無刷同步發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)

1、-畢 業(yè)論文 題目：無刷同步發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)姓 名 學(xué) 號系 別 電子信息工程系 專 業(yè) 應(yīng)用電子 指導(dǎo)教師 提交時(shí)間 無刷同步發(fā)電機(jī)主發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)摘 要：無刷同步發(fā)電機(jī)實(shí)際上是兩臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)成的，一臺(tái)作為勵(lì)磁機(jī)，一臺(tái)才是主發(fā)電機(jī)。主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組在轉(zhuǎn)子，電樞繞組在定子將發(fā)出的電輸出；勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組在轉(zhuǎn)子，勵(lì)磁繞組在定子。主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁采用交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁的無刷勵(lì)磁方式，勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電進(jìn)入旋轉(zhuǎn)整流裝置，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器的整流后，最后輸入主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組部進(jìn)展勵(lì)磁，使得同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性能大大增強(qiáng)。關(guān)鍵詞：無刷勵(lì)磁；同步發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)整流器；交流勵(lì)磁機(jī)目錄一、緒論1一 無刷同步發(fā)電機(jī)的介紹

2、1二無刷同步發(fā)電機(jī)開展及前景2三無刷同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)4二、無刷同步發(fā)電機(jī)的工作原理及根本構(gòu)造5一無刷同步發(fā)電機(jī)的工作原理5二無刷同步發(fā)電機(jī)的根本構(gòu)造61. 靜止局部62. 轉(zhuǎn)動(dòng)局部7三 同步發(fā)電機(jī)的兩種根本形式71. 旋轉(zhuǎn)電樞式72. 旋轉(zhuǎn)磁場式8四 主要性能要求81. 較小的線電壓波形畸率82. 動(dòng)態(tài)性能93. 維持短路電流的能力104. 過電壓保護(hù)10三、無刷同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)11一勵(lì)磁系統(tǒng)的要求11 二 勵(lì)磁系統(tǒng)的分類及選擇11 1. 自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)11 2. 它勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)12 3.無刷勵(lì)磁裝置13 三 設(shè)計(jì)本卷須知13 1.主發(fā)電機(jī)132. 交流勵(lì)磁機(jī)143旋轉(zhuǎn)整流器16四、電磁設(shè)

3、計(jì)說明書18 一初步確定各尺寸181. 確定效率18二性能調(diào)整201.轉(zhuǎn)子溫升202. 定子溫升21五. 主發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)22一額定數(shù)據(jù)及主要尺寸22二空載計(jì)算27三滿載計(jì)算31四繞阻及勵(lì)磁數(shù)據(jù)35五損耗及效率40六溫升估算43. z-第一章 緒 論一無刷同步發(fā)電機(jī)的介紹隨著工業(yè)技術(shù)的飛躍開展，能源危機(jī)在世界都變的越來越嚴(yán)重了。同時(shí)人們對節(jié)能、環(huán)保、高效都提出了很高的要求。而作為消耗70%左右電能的電機(jī)，對其節(jié)能和獲得更高的效率有著非常重要的現(xiàn)實(shí)的意義。由于電能具有生存和變換比擬的經(jīng)濟(jì)，傳輸分配比擬的容易，使用和控制比擬的方便等有點(diǎn)，因而成為現(xiàn)代最常用的一種能源。并且隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，自動(dòng)

4、化程度越來越高，對電的需求越來越大，同時(shí)對電的質(zhì)量也提出了要求，無疑對同步發(fā)電機(jī)的性能也提出了要求。同步發(fā)電機(jī)是一種交流發(fā)電機(jī)，它區(qū)別另外一種交流電機(jī)異步發(fā)電機(jī)的一個(gè)重要的特征是它的轉(zhuǎn)速與電流的頻率之間有個(gè)嚴(yán)格的關(guān)系，即：P為電機(jī)的極對數(shù)。所以當(dāng)同步電機(jī)的極對數(shù)和轉(zhuǎn)速一定的時(shí)候，其感應(yīng)交流電動(dòng)勢的頻率也是一定的。在現(xiàn)代的電力工業(yè)無論是用火力發(fā)電還是水力、原子能或柴油機(jī)發(fā)電幾乎全部采用同步發(fā)電機(jī)。同步電機(jī)還可以用做恒速的電動(dòng)機(jī)，雖然其機(jī)構(gòu)較異步機(jī)復(fù)雜些，但是它可以運(yùn)行在或者超前的功率因數(shù)下以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步發(fā)電機(jī)還可以用做調(diào)相機(jī)，實(shí)際是不承受負(fù)載的空載電動(dòng)機(jī)，向電網(wǎng)輸送電感性或電容性的無

