整流同步发电机电磁计算程序.doc

山博电机厂 王建娟 第 63 页 共 63 页 2020-2-25整流同步发电机电磁计算程序一 已知数据整流直流电压Ud整流直流电流Id励磁电流IB额定转速nN直流计算功率（注：励磁方式自励）式中u二极管的电压降一般二整流线路选择及换相角的确定为减小电压脉动应选用奇数相数m3换向角值与负载电流、发电机参数、整流回路的函数关系为：或超瞬变电抗标幺值则当a）电阻负载（b) 电感负载式中三相桥式整流线路=3540五相桥式整流线路30三、电机直流参数与交流参数的转换1.直流电压与整流电压的转换1）空载情况（即U=0）a) 线路系数-线路角，它决定了Ud0max与最近的相电压幅值Umax之间的相移。在相数m=2n偶数全波整流线路中，=0，kcx=2在相数m=2n1奇数全波整流线路中，b) 整流系数m=2n1时m=2n时c) 整流电压式中U0-空载时的相电压（有效值）对三相桥式整流线路：或UL0-空载时的线电压对六相半波：2）负载情况换向系数交流电压2.整流电流与交流电流的转换1）理想整流情况对三相桥式：对六相半波：2）实际换向情况或3.交流侧容量 发电机计算容量KE-考虑发电机中电压降的系数式中：额定负载时的功率因数（所研究整流线路）电枢绕组漏电抗Kn1.021.03-考虑由于相电流曲线的非正弦形而产生的磁场高次谐波所引起的杂散损耗航空发电机KE系数值（参考）参数发电机（用作主供电系统）容量P5101530506090100系数KE1.121.1181.1151.1051.11.0951.0751.07对三相桥式：对六相半波：四、确定交流发电机主要尺寸1.根据关系式：和得式中：P计算容量（w） K磁场曲线波形系数 K0绕组系数 n转子最小转速（r/min）2.各参数确定：1）旋转磁极式电机值的确定：或 注：凸极式转子V6070m/s及（2）计算极弧系数：a).均匀气隙或b).非均匀气隙或式中：选取和满足整数这一条件。参考表极对数p23456结构极弧系数0.650.680.720.750.78a可参照下表选取1.01.52.02.53.0a1.00.850.770.710.663)磁场波形系数：可按下列曲线选取，当磁场为正弦形时=1.14）绕组系数0=ypcx基波短距系数y=式中：y绕组节距分布系数p=式中：q每极每相槽数扭斜系数cx式中：扭斜的中心角 弧度基波扭斜系数cx可用下列曲线选取（如图2.22）5）电磁负荷的选取建议式中：A线负荷（A/cm） B磁负荷（T）线负荷A的推荐值如下表1：（冷却方式：油冷或强迫冷)容量P(KVA线负荷（A/cm)冷却系统8163040506090120不过载，空冷短时两倍过载，空冷短时两倍过载，循油短时两倍过载，喷油325255350305400306540425327350370435450327390570625475362495376表2( 冷却方式：自通风)容量P(KV.A)1235710线负荷（A/cm）100125150175200225磁负荷B的推荐值如表1（强迫冷，普通硅钢片）P(KVA)8163040506090120注B(T)0.570.620.6350.650.6520.6650.70.72不过载B(T)0.60.860.870.760.730.730.8两倍过载表2( 冷却方式：自通风，普通硅钢片)容量P(KV.A)1235710B(T)0.510.520.530.550.570.63.电机主要尺寸气隙的确定1）均匀气隙2）非均匀气隙典型发电机气隙值参考表：PH kVA7.515305090 mm0.50.50.80.90.9max mm1.11.21.61.51.5五、电枢部分设计1.一个极距的总磁通：（韦）2.