定子铁心硅钢片材料对发电机励磁电流影响的计算分析.doc

定子铁心硅钢片材料对发电机励磁电流影响的计算分析赵伟，梁纲，刘明慧，咸哲龙 （上海电气电站设备有限公司发电机厂，上海 200240）摘要：本文以上海发电机厂QFSN型660MW隐极汽轮发电机为分析模型，计算了发电机定子铁心采用不同硅钢片材料时的励磁电流，并分析了其对发电机性能参数的影响，对发电机的设计和制造有一定的参考价值。关键词：汽轮发电机；硅钢片；励磁电流1 前言在汽轮发电机中，定子铁心的作用是使发电机总磁通获得低磁阻的磁路，同时起着固定定子绕组的作用。定子铁心不仅是磁路的一部分，而且也是良好的导电体，主磁通也在定子铁心中产生涡流损耗。为了减少涡流损耗，汽轮发电机的定子铁心是由成千上万张扇形硅钢片叠装而成，而且各片之间彼此绝缘，以防止各叠片之间流过电流1。目前，大型汽轮发电机通常使用的硅钢片厚度是0.35mm或0.5mm。扇形硅钢片如图1所示。图1 扇形硅钢片示意图同时，由于定子铁心是发电机磁路的一部分，定子铁心硅钢片材料的磁化特性也会影响到发电机的励磁电流等参数。2 磁路计算及空载特性的计算2 3发电机转子的旋转主磁通在定子绕组中感应电动势，在定子绕组中产生电流。而定子绕组电流产生的电枢磁通势和转子的磁通势合成的总磁通势，在定子铁心、气隙和转子构成的磁回路中形成合成磁通，建立起发电机电压。两极汽轮发电机磁路如图2所示。图2 两极汽轮发电机的磁通势示意图在计算分析中，汽轮发电机转子磁场当作恒定磁场来计算。忽略定子硅钢片的磁滞和涡流对磁场分析的影响，定子铁心部分采用直流磁化曲线。通常，将空间不均匀分布的磁场化成磁通沿截面和长度均匀分布的磁路时，是通过各种校正系数来实现一定的计算精度的。全电流定律为计算磁路的基础。根据该定律，磁场强度沿一闭合线的线积分等于此积分环路所包括的全电流，即Hdl=i （1）此积分环路所包括的总磁通势为：F=i=Hdl （2）经过磁路化后，总的磁通势为闭合回路中各段磁路磁通势之和：1nHnln=F （3）式中 Hn第n段磁路中的磁场强度（A/cm）；ln第n段磁路中的计算长度（cm）；对于二极汽轮发电机各段磁通势，见图1，其中，气隙磁通势AW，定子、转子齿部磁通势AWz1、AWz2，定子、转子轭部磁通势AWj1、AWj2。空载额定电压时每极的总磁通势AW0为：AW0=AW+AWz1+AWz2 +AWj1 +AWj2 （4）发电机额定空载励磁电流： If0=AW0W2 （5）式中W2转子每极线圈串联匝数。取不同的感应电势，按照式（4）和（5）可以计算出发电机的空载特性曲线，然后根据发电机的空载特性曲线和保梯电抗Xp等参数可以求得发电机的满载励磁电流。从式（4）和（5）可以看出，定子磁通势对计算发电机的空载励磁电流有影响，进而影响到满载励磁电流。3 不同硅钢片对应的励磁电流计算以上海发电机厂QFSN型660MW汽轮发电机为分析模型，分别采用材料A和材料B两种磁化性能不同的硅钢片材料，计算发电机励磁电流。材料A和B的磁化特性曲线见图3。材料A为上海发电机厂该机型现在采用的定子硅钢片材料，而材料B为其它机型采用的硅钢片材料。图3 不同硅钢片材料的磁化特性曲线从图3可以看出，材料A的磁化特性要优于材料B。采用上海发电机厂的发电机设计SID计算程序，计算得到材料A和材料B对应的发电机空载特性曲线，如图4所示。图4 不同硅钢片材料对应的空载特性曲线基于图4的发电机空载特性曲线，计算得到发电机的励磁电流，见表1：表1 不同硅钢片对应发电机参数对比材料A材料B功率/MW660660功率因数0.90.9定子电压/kV2020定子电流/A2116921169空载励磁电流/A14801495满载励磁电流/A45344576转子铜耗/kW19251958发电机效率/%99.03099.026从上表的对比中可以看出，尽管材料A的磁化特性优于材料B，但是采用材料B时计算得到的发电机性能参数，如发电机励磁电流、转子铜耗和效率，与采用材料A时的数值很接近，满载励磁电流和转子铜耗仅仅增大了0.9%和1.7%，发电机效率略有降低。4 结语从上面的计算分析中可以看出，采用不同的定子铁心硅钢片材料，会对发电机的励磁电流、损耗和效率产生一些影响。不过，在发电机性能满足客户要求的情况下，制造厂在选择硅钢片材料时有了更多的选择。本文的分析研究对发电机的设计制造具有一定的现实意义。参考文献1 汪耕，李希明. 大型汽轮发电机设