5、功功率以提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及其電壓的穩(wěn)定性。由于同步電機(jī)具有別的電機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，目前世界各國均在研究、生產(chǎn)和應(yīng)用。不管是從高速開展的電力工業(yè)以適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)飛躍開展的需要還是從提高發(fā)電機(jī)的效率降低運(yùn)行本錢著眼，都要求增大發(fā)電機(jī)的容量。為了降低電樞電流，還使用一些電氣配套設(shè)備易于制造，或省去發(fā)電機(jī)的升壓設(shè)備，這就要把同步發(fā)電機(jī)的額定電壓提高到20KV以上，因此相應(yīng)研究也在展開。此外同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部件也需要承受很大的機(jī)械應(yīng)力，這就需要研究有更高強(qiáng)度極限的轉(zhuǎn)子部件，磁軛鋼板等部件。提高電樞單位周長的安培導(dǎo)電數(shù)A或氣隙磁密B，則可減少電機(jī)尺寸，降低電機(jī)本錢。但由于磁通密度B受電機(jī)材料的限制而無法

6、提高，需要研制出飽和系數(shù)更高的材料。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的開展，進(jìn)一步的推動(dòng)了無刷電機(jī)的開展。無刷同步發(fā)電機(jī)以交流勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器取代了傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的電刷、滑環(huán)，簡化了維修和保養(yǎng)，提高了同步發(fā)電機(jī)的可靠性。這些都無疑都促進(jìn)了無刷同步發(fā)電機(jī)的飛速開展和廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)在對發(fā)電機(jī)的可靠性要求日益提高的情況下，無刷同步發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性就顯得特別重要,我們就不得不對其進(jìn)展深入的研究。二 無刷同步發(fā)電機(jī)開展及前景 進(jìn)入八十年代末、九十年代初，隨著我國改革開放不斷開展，我國的電機(jī)行業(yè)的局部企業(yè)開場引進(jìn)先進(jìn)工業(yè)國的中小型同步發(fā)電機(jī)，有的按生產(chǎn)許可證方式進(jìn)展技術(shù)引進(jìn)，有的引進(jìn)軟件技術(shù)或生產(chǎn)技術(shù)，有的按合作生產(chǎn)方式

7、引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，其先后有德國西 門子公司的IFC5和IFC6系列、德國AEG公司的DKBH系列、英國彼特普公司E系列、美國馬拉松公司的MP系列發(fā)電機(jī)、英國的斯坦福公司BC、HC系列等發(fā)電機(jī)，這些發(fā)電機(jī)的絕緣等級為F級或H級，采用隱極式或整體凸級構(gòu)造，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較先進(jìn)，可靠性較高，其制造工藝水平較先進(jìn)，這些產(chǎn)品的引進(jìn)，對提高我國的中小型發(fā)電機(jī)水平和制造工藝水平有較大的促進(jìn)作用。比方，電機(jī)廠、汾西機(jī)械廠、電機(jī)廠引進(jìn)了德國西門子公司1FC5、1FC6系列無刷發(fā)電機(jī)，電機(jī)*公司以下簡稱蘭電引進(jìn)了德國AEG公司DKBH系列船用、陸用無刷發(fā)電機(jī)，發(fā)電設(shè)備廠引進(jìn)了美國麥格乃泰克公司無刷發(fā)電機(jī)制造技術(shù)