改善磁场波形的方法：1)每极每项槽数选为分数或更大典型q值如下表：a）任意次谐波的分布系数：（120相带绕组）式中：相邻两槽之间的电角度q各次谐波的分布系数13579111312345671.0000.9660.9600.9580.9570.9560.9570.9551.0000.7070.6670.6230.6460.6120.6420.6371.0000.2590.2170.2040.2000.1570.1950.1911.000-0.259-0.178-0.157-0.149-0.145-0.143-0.1361.000-0.707-0.333-0.271-0.236-0.2121.000-0.966-0.178-0.216-0.1020.0881.000-0.9660.2170.1260.0920.0732)缩短电枢绕组节距次谐波的短距系数：用极距分数表示的绕组节距短距系数如下表各次谐波的短距系数1357112/34/5*5/66/70.8660.9510.9660.9750.0000.5880.7070.7820.8660.0000.2590.4340.8660.5880.2590.0000.8660.9510.9660.7823）选择不均匀气隙（）a)确定曲率半径式中： 计算弧宽，极靴宽R极靴倒圆半径注：（+）用在磁极在定子上（-）用在磁极在转子上结构如下图所示：3.电枢绕组设计1）每相匝数式中：磁通计算值或根据线负荷得2）每槽导体数式中：a1绕组并联支路数 a2绕组并联支路数圆整最大可能的绕组并联支路数：后每相匝数3)电枢绕组槽节距4）导线电流密度：对自通风小容量发电机：对强迫风冷发电机：对油冷发电机：对蒸发冷发电机：5）电枢热负荷Aja强迫风冷普通风冷5min过载1.5倍，5s过载2倍带旋转整流器的大容量发电机（30120千伏.安）环境温度，0.51千伏.安小容量自通风发电机可参照下列表选取：6）导线截面积用圆导线用矩形导线绝缘的工作寿命与发热温度的关系曲线如下图2.167)电枢槽形选择圆形导线选用半闭口矩形槽或梨形槽，矩形导线用半闭口矩形槽。各种槽形如下图2.177)导线下线容差和槽绝缘方案选择：沿槽宽：0.150.2mm沿槽高：0.3mm槽口部分：0.30.4mm如发电机设计在的高热状态下，则选用耐热的槽绝缘方案。如发电机设计在普热状态下，则选用非耐热的槽绝缘方案。槽的总绝缘数据如下表1： 表1矩形导线的槽宽：式中：n1沿槽宽排列的导线数 bms带绝缘的导线宽度 u槽绝缘单面厚度 沿槽宽的下线容差 b参照表1矩形导线的槽深：式中：n2沿槽高排列的导线数 hms带绝缘的导线宽度沿槽宽的下线容差“小盒”沿槽高方向的总绝缘厚度+槽楔厚度hy槽口高h参照表18）等截面齿宽式中：，见表1 由涡流引起的磁通排挤系数，见表2不等截面齿宽：注：bzmin2mm9)磁感应最大允许值：a)等截面齿：（电工钢片） （海波钴-27，海波钴-49）b)不等截面齿：（电工钢片） （距最窄齿面1/3处）(海波钴-27，海波钴-49）10)槽宽：a)电枢在定子上b)电枢在转子上齿冠高hk=1.31.5mm槽口高h0=0.5mm11）槽底直径（见图2.17e）式中Sn槽的横截面积梨形槽尺寸（见图2.17）：两圆直径: 两圆心之间的距离：槽高：对定子上的槽：对转子上的槽：电枢斜槽时：式中:bs未考虑斜槽使得槽宽 c沿电枢上槽的扭斜 钢片厚度 电枢铁心长度4.电枢绕组有效电阻与电抗计算1)电枢线匝平均长度计算电枢在转子上a） 元件平均宽度式中：yn以槽数表示的绕组节距b)绕端部分长度：（软元件）：A1按表2.20选取（硬元件） 式中：元件弯曲圆角 hms带绝缘的导体高度 式中：fc弯曲后元件边中心轴线间距离,见图2.19。 tc沿绕组顶部直径上的齿距， hr齿冠高d) 元件平均线匝长度（cm）电枢在定子上：e) 元件平均宽度式中：yn以槽数表示的绕组节距*g)绕端长度绕端部分伸出长度软元件绕组的平均宽度：绕端平均长度（cm）：绕端伸出长度（cm）：系数K1、K2值列于表2.21元件平均匝长（cm）对绕组元件平均匝长作初略估算时可用较简单的公式：2）电枢绕组有效电阻的计算每相电枢绕组欧姆电阻：式中：电阻温度系数，对铜：=0.004 超过20时的温升考虑涡流效应，相电阻电阻有效值rn导体中的挤流系数仅在下列条件下确定挤流系数1式中：hcl裸导线高度（或直径）,cm若1，则hcl13）漏电抗计算槽中交流绕组每相漏电抗： 式中:电枢铁心长度 n+E +u+b总比漏磁导，分别为槽、齿冠、谐波、绕端的比漏磁导。