【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)電機(jī)有旋轉(zhuǎn)電樞（磁極固定）和旋轉(zhuǎn)磁極（電樞固定）兩種結(jié)構(gòu)形式。為了易于引出電樞電流，一般都采用旋轉(zhuǎn)磁極式。同步發(fā)電機(jī)按磁路結(jié)構(gòu)可分為：凸極式適用于 p 大于等于 2 的同步發(fā)電機(jī)。隱極式適用于 p 小于等于 2 的同步發(fā)電機(jī)，感應(yīng)式適用于中頻發(fā)電機(jī)，爪極式適用于車輛用交流發(fā)電機(jī)中頻發(fā)電機(jī)，永磁式適用于小功率發(fā)電機(jī)。800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)3第 2 章 同步發(fā)電機(jī)的研究 同步發(fā)電機(jī)的基本類型根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，同步發(fā)電機(jī)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（簡稱轉(zhuǎn)樞式）和旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（簡稱轉(zhuǎn)磁式）兩種。旋轉(zhuǎn)電樞式的同步發(fā)電機(jī)，電樞是轉(zhuǎn)動的，磁極是固定的，電樞電勢通過集電環(huán)和電刷與外電路連接。目前只有交流同步無刷發(fā)電機(jī)的勵磁機(jī)使用旋轉(zhuǎn)電樞結(jié)構(gòu)的同步發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)，磁極是旋轉(zhuǎn)的，電樞繞組是固定的，電樞繞組的感應(yīng)電勢不經(jīng)過集電環(huán)和電刷而直接送往外電路，所以絕緣能力和機(jī)械強(qiáng)度好。這種結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用于大、中容量的同步發(fā)電機(jī)，并成為同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式。 同步發(fā)電機(jī)的基本機(jī)構(gòu) 發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)交流同步發(fā)電機(jī)定子由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組所組成。其中定子鐵心和定子繞組是產(chǎn)生發(fā)電機(jī)感應(yīng)電壓、輸出電流部分，它們合稱為電樞。（1）定子鐵心定子鐵心是發(fā)電機(jī)磁路的組成部分，由一定數(shù)量 厚內(nèi)圓沖出線槽的硅鋼片疊壓而成。定子鐵心沿軸向長度均留有通風(fēng)道，以增加定子鐵心的散熱面積，整個鐵心固定在機(jī)座內(nèi)側(cè)的定位筋上。為了減少鐵心的渦流損耗，鐵心沖片的兩面都涂有絕緣漆。定子鐵心內(nèi)圓上均勻分布著可嵌放有定子繞組的線槽，定子繞組分為輸出電流的主繞組和產(chǎn)生勵磁電流的副繞組。（2）定子繞組定子繞組是發(fā)電機(jī)內(nèi)感應(yīng)電壓，輸出電流的部分，它是交流同步發(fā)電機(jī)的核心。定子繞組由許多個繞組元件(也即線圈)所組成，繞組元件由絕緣銅導(dǎo)線繞制而成。定子繞組的各相繞組之間及整個繞組對定子鐵心均應(yīng)予以良好、可靠地絕緣，以確保發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。（3）機(jī)座機(jī)座是交流同步發(fā)電機(jī)的整體支撐部件，用以固定定子鐵心及前、后端蓋和800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)4軸承一道支撐轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)座內(nèi)壁分布的筋條用以固定定子鐵心，其外圓即為發(fā)電機(jī)的外殼，以保護(hù)內(nèi)部的定子繞組。機(jī)座的兩端面加工有與端蓋相配合的止口和螺孔，在它的下部鑄有底腳，以便于發(fā)電機(jī)與原動機(jī)組裝固定在底架或基礎(chǔ)上。