【文章內容簡介】 發(fā)電機有旋轉電樞（磁極固定）和旋轉磁極（電樞固定）兩種結構形式。為了易于引出電樞電流，一般都采用旋轉磁極式。同步發(fā)電機按磁路結構可分為：凸極式適用于 p 大于等于 2 的同步發(fā)電機。隱極式適用于 p 小于等于 2 的同步發(fā)電機，感應式適用于中頻發(fā)電機，爪極式適用于車輛用交流發(fā)電機中頻發(fā)電機，永磁式適用于小功率發(fā)電機。800V交流機組發(fā)電機設計3第 2 章 同步發(fā)電機的研究 同步發(fā)電機的基本類型根據(jù)結構特點的不同，同步發(fā)電機可分為旋轉電樞式發(fā)電機（簡稱轉樞式）和旋轉磁極式發(fā)電機（簡稱轉磁式）兩種。旋轉電樞式的同步發(fā)電機，電樞是轉動的，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)電機的勵磁機使用旋轉電樞結構的同步發(fā)電機。旋轉磁極式同步發(fā)電機，磁極是旋轉的，電樞繞組是固定的，電樞繞組的感應電勢不經(jīng)過集電環(huán)和電刷而直接送往外電路，所以絕緣能力和機械強度好。這種結構形式廣泛應用于大、中容量的同步發(fā)電機，并成為同步發(fā)電機的基本結構型式。 同步發(fā)電機的基本機構 發(fā)電機的定子結構交流同步發(fā)電機定子由機座、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)電機感應電壓、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)電機磁路的組成部分，由一定數(shù)量 厚內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道，以增加定子鐵心的散熱面積，整個鐵心固定在機座內側的定位筋上。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)電機內感應電壓，輸出電流的部分，它是交流同步發(fā)電機的核心。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予以良好、可靠地絕緣，以確保發(fā)電機的安全運行。（3）機座機座是交流同步發(fā)電機的整體支撐部件，用以固定定子鐵心及前、后端蓋和800V交流機組發(fā)電機設計4軸承一道支撐轉子運轉。機座內壁分布的筋條用以固定定子鐵心，其外圓即為發(fā)電機的外殼，以保護內部的定子繞組。機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)電機與原動機組裝固定在底架或基礎上。位于機座側面或頂部的位置一般裝有出線盒，該出線盒內裝設有接線板，從這里將發(fā)出的交流電引至外負載。 發(fā)電機的轉子結構交流同步發(fā)電機的轉子通常包括有轉軸、磁極鐵心、磁極繞組，軸承，風扇、交流勵磁機電樞和旋轉硅整流器等零部件。（1）轉軸轉軸一般均由 35~45 號圓鋼加工而成，經(jīng)軸伸端上的聯(lián)軸器使發(fā)電機與原動機對接，它是將機械能轉變成電能的關鍵零件。（2）轉子鐵心旋轉磁場式交流同步發(fā)電機的轉子即為它的磁極。發(fā)電機的轉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，而隱極式的轉子繞組嵌放在隱極式轉子鐵心槽中，該繞組通過勵磁電流時就在磁極鐵心內建立起同步發(fā)電機主磁場。隱極式轉子繞組多采用單層同心式繞組。而在此次設計中，選用的是凸極式磁極繞組。（4）軸承、風扇等在轉軸的兩端安置有軸承以支撐轉子使其輕快的運轉。軸承室或軸承套內。由于受力大小的不同，發(fā)電機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)電機運行時因各種損耗而發(fā)熱，對發(fā)電機必須進行通風冷卻。一般都是在轉軸上裝設冷卻風扇，在同步發(fā)電機旋轉運行時其內部熱量即經(jīng)風扇順利排出。 電機的端蓋、軸承蓋（1）端蓋端蓋在與機座配合后用于支撐整個轉子，在端蓋中心車制有軸承室圓孔，用以安裝軸承。800V交流機組發(fā)電機設計5（2）軸承蓋發(fā)電機在轉子兩端的軸承位置均配備有軸承蓋。用以保護軸承清潔而良好地運行并使?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交流機組發(fā)電機設計6第 3 章 同步發(fā)電機電磁設計我國目前生產(chǎn)的小型三相同步發(fā)電機，主要有 T2 系列小型三相同步發(fā)電機、TFW 系列小型三相無刷同步發(fā)電機。這些電機三相主要與柴油機配套，組成柴油發(fā)電機組。它們除應符合 GB755/87《旋轉電機基本技術要求》中的有關規(guī)定外，還應分別符合 JB/DQ320186《T2 系列小型三相同步發(fā)電機的技術條件 》 ，JB332083《小型無刷三相同步發(fā)電機技術條件》的有關規(guī)定。 電磁設計要點 主要尺寸的選擇同步發(fā)電機的主要尺寸是指定子內徑 和鐵心有效長度 。定子內徑選擇的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)定子內徑，有時也采用中間極數(shù)定子內徑，在電機設計中一般取定子外徑 作為標準直徑。應此，求得1后要根據(jù) / 的適適當比值確定外徑 ，反過來再根據(jù)所采用的標準外徑1iD1i，最后確定 和 。 / 的參考值。iefl1i 電磁負荷的選擇設計時如果想要少用銅，在選擇電磁負荷時，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，如果設計時考慮要少用鐵，應適當提高線負荷 A。