8、等等。近年電機(jī)廠又引進(jìn)了西門子公司最近開發(fā)的1FC2系列無刷三一樣步發(fā)電機(jī)，該電機(jī)為整園凸極沖片，抑制了原西門子公司1FC5、1FC6隱極構(gòu)造體積偏大，重量偏重的缺乏。90年代，電機(jī)廠與新時(shí)代公司、革新電機(jī)廠與馬拉松公司合資辦了企業(yè)，使我國中小型三一樣步發(fā)電機(jī)水平又有了進(jìn)一步的提高，使國三一樣步發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的主要企業(yè)產(chǎn)品到達(dá)了國際先進(jìn)水平。電機(jī)廠在引進(jìn)德國AEG公司DKBH系列根底上，90年代中期，又開發(fā)了自己的新一代產(chǎn)品：TZHW系列陸用、TF*W-H系列船用無刷三一樣步發(fā)電機(jī)，使其性能有了進(jìn)一步的提高，更加適合國情、廠情，提高了市場競爭力。 中小型同步發(fā)電機(jī)是中小型電機(jī)的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)

9、用于小型水電站、船舶電站、移動(dòng)電站、固定電站、應(yīng)急備用電站、正弦波試驗(yàn)電源、變頻電源、計(jì)算機(jī)電源及新能源風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、余熱發(fā)電等。它對邊疆老區(qū)貧窮地區(qū)實(shí)現(xiàn)電氣化，提高該地區(qū)經(jīng)濟(jì)開展水平和人民的生活水平有著重要的作用，中小型發(fā)電機(jī)在船舶、現(xiàn)代電氣化火車燃機(jī)車等運(yùn)輸設(shè)備中也是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。移動(dòng)電站對國防設(shè)施、工程建立、海上石油平臺(tái)、陸上電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)、野外勘探等也是不可缺少的關(guān)鍵裝備之一。應(yīng)急備用電站在突發(fā)事件中的防災(zāi)、救護(hù)保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)的平安有著不可替代的作用。開發(fā)綠色能源、可再生能源、減少大氣二氧化碳的含量，小水電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和余熱發(fā)電是重要的組成局部。在將來，無

10、刷同步發(fā)電機(jī)將會(huì)越來越重要，應(yīng)用圍也會(huì)越來越廣。(三無刷同步電機(jī)的特點(diǎn)同步發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為交流電能的轉(zhuǎn)換設(shè)備。自備電站過去的油機(jī)發(fā)電機(jī)組同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，廣泛采用直流發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流來發(fā)電的。這種勵(lì)磁方式，由于應(yīng)用直流發(fā)電機(jī)，存在交流電變?yōu)橹绷麟娡ㄟ^整流子進(jìn)展變換，而勵(lì)磁電流又通過同步發(fā)電機(jī)的銅環(huán)和炭刷向勵(lì)磁繞組提供，因此，對維護(hù)和保證平安運(yùn)行方面都帶來了很多問題。為了改進(jìn)這種勵(lì)磁方式。60年代主要開展了帶靜止硅整流器的自勵(lì)恒壓的同步發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)依然存在炭刷和滑環(huán)，仍需要經(jīng)常維護(hù)，而且產(chǎn)生無線電磁干擾。為了從根本解決存在的問題，現(xiàn)代的同步發(fā)電機(jī)，通過改進(jìn)和開展，廣泛采用同軸交流無

11、刷勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器的無刷同步發(fā)電機(jī)。無刷同步發(fā)電機(jī)有以下的主要特點(diǎn)：1無滑動(dòng)的接觸局部、維護(hù)簡單、可靠性高、可長期連續(xù)運(yùn)行而很少維護(hù)保養(yǎng)，特別略有適用于自動(dòng)化電站；2沒有旋轉(zhuǎn)接觸的導(dǎo)電局部，不會(huì)產(chǎn)生火花，特別適用于有易燃?xì)怏w及多粉塵等惡劣環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)場合，同時(shí)無滑環(huán)也適用于高溫度的環(huán)境下使用；3它的電壓波形好，畸變率??；4由于無刷發(fā)電機(jī)是由多級發(fā)電機(jī)組成，間接控制主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率，因而控制勵(lì)磁功率很小，在主勵(lì)磁功率的1/301/50圍，發(fā)熱量低，因而故障率低，可靠高；5它雖為自勵(lì)磁系統(tǒng)，但具有它勵(lì)式同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。第二章 無刷同步發(fā)電機(jī)的工作原理及根本構(gòu)造(一 無刷同