位于機(jī)座側(cè)面或頂部的位置一般裝有出線盒，該出線盒內(nèi)裝設(shè)有接線板，從這里將發(fā)出的交流電引至外負(fù)載。 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)交流同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常包括有轉(zhuǎn)軸、磁極鐵心、磁極繞組，軸承，風(fēng)扇、交流勵磁機(jī)電樞和旋轉(zhuǎn)硅整流器等零部件。（1）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸一般均由 35~45 號圓鋼加工而成，經(jīng)軸伸端上的聯(lián)軸器使發(fā)電機(jī)與原動機(jī)對接，它是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的關(guān)鍵零件。（2）轉(zhuǎn)子鐵心旋轉(zhuǎn)磁場式交流同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子即為它的磁極。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心又分為凸極式和隱極式兩種。（3）磁極繞組凸極式磁極的繞組安置于磁極鐵心極身上面，而隱極式的轉(zhuǎn)子繞組嵌放在隱極式轉(zhuǎn)子鐵心槽中，該繞組通過勵磁電流時就在磁極鐵心內(nèi)建立起同步發(fā)電機(jī)主磁場。隱極式轉(zhuǎn)子繞組多采用單層同心式繞組。而在此次設(shè)計(jì)中，選用的是凸極式磁極繞組。（4）軸承、風(fēng)扇等在轉(zhuǎn)軸的兩端安置有軸承以支撐轉(zhuǎn)子使其輕快的運(yùn)轉(zhuǎn)。軸承室或軸承套內(nèi)。由于受力大小的不同，發(fā)電機(jī)軸的傳動通常采用滾柱軸承，而非傳動端用滾珠軸承。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時因各種損耗而發(fā)熱，對發(fā)電機(jī)必須進(jìn)行通風(fēng)冷卻。一般都是在轉(zhuǎn)軸上裝設(shè)冷卻風(fēng)扇，在同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時其內(nèi)部熱量即經(jīng)風(fēng)扇順利排出。 電機(jī)的端蓋、軸承蓋（1）端蓋端蓋在與機(jī)座配合后用于支撐整個轉(zhuǎn)子，在端蓋中心車制有軸承室圓孔，用以安裝軸承。800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)5（2）軸承蓋發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子兩端的軸承位置均配備有軸承蓋。用以保護(hù)軸承清潔而良好地運(yùn)行并使?jié)櫥粫蛲馑Τ?。軸承蓋一般用鑄鐵鑄造或用鋼材加工而成。800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)6第 3 章 同步發(fā)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)我國目前生產(chǎn)的小型三相同步發(fā)電機(jī)，主要有 T2 系列小型三相同步發(fā)電機(jī)、TFW 系列小型三相無刷同步發(fā)電機(jī)。這些電機(jī)三相主要與柴油機(jī)配套，組成柴油發(fā)電機(jī)組。它們除應(yīng)符合 GB755/87《旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求》中的有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)分別符合 JB/DQ320186《T2 系列小型三相同步發(fā)電機(jī)的技術(shù)條件 》 ，JB332083《小型無刷三相同步發(fā)電機(jī)技術(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定。 電磁設(shè)計(jì)要點(diǎn) 主要尺寸的選擇同步發(fā)電機(jī)的主要尺寸是指定子內(nèi)徑 和鐵心有效長度 。