比漏磁导值可按下列公式计算（对双层绕组）a) 槽漏磁导对开口槽（见图2.20）式中：当绕组相对节距2/3时，系数kB和kB1可按下式计算：b) 气隙中的比漏磁导齿冠漏磁导（大气隙电机）：式中：磁极中心下的气隙 b0槽口宽谐波漏磁导：式中：谐波漏磁系数（按表2.22选取）（取5、7、11.13）Q值为分数时，值按q等于分数的分子选取。c) 绕端比漏磁导：单层双平面线圈绕组单层三平面线圈绕组单相对层绕组式中：Q每极每相填满的槽数双层三相线圈绕组六：发电机导磁体尺寸的设计1. 气隙磁通负载下额定内电势： 2各磁路尺寸的确定1）电枢轭部尺寸：对普通硅钢片：Bja1.5T对旋转磁极式 Bja1.6T对旋转电枢式对特殊硅钢片：Bja1.7T最大负载状态下磁通量 2）磁极尺寸的确定：凸极式磁极结构有a.整体冲片，b.磁极用螺钉固定轴套上才,c.极靴用螺钉固定在极身上。A中最优。a)极弧长度：b)极弧宽度：式中：（-）用于磁极在转子上（+）用于磁极在定子上d) 磁极宽度通常bm=(0.380.44)磁极漏磁系数的选取：=1.11.2旋转磁极式发电机 =1.061.08旋转电枢式发电机当两倍过载时：=1.21.3旋转磁极式发电机 =1.151.2旋转电枢式发电机多极小容量发电机中磁极铁心允许的磁感应：Bm1.41.6=1mm钢片Bm1.410#钢或=0.5mm优质钢片Bm1.82.0海波钴-27Bm1.8高导磁性钢e) 磁极轭高：Hjm0.55bmf) 极靴高度式中：极靴边缘高度 R磁极加工半径应使式中：极靴中磁感应值（选取于磁极磁感应相同值） 极靴在截面处的高度。如图2.23对航空发电机：g）磁极高：2p=4, 2p=6,g) 励磁磁势：式中：hk线圈高度bk励磁线圈平均宽度，见图2.23式中：k磁极绝缘厚度(见图2.24)，n0.5mmjB电流密度A/mm2jB=812对旋转磁极式和空冷发电机jB=67对旋转电枢式和空冷发电机jB=1525对旋转磁极式和循油冷发电机窗口铜的填充系数圆铜线（0.051.5）=0.450.55矩形导线：0.6磁极铁心高度式中：non容差通常选择bk时必须考虑在结构上有通风沟。h) 磁极下台阶宽：（见图2.23） 磁极上台阶宽：七、阻尼绕组设计1.槽形：半闭口圆形槽如图2.292.阻尼绕组的槽数必须满足下列条件：当q=整数或q=b+1/2以及时式中：a使qa成为整数的最小分数。对单相发电机（m=1）,通常选取第一根阻尼条离极靴边缘的距离取（0.51.0）ty.3.阻尼绕组导条数的确定（取整数）航空发电机取hy=69(取决于tz和D)4.阻尼导条直径的选择：应使阻尼条总截面积与电枢绕组总截面积成一定比例，即：式中：Sa一个极距中的电枢绕组所有导线的总截面积。比例值（0.20.25）用三相发电机比例值（0.350.4）用单相发电机单相发电机： 式中：I电枢电流阻尼条直径：5.槽形尺寸确定：槽口宽：槽口高：槽直径：6.每边短路环截面积：7.单相发电机：阻尼绕组的损耗：式中：ry阻尼绕组电阻，式中：lCt阻尼条长度阻尼条截面积（mm2） 式中：ts相邻阻尼条之间的距离。 Sk短路环截面积 式中：DS沿阻尼条中心的直径。八、发电机磁路计算（一对极）：1.气隙磁势计算：式中：气隙值（cm） 气隙系数 （1）气隙磁感应强度注：有阻尼绕组的发电机，极上有槽，则气隙系数值把发电机转子和定子分别轮流地看作其上面无槽，分别按上式（1）计算。2. 电枢齿磁势计算（1） 旋转电枢式：a. 梨形槽I. 电枢齿中磁感应II. 齿中磁力线长度：III. 电枢齿磁势：b)梯形齿I. 齿宽最大齿宽最小齿宽平均齿宽II. 齿中磁感应（视在）当1.8T时对三个齿截面：由图解法求BZ(求出的置于纵坐标上，然后通过点作水平线，对任意的值有点b取线段bc=，通过c点和点BZ作倾斜直线，它和磁化曲线的交点a即为所求的BZ，如下图III. 