12、步發(fā)電機(jī)的工作原理 當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)主發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，交流勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組首先將切割剩磁自勵(lì)發(fā)出交流電，然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器變成直流電后進(jìn)入主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組以勵(lì)磁。這時(shí)主發(fā)電機(jī)的輸出端有電壓。勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)輸出端電壓，(見圖2.1)，稱這種為自勵(lì)恒壓發(fā)電機(jī)。只要調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，就可以改變主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，從而控制主發(fā)電機(jī)的輸出端電壓，依靠連接于主發(fā)電機(jī)輸出端和交流勵(lì)磁機(jī)定子磁場繞組之間的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器就可以穩(wěn)定主發(fā)電機(jī)的端電壓。 見無刷同步發(fā)電機(jī)接線原理圖2.1。 圖2.1具有可控硅電壓調(diào)節(jié)器的相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng) A1電壓調(diào)節(jié)器 R1串聯(lián)電阻器 C1-3電容器 T1-3單相電流互感器 G1主

13、電機(jī) T5壓降補(bǔ)償電流互感器 G勵(lì)磁機(jī) T5整流變壓器 L1電抗器 V1靜止整流器 V2旋轉(zhuǎn)整流器 無刷勵(lì)磁是已被公認(rèn)為最有開展前途的勵(lì)磁方式，隨著其勵(lì)磁系統(tǒng)性能的不斷改善必將得到長足的開展。二同步發(fā)電機(jī)的根本構(gòu)造無刷同步發(fā)電機(jī)由主發(fā)電機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流裝置等主要局部組成。主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)電樞和旋轉(zhuǎn)整流裝置都裝在同一軸上一起旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁機(jī)磁極固定在定子側(cè)。主發(fā)電機(jī)構(gòu)造小異，都是轉(zhuǎn)場式的，按照構(gòu)造型式，同步發(fā)電機(jī)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩類。前者的電樞裝設(shè)在轉(zhuǎn)子，主磁極裝設(shè)在定子上，這種構(gòu)造在小容量同步發(fā)電機(jī)中得到一定的應(yīng)用，對于高壓、大容量的同步發(fā)電機(jī)，長期的制造和運(yùn)行經(jīng)歷說明，采

14、用旋轉(zhuǎn)磁極式構(gòu)造比擬合理。1.靜止局部1定子 由鐵心、繞組、機(jī)座以及構(gòu)造部件組成。定子鐵心及定子繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和電流的局部，亦稱電樞。 機(jī)座 機(jī)座是發(fā)電機(jī)的整體支架，用來固定電樞并和前后端蓋一道支撐轉(zhuǎn)子。機(jī)座上一般有出線盒，或位于機(jī)座的后側(cè)面，或位于機(jī)座上部，出線盒裝有出線板，以便于引出交流電源。位于機(jī)座上部的出線盒一般均裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。 定子繞組 定子繞組由線圈組成，線圈采用高強(qiáng)度聚脂漆包圓銅線繞制，并按一定規(guī)律連接，嵌入鐵心槽中。線圈采用導(dǎo)線的規(guī)格、線圈匝數(shù)、并聯(lián)路數(shù)等由設(shè)計(jì)確定繞線型有雙層疊繞、單層鏈?zhǔn)郊皢坞p層式等。三相繞組應(yīng)對稱嵌放，彼此相互差120度電氣相位角。 定子鐵芯 定子

15、鐵芯是發(fā)電機(jī)磁路的一局部，為了減小渦流損耗，鐵心用厚，兩面都涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。鐵芯圓上均勻分布著可嵌放有定子繞組的線槽。2交流勵(lì)磁機(jī)定子 交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后，供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。為了防止勵(lì)磁機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)用電刷、滑環(huán)提供勵(lì)磁電流，因此，交流勵(lì)磁機(jī)的定子為磁極，而轉(zhuǎn)子為電樞。3端蓋 用于與機(jī)座配合并支撐轉(zhuǎn)子，因此，在端蓋的中心處應(yīng)開有軸承室圓孔，以供安裝軸承。端蓋的端面有止口與機(jī)座配合，與柴油機(jī)專配發(fā)電機(jī)在軸伸出端的端蓋兩端面，均有端面止口，以保證轉(zhuǎn)子裝配后同軸度的要求。2.轉(zhuǎn)動(dòng)局部發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)局部稱為轉(zhuǎn)子。它由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵(lì)磁繞組、電機(jī)軸、軸承、風(fēng)扇、交流