定子內(nèi)徑選擇的ilDefl原則是確保低速時氣隙磁密不致過高，一般采用多極數(shù)定子內(nèi)徑，有時也采用中間極數(shù)定子內(nèi)徑，在電機(jī)設(shè)計(jì)中一般取定子外徑 作為標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)此，求得1后要根據(jù) / 的適適當(dāng)比值確定外徑 ，反過來再根據(jù)所采用的標(biāo)準(zhǔn)外徑1iD1i，最后確定 和 。 / 的參考值。iefl1i 電磁負(fù)荷的選擇設(shè)計(jì)時如果想要少用銅，在選擇電磁負(fù)荷時，要盡可能用較高的氣隙磁密和電樞電密，而線符合 A 要盡可能取得低。由于近幾年硅鋼片價格上升得快，如果設(shè)計(jì)時考慮要少用鐵，應(yīng)適當(dāng)提高線負(fù)荷 A。由于 F 級絕緣材料的發(fā)展，電機(jī)的內(nèi)外徑進(jìn)一步縮小，電磁負(fù)荷的取值也應(yīng)地提高。 氣隙長度 的確定?小型發(fā)電機(jī)的氣隙長度 可由下式確定 30/1()ncKABcm???????式中 —飽和短路比，對自勵恒壓發(fā)電機(jī)可取 .5；0?cK —線負(fù)荷（A/cm） ；—額定工況時氣隙最大磁密（T）n?—極距?—半經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 0．22～0．240KK?目前小型同步發(fā)電機(jī)的氣隙，采用機(jī)械許可的安全值，一般取 =～2mm。?800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)7 定轉(zhuǎn)子槽數(shù)及槽形定子每極第相槽數(shù) q 一般都選用整數(shù)槽，即 q=5。q 的選擇產(chǎn)要從兩方面來考慮：(1) 從電氣角度考慮 q 3,否則齒諧波磁場較強(qiáng)，影響電壓波形，增加磁?極表面損耗以及增大曲折漏抗等；（2）槽距 t 的大小應(yīng)適應(yīng)，t 太小，齒窄，機(jī)z z械強(qiáng)度差，同時槽寬過小，槽的利用率差。一般到 t =1～1．5cm。小型發(fā)電機(jī)的z槽寬與齒寬之比決定于允許的電樞齒磁密度 B 和取用的氣隙磁密 B 。如ta ?B =1．7T 、 B =0．8T ，則槽與齒的寬度近于相等；如 B 0．8T，則槽比齒寬。ta? ? 繞組設(shè)計(jì)小型發(fā)電機(jī)一般采用半閉口槽和散下的雙層疊繞組?？砂?q=5 和短距的大小計(jì)算繞組系數(shù)，畫出繞組展開圖和接線圖。在采用單相三次諧波勵磁的發(fā)電機(jī)中，電樞繞組常設(shè)計(jì)為單雙繞組。諧波繞組放在單層線圈的槽內(nèi)。其節(jié)距約為電樞繞組整節(jié)距的 1/3。單雙層繞組的繞組系數(shù)可按槽電動勢星形的實(shí)際位置計(jì)算，然后畫出繞組的展開圖和接線圖。凸極發(fā)電機(jī)的磁場繞組是集中繞組。分離式磁極繞組在一般情況下，預(yù)先用1mm 鋼板制成上下翻邊的鐵框，上下均有玻璃絲布板制成的托板，極心部分包絕緣，然后把銅線繞到磁極框架上。經(jīng)絕緣處理后再裝入磁極鐵心。 磁極結(jié)構(gòu)的選擇凸極和隱極結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是整體凸極疊片轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)磁極和磁軛為一體，整片沖出，疊裝在軸上，在鐵心上噴涂絕緣或者包絕緣。勵磁繞組由繞線機(jī)直接繞到極身上，邊繞邊刷漆，然后整體浸漆烘干。由于整體凸極結(jié)構(gòu)和絕緣材料的發(fā)展（采用 F級） ，提高了勵磁繞組的絕緣性能，改善了勵磁繞組的散熱條件，使轉(zhuǎn)子線圈工藝便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 磁極形狀的選擇為了獲得正弦分布的氣隙磁場，在凸極結(jié)構(gòu)中一般取最大氣隙與最小氣隙之比 ，極弧系數(shù) ～ ，對于采用三次諧波勵磁的發(fā)電機(jī)，為使51/．??m70．＝?3．空載和負(fù)荷時諧波分量適當(dāng)，一般采取 ～。對于 30KW 以下的發(fā)電21/．??m機(jī)，為制造方便，可采用 ，即均勻氣隙。1/．??m800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)8 磁路計(jì)算磁路的計(jì)算的主要目的是在確定的 、 定子槽數(shù)槽形、氣隙長度、磁極尺1iDefl寸或隱極機(jī)轉(zhuǎn)子槽形尺寸的基礎(chǔ)上，計(jì)算電機(jī)的空載特性、短路比及滿載勵磁電流（或滿載勵磁安匝） 。