用辛普生公式求：IV. 齿中磁力线长度：V. 齿中磁势：2）电枢在定子上A) 矩形齿（梯形槽）I. 齿宽 槽底齿宽槽口下半圆圆心处齿宽：齿的计算宽度II. 齿中磁势III. 齿中磁力线长度：B) 梯形齿（矩形槽）I. 齿宽最小齿宽最大齿宽平均齿宽II. 齿中磁感应（视在）当1.8T时对三个齿截面：III. 齿中磁力线长IV. 齿中磁势3. 电枢轭磁势计算1) 电枢轭计算截面积：2) 磁感应：3) 电枢轭平均直径:电枢在转子上： 电枢在定子上：4）电枢轭磁力线长5）电枢磁势：式中：磁感应沿磁力线分布不均匀系数，按图2.33选取。 4. 磁极磁势计算1） 磁极铁心中磁通：2） 磁极铁心截面积：对0.5mm钢片kFe取0.973） 磁极磁感应：4） 磁极磁势式中：*Lm=hm5. 磁极轭磁势计算1） 轭中磁通：式中：空载时的电枢磁路磁势2） 磁极轭部截面积：式中：轭的长度，对磁极在定子上， hjm磁极轭高3）轭中磁感应：4）磁力线平均长度a）磁极在定子上式中：DHap定子外径5） 磁极轭磁势：6. 磁极和机壳接缝处磁势的计算（磁极在定子上），7. 磁极漏磁导计算1）（磁极在转子）每对极漏磁导（2p2）式中:Gsc磁极铁心外表面与内表面间等值漏磁导。Gsn磁极极靴外表面与内表面间等值漏磁导 式中：式中：DP转子直径极靴之间的平均距离励磁线圈下的台阶宽度3） 磁极在定子 式中：bk线圈平均宽度bk1线圈上部的宽度负载时铁芯中的磁通式中：磁极漏磁通谐波漏磁通Ksn谐波漏磁系数，按曲线（图2.37）确定。电枢磁路磁势纵轴分量Ed,Ei按电压矢量图确定的电势。负载下磁极轭的磁通 电机的磁化特性和部分磁化特性 电机的磁化特性电机的过渡特性磁极中磁通和磁极总磁势之间的关系漏磁通与总磁势之间的关系8. 绘制电压矢量图（用双反应法）：说明：按空载特性确定，需先确定磁势值：横轴电枢反应磁势归算励磁绕组磁势的归算系数纵轴电枢反应磁势归算励磁绕组磁势的归算系数电枢电流与空载电势之间的夹角（用解析法确定）：（图2.40）（图2.41）式中：横轴同步电抗考虑到饱和时式中：Fb负载时气隙和接缝中的磁压降。系数kd和kq用下式计算：a) 均匀气隙：b) 不均匀气隙：系数kd和kq用磁场作图法所得的经验公式计算：式中：最小气隙对极距的比值 最大气隙与最小气隙的比值九：励磁绕组计算：1.总磁势：2.励磁绕组计算：1）励磁绕组平均匝长：磁极在定子上：磁极在转子上：式中：ns磁极绝缘厚度 nn绕端支架厚度，等于56mm2）励磁绕组截面积：式中：B预计的励磁绕组温升（超过20之值） UB励磁电压，通常UB=3050V4) 最大励磁绕组电流:jB=812A/mm2电流密度，（通风冷却）循油冷却：jB=25A/mm25) 每极匝数6) 励磁电流准确值：7) 励磁绕组电阻： 8) 励磁功率：十、同步发电机参数标幺值的确定1.电阻绕组有效电阻：式中：IH额定相电流 UH额定相电压2.电枢绕组漏电抗：3.纵轴电枢反应电抗：式中：电枢反应电势 空气隙磁势4.横轴电枢反应电抗：5.同步电抗：a) 纵轴同步电抗：式中：以槽距表示的扭斜b)横轴同步电抗：6励磁绕组电抗：式中：总比磁导极靴比磁导：当0时，式中第一项为0磁极比磁导：式中：转子磁路草图（如图2.44）： 7.励磁绕组漏电抗:8.阻尼绕组漏电抗：a)纵轴： 式中：阻尼绕组比磁导 b)横轴： 式中：9.阻尼绕组有效电阻a）纵轴：式中：导条电阻 横轴：10.励磁绕组有效电阻：工作温度下的绕组电阻WB每极上的线圈匝数11.纵轴瞬变电抗横轴瞬变电抗12.纵轴超瞬变电抗有阻尼绕组时无阻尼绕组：横轴超瞬变电抗13.负序电抗：a)发电机在很小的外电阻下工作时：b)发电机在很大的外电抗下工作时：14.零序电抗：如无阻尼绕组，第二项系数0.355应该为0.71。十一、发电机有效材料质量的确定1.电枢绕组铜的质量式中：铜比质量2.励磁绕组铜质量：3.阻尼绕组铜质量：式中：磁极在