16、勵(lì)磁機(jī)電樞和旋轉(zhuǎn)整流器組成。1磁極繞組2轉(zhuǎn)子鐵芯 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯一般用1mm厚的低碳鋼板沖制的磁極沖片迭壓而成的。3交流勵(lì)磁機(jī)的電樞 無刷同步發(fā)電機(jī)是利用交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流變?yōu)橹绷麟?，供交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁用。交流勵(lì)磁機(jī)電樞鐵芯用硅鋼片迭壓而成，然后嵌放三相交流繞組，并經(jīng)絕緣處理形成電樞。4旋轉(zhuǎn)整流器 與交流勵(lì)磁機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的，發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器一般裝在交流勵(lì)磁機(jī)外側(cè)，用螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上，便于安裝和維修。2.3 同步發(fā)電機(jī)的兩種根本型式交流同步發(fā)電機(jī)的根本型式分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁場式兩種。這兩種發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上雖然有所不同；但其根本原理卻是一樣的，即磁場與導(dǎo)體只要產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)

17、并切割磁力線，就能在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢.在交流同步發(fā)電機(jī)中，鐵心及其在鐵心槽中用來產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并接通負(fù)載供給交流電流的繞組的總稱稱為電樞。由于它是交流同步發(fā)電機(jī)進(jìn)展能量轉(zhuǎn)化和傳遞的樞紐，所以將它稱為電樞。1.旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式交流同步發(fā)電機(jī)的磁場是固定不動(dòng)的，其電樞為旋轉(zhuǎn)局部，三相交流電流是經(jīng)滑環(huán)和電刷輸送出去。這種發(fā)電機(jī)雖然能提高硅鋼片的有效利用率，將定子機(jī)座作為磁軛以節(jié)省鋼材。但是它的容量難以做大，額定電壓也不高。因此，旋轉(zhuǎn)電樞式交流同步發(fā)電機(jī)已漸少生產(chǎn)，一般只用于容量很小的低壓小型同步發(fā)電機(jī)，或在生產(chǎn)實(shí)踐中利用現(xiàn)有支流電機(jī)改為同步發(fā)電機(jī)時(shí),才會(huì)采用這種旋轉(zhuǎn)電樞式的構(gòu)造型式。此外，旋

18、轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)在采用無刷勵(lì)磁方式的同步發(fā)電機(jī)中,被用作交流勵(lì)磁機(jī)。2.旋轉(zhuǎn)磁場式旋轉(zhuǎn)磁場式交流同步發(fā)電機(jī)的電樞固定不動(dòng)，而磁場是不斷旋轉(zhuǎn)的。它的電樞繞組嵌放在定子鐵心槽，并且隨槽分布在定子鐵心整個(gè)圓周上。因此，它有較多的空間位置來安放電樞繞組的線圈和絕緣。這種構(gòu)造型式交流同步發(fā)電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是：電樞繞組輸出的交流電流不必通過運(yùn)動(dòng)的滑環(huán)和電刷，而是直接由固定的電樞繞組引線電纜送往負(fù)載,所以其機(jī)械強(qiáng)度和絕緣條件都比擬好，因而提高了電樞繞組的平安可靠性。旋轉(zhuǎn)磁場式交流同步發(fā)電機(jī)的磁極上繞有勵(lì)磁繞組，而產(chǎn)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的勵(lì)磁電流經(jīng)電刷和滑環(huán)引入勵(lì)磁繞組。旋轉(zhuǎn)電樞式只適用于小容量同步電機(jī)中，對于高