計(jì)算中要求磁路各部分的磁密分布合理，勵磁繞組能提供足夠的勵磁功率而溫升不超過允許值。顯然，有繞組部分 2 與極距的比值 是決定氣隙勵磁磁場波形的主要因數(shù)。??如嵌放繞組的槽數(shù)（實(shí)槽數(shù)）為 ，槽分度數(shù)（虛槽數(shù)）為 ，則pZ2 2Z ??/1//2bZP???根據(jù)定義，磁場的分布系數(shù)為實(shí)際磁場分布曲線在一個極距內(nèi)所包圍的面積和極距與實(shí)際磁場分布曲線最大幅值所形成的矩形面積之比。 參數(shù)計(jì)算在設(shè)計(jì)中要提高效率，最簡便的方法就是設(shè)法放大繞組的截面積，減小直流電阻。同步電抗 的數(shù)值，在電磁負(fù)荷已定的條件下，主要取決于氣隙的大小，氣隙約dX大， 越小，電機(jī)的短路比越大，運(yùn)行穩(wěn)定性越高。由于現(xiàn)在的小型同步發(fā)電機(jī)采用自勵恒壓系統(tǒng)，勵磁定性，因此，可以采用較小的短路比，一般取 ～。順態(tài)電抗 的數(shù)值對發(fā)電機(jī)突加負(fù)載時的順態(tài)電壓有影響，一般設(shè)計(jì)時不希望‘d〉 。dX超順態(tài)電抗 、 ，其值決定于阻尼繞組的結(jié)構(gòu)形式及定子繞組漏抗。近dX’‘q似地等于阻尼繞組漏抗與定子繞組漏抗之和。 的大小直接影響發(fā)電機(jī)的突然短’‘dX路電流倍數(shù)。 越小，突然短路電流倍數(shù)越大，繞組端部及轉(zhuǎn)軸軸頸上受到的機(jī)d械應(yīng)力也越大。因此，設(shè)計(jì)時一般希望 不要小于 。d 損耗及效率 小型同步發(fā)電機(jī)的損耗，可以包括以下幾個部分：1．鐵損耗 定子齒和軛的鐵損耗。2．定子銅損耗 負(fù)載電流的電阻損耗。3．勵磁損耗 勵磁電流的電阻損耗、電刷接觸損耗。 （考慮到自勵時，AVR 的損耗，將以上兩項(xiàng)的和根據(jù)不同情況，除以勵磁系統(tǒng)的效率作為勵磁損耗） 。4．機(jī)械損耗 風(fēng)扇損耗、冷卻空氣與轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)摩損耗、集電環(huán)摩擦損耗、軸承摩擦損耗等。800V交流機(jī)組發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)95．附加損耗 空載時的附加損耗有定轉(zhuǎn)子表面損耗、定轉(zhuǎn)子齒部脈振損耗、端部結(jié)構(gòu)件中的渦流損耗，以及電流的集膚效應(yīng)引起的附加銅損耗。對同步發(fā)電機(jī)，規(guī)定要實(shí)測附加損耗。對部分樣機(jī)的測試結(jié)果，附加損耗在額定功率的 %～% 之間。建議計(jì)算時，對容量小于 75KW 及以上的電機(jī)可以取 %，對 200KW 及以上的電機(jī)可取 %。 額定功率和相關(guān)參數(shù)的選定通過已給定的數(shù)據(jù),可以根據(jù)公式確定所需同步發(fā)電機(jī)的功率的大小,其計(jì)算為: =3cosNPUI????? 發(fā)電機(jī)的額定電壓, (給定值)NUv 發(fā)電機(jī)的額定電流, (給定值)IIA 額定功率因數(shù) , 對于同步發(fā)電機(jī),除非另有規(guī)定,功率因數(shù)應(yīng)為 滯后。為了滿足該發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行,所選型號發(fā)電機(jī)的額定功率 ,??則對應(yīng)于 T2 系列小型同步發(fā)電機(jī),取他自勵勵磁，可選取型號為 T2280L 的發(fā)電機(jī),其: ,功率因數(shù)（滯后） =，在額定 條件下運(yùn)行時120NPkw? 150/minNnr?電壓調(diào)整率 2% 。%? 同步發(fā)電機(jī)電磁計(jì)算程序 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸1．額定電壓 UN=800V2．額定轉(zhuǎn)速 n150/minr?3．額定頻率 ? HZ4．額定功率因數(shù) cos =?5．額定電流 ????=100??6．相數(shù) 3?7．確定功率 ??8．根據(jù)功率取對應(yīng) T2280L 電機(jī)，額定功率 2NP9．效率