磁机的技术核心部分，包括所有把w b t 励磁机产生 的交流电转变为发电机励磁所需直流电的部件。所有的整流元件、熔断器、 过电压吸收器及一切引线都布置在高速旋转且空间很小的整流环上。旋转整 流器二极管安装在散热器上，并固定在整流环上。整流环热套在电枢套筒上， 并用螺栓与其相连。整流器由1 2 个i f 极和1 2 个负极的散热器构成，这也是 电流的支路数( 2 4 ) “”。整流器具有对称的机械结构，整流桥的币极部分和 负极部分各有相应半数的负极和正极二极管，为全波桥式整流。整流桥交流 2 1 山东大学碘i 一学位论文 侧为励磁机的三相交流电。 i 生i3 - l o 整流器外形俯视图 | 圣| 3 一1 1 整流电路图 二极管