由于 F 級絕緣材料的發(fā)展，電機的內外徑進一步縮小，電磁負荷的取值也應地提高。 氣隙長度 的確定?小型發(fā)電機的氣隙長度 可由下式確定 30/1()ncKABcm???????式中 —飽和短路比，對自勵恒壓發(fā)電機可取 .5；0?cK —線負荷（A/cm） ；—額定工況時氣隙最大磁密（T）n?—極距?—半經(jīng)驗系數(shù)， 0．22～0．240KK?目前小型同步發(fā)電機的氣隙，采用機械許可的安全值，一般取 =～2mm。?800V交流機組發(fā)電機設計7 定轉子槽數(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，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 的大小應適應，t 太小，齒窄，機z z械強度差，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? ? 繞組設計小型發(fā)電機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)電機中，電樞繞組常設計為單雙繞組。諧波繞組放在單層線圈的槽內。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際位置計算，然后畫出繞組的展開圖和接線圖。凸極發(fā)電機的磁場繞組是集中繞組。分離式磁極繞組在一般情況下，預先用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。 磁極結構的選擇凸極和隱極結構優(yōu)點是整體凸極疊片轉子。這種結構磁極和磁軛為一體，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。由于整體凸極結構和絕緣材料的發(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，使轉子線圈工藝便于實現(xiàn)機械化。 磁極形狀的選擇為了獲得正弦分布的氣隙磁場，在凸極結構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，為使51/．??m70．＝?3．空載和負荷時諧波分量適當，一般采取 ～。對于 30KW 以下的發(fā)電21/．??m機，為制造方便，可采用 ，即均勻氣隙。1/．??m800V交流機組發(fā)電機設計8 磁路計算磁路的計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寸或隱極機轉子槽形尺寸的基礎上，計算電機的空載特性、短路比及滿載勵磁電流（或滿載勵磁安匝） 。計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)為實際磁場分布曲線在一個極距內所包圍的面積和極距與實際磁場分布曲線最大幅值所形成的矩形面積之比。 參數(shù)計算在設計中要提高效率，最簡便的方法就是設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，電機的短路比越大，運行穩(wěn)定性越高。由于現(xiàn)在的小型同步發(fā)電機采用自勵恒壓系統(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)電機突加負載時的順態(tài)電壓有影響，一般設計時不希望‘d〉 。dX超順態(tài)電抗 、 ，其值決定于阻尼繞組的結構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，繞組端部及轉軸軸頸上受到的機d械應力也越大。因此，設計時一般希望 不要小于 。d 損耗及效率 小型同步發(fā)電機的損耗，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．機械損耗 風扇損耗、冷卻空氣與轉子表面的風摩損耗、集電環(huán)摩擦損耗、軸承摩擦損耗等。800V交流機組發(fā)電機設計95．附加損耗 空載時的附加損耗有定轉子表面損耗、定轉子齒部脈振損耗、端部結構件中的渦流損耗，以及電流的集膚效應引起的附加銅損耗。對同步發(fā)電機，規(guī)定要實測附加損耗。對部分樣機的測試結果，附加損耗在額定功率的 %～% 之間。建議計算時，對容量小于 75KW 及以上的電機可以取 %，對 200KW 及以上的電機可取 %。 額定功率和相關參數(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)電機的功率的大小,其計算為: =3cosNPUI????? 發(fā)電機的額定電壓, (給定值)NUv 發(fā)電機的額定電流, (給定值)IIA 額定功率因數(shù) , 對于同步發(fā)電機,除非另有規(guī)定,功率因數(shù)應為 滯后。為了滿足該發(fā)電機的正常運行,所選型號發(fā)電機的額定功率 ,??則對應于 T2 系列小型同步發(fā)電機,取他自勵勵磁，可選取型號為 T2280L 的發(fā)電機,其: ,功率因數(shù)（滯后） =，在額定 條件下運行時120NPkw? 150/minNnr?電壓調整率 2% 。%? 同步發(fā)電機電磁計算程序 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸1．額定電壓 UN=800V2．額定轉速 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 T2280L 電機，額定功率 2NP9．效率