大电机制造过程中的转子阻抗.doc

大电机制造过程中的转子阻抗1983年国庆于南昌（*本文系1983年代表我厂与南昌发电厂交涉时、针对南昌电厂对我厂为其大修转子的阻抗疑问而作出的回答。未投稿。现删却了引用的大量实验数据以缩篇幅）采用工频电流测量汽轮发电机的转子交流阻杭和功率损耗，用以检查绕组的匝间绝缘，是武汉汽轮发电机厂在大电机制造过程中的主要工序检查方法之一。我们通过上百台次的实践和理论的分析，已完全掌握了电机制造过程中转子阻抗的变化规律。遇到超出规律范围的异常现象，则应该用基础理论判别是真短路还是假像，而不是像某些文章书籍简单规定的那样用允差范围和百分数判别，相反这些机械的规定常常造成误判，特别是处于边缘的时候。分析电机交流阻杭的方法乃是涡流法，适用涡流法理论进行的公式推导见附文，我们现在分析的转子采用非导磁材料护环和槽 ，因而可以直接用矩形槽分析的结果。汽轮发电机的转子中，E、J、H都只有一个空间分量，我们可以在与轴线垂直的任一截面上分析，附文中用安培环路定律及电磁感应定律列出的二阶偏徽分方程的解，可以帮助我们了解电阻增大系数Kr与电感减小系数Kx，用以表征涡流的影响。这里无须化很大量去论证护环引起的边缘效应。通常文献中说到的本体段部与护环接触引起的第一类边缘效应，这里并不存在，这是由于南昌机组采用了护环止口绝缘以防止负序电流。所以只应分析护环涡流引起的第二类边缘效应。当滑环上（转子绕组上）施加工频电压为V，测得电流为I，功率为时，可以求出交流阻抗为： 交流电阻为： 交流电抗为： （22 ）0.5运用安培全电流定律通过漏磁链计算求出的矩形槽每槽漏抗为： Xs 2f Ns20 Lef (h1 / 3bs + h0 / bs)即忽略0的变化（实际上因通电流大小、磁路饱和程度变化而有所变化）时，Xs大小仅取决于槽宽bs，导体全高h1及槽高h0。而这在一台电机中基本上是一定的。交流电阻是由于涡流现象引起的电阻增加，其增大系数为（平均值）： Kr = （）+ （n2-1）（）/ 3电抗减小是由于导体吸收无功功率所至，其减小系数为： Kx = (3 / 22n2) () + （n2-1）() / 3上式中n为每槽导体数，我们只分析了支路数n的情况，这对汽发正好适用，各个函数定义请见附文。这些结论用文字表示其物理意义是：由于涡流引起导体电流的集肤效应，引起导体阻抗的变化。使得电阻值大于用电桥测出的直流电阻值，而电抗则小于公式中求出的Xs值。其值与槽形及线高（每根导线高）h 有关： = h (cw0/ 2b)0与分别为材料的磁导率与电导率。现在回到我们的主题来分析电机转子制造工序中的交流阻抗变化。电机制造过程中，从热压成型时开始测量转子的交流阻抗。压型时，由于槽口采用了磁性压铁，使槽口的磁导大幅度上升，几相当于闭口槽。压铁引起的电抗上升远远掩饰了压型工装中涡流引起的电阻下降。在线圈端部，瓦形铁的作用也与槽部相似。如果这些工装都是反磁的，我们观察到的结果就会相反了。把这一分析结果和南昌电厂引用的五大本、各电力中试所的指导性文献综合在一起，就得出了从电机制造到电厂运行的全过程的交流阻抗规律和分析方法。这里我们不再重复那些杰出的分析，而仅讨论在制造厂中转子阻抗的变化规律。转子热压后，去掉压型工具、打入槽楔、套上汽端护环、套上励端护环、精车、动平衡、超速共七大工序，每次工序中有数次交流阻抗测量，每一道工序中，转子的电抗应几乎不变（仅除去去掉压型工具这一道为电抗下降，见上段分析），而由于等效电阻的下降，使得我们每一道工序交流阻抗表现为完全成下降的规律。请记住我们要强调的这第一个重要论点。现在我们逐个工序论证交流阻抗下降的原因。一般文章都叙述了由于匝间短路使得涡流去磁效应大幅度增加，使交流阻抗下降、功率损耗上升。这不错，而且是我们用的最多的方法。不过这里要论述的则是：当完全没有匝间短路时，交流阻抗在电机制造中也呈下降的规律。卸掉压型工具后，由于磁导大幅地下降，而漏抗s正比于磁导率，因而电抗下降，虽然由于去掉压降工具电阻上升，但是由于影响较小，整个测量结果表现为阻抗下降了。打入槽楔后，线槽被非导磁的槽楔填充，当线圈中通过交流电时，转子表面的涡流经过铁心与槽楔的接触面，穿过槽楔，再经过另一个接触面，最后通过铁心闭合。用欧姆定律的微观表达式分析： J = E = ( Fe + 0 + s + 0 + Fe) E = ( 2Fe + 20 + s ) E这里铁心电导Fe与楔电导s是不变的，因而楔结合面电导0是影响涡流大小的主要因素，任何由于电功率损耗所表现出的后果，都可以用一个等效电阻表示，这个等效电阻并联到原电路上，使得整个电路的交流电阻减小，交流阻抗下降。槽楔的结合面配合得好，或槽楔打得紧，则引起交流阻抗的明显下降，这并非坏事，这个数值在510%之间。转子的汽端先套护环，这是为了多利用一下励端测量比较方便的条件，套上后，由于第二类端部效应，等效电阻下降。一般电机由于第二个护环套上后构成轴向跨过两端的闭合回路，交流阻抗大幅下降甚至达30%。而南昌机组由于有护环止口绝缘，电阻变化不大，交流阻抗仅下降不到10%。这是正常的。相反，如果有短路，交流阻抗下降的幅值会大得多而不是不足。精车、平衡、超速，都改变了槽楔与本体的接触电阻使其下降，使涡流的去磁作用增强，所以各工序中的交流阻抗是渐次下降的。通过本文附文推导的公式和实测的函数曲线，还可作出更精确的分析。我们想提出的第二个重要观论点是，电机制造过程中交流阻抗的下降是平滑的，不应出现突变。在制造过程中常用半极对比法。从两极的过桥线中用特制工具引出一根测量线，分别测二极的交流阻抗。当磁路平衡时，两极的阻抗近似相等，当发现磁路不平衡、有疑问时，可以用电阻法进一步逐个线圈、甚至逐匝对比，如果排除了匝间短路，各极随工序的交流阻抗下降规律是相对应的。这样可以一直沿用到超速前的所有静态测量。这里要排除的常常困扰工程师们的两个假像是：由于磁路、材质等材料、加工因素引起的两半极假像的不平衡和对称短路引起的假像的平衡。勿须重复材料及加工因素对阻抗的影响了。制造过程中外界条件比较单一（腔外），可以在套环前就用详尽的方法来排除匝间短路，通常用对应线圈阻抗对比、必要时逐匝测量直流电阻，这方法很管用，如果真有匝间，就可以查找出来处理，如果并没有，则既可排除不对称的假像，又可排除对称短路的“平衡”假像。加工过程中的阻值随变化是平滑的，套环时幅度大一些，但仍可以用上述方法查出和排除匝间短路。在超速过程中，由于离心力使得槽楔压紧，交