19、壓、大容量的同步電機(jī)，由于讓高壓和大電流從電刷和滑環(huán)的滑動(dòng)接觸引出不很可靠，因此都采用旋轉(zhuǎn)磁場式。四主要性能要求主發(fā)電機(jī)是一般的三相交流同步發(fā)電機(jī)，其設(shè)計(jì)的方法與普通的三一樣步發(fā)電機(jī)完全一樣的。但是由于無刷勵(lì)磁原理上有一些特殊性以及科學(xué)的開展、技術(shù)的進(jìn)步，對現(xiàn)代無刷同步發(fā)電機(jī)也提出了許多新的技術(shù)要求，從而使無刷發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)有新的特點(diǎn)。1.較小的線電壓波形畸變率各國電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)大都規(guī)定中、小型電機(jī)的畸變率不大于10%。但是近年來，中、小型無刷發(fā)電機(jī)廣泛地用作為計(jì)算機(jī)隔離電源或應(yīng)急用電源，因此，對發(fā)電機(jī)電壓波形的正弦畸變率應(yīng)小于5%。這對電極設(shè)計(jì)提出了更高的要求。這就必須在磁極形狀、氣隙尺寸和繞組選擇

20、等方面予以注意。可以知道的是，高次諧波電勢對相電勢大小的影響很小，卻很大的影響電勢的波形。發(fā)電機(jī)電勢中如果存在高次諧波，就將使電勢波形變壞，產(chǎn)生很多不良影響，使發(fā)電機(jī)本身的附加損耗增加，效率下降，溫升增高，以及引起輸電線路的電感和電容產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生過電壓。2.動(dòng)態(tài)性能由于現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)許多供電負(fù)載，對發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能有很高的要求。設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，所得到的空載特性應(yīng)與常規(guī)空載特性相接近。如果設(shè)計(jì)得太飽和將使勵(lì)磁繞組用銅太多，而且電壓調(diào)節(jié)也比擬困難；如果飽和度太低，則負(fù)載變化時(shí)電壓變化較大，并且磁密偏低表示硅鋼片的利用率較低，電機(jī)鐵心消耗材料較多。動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn) ，以 100KVA發(fā)電機(jī)為樣機(jī) ，用起動(dòng)大容

21、量電動(dòng)機(jī)作為突然增加負(fù)荷的方法進(jìn)展。 本實(shí)驗(yàn)屬于旋轉(zhuǎn)整流器式交流發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)整器采用 PI調(diào)節(jié)器進(jìn)展綜合調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。綜合調(diào)節(jié)，即既按電壓偏差和電樞電流調(diào)節(jié)，同時(shí)也按電壓偏差和電流的一階微分調(diào)節(jié)。 通過給空載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)突然增加負(fù)載，可以得到下表中系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律的動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)，反映了自動(dòng)電壓調(diào)整器的動(dòng)態(tài)性能。表2.1 無刷發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)么值最大值頻率偏差f()電壓偏差U()電壓恢復(fù)時(shí)間tH(s)電樞電流勵(lì)磁電流旋轉(zhuǎn)整流器式比例調(diào)節(jié)2.81.8-12-180.75旋轉(zhuǎn)整流器式綜合調(diào)節(jié)2.71.5-2.0-50.05旋轉(zhuǎn)晶閘管式綜合調(diào)節(jié)0.91.25-1.2-30.03實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，

22、采用旋轉(zhuǎn)晶閘管式和綜合調(diào)節(jié)，明顯比采用旋轉(zhuǎn)整流器式和比例調(diào)節(jié)，頻率、電壓偏差低，電壓恢復(fù)時(shí)間短。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)可證明這一點(diǎn)。應(yīng)該指 出：大容量發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)整器，完全可以用于小容量的發(fā)電機(jī)；也可以在小容量發(fā)電機(jī)上，測試大容量發(fā)電機(jī)的自動(dòng)電壓調(diào)整器。區(qū)別在于取樣負(fù)荷電流的比率不同。3.維持短路電流的能力無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)大多數(shù)都是作為無人管理的自動(dòng)化電站電源，故應(yīng)能可靠地使配電站系統(tǒng)的保護(hù)裝置動(dòng)作，排除故障，提高自動(dòng)化電站的可靠性。突然短路時(shí)，各繞組中都出現(xiàn)了很大的電流，而使銅耗很大，所產(chǎn)生的熱量使繞組溫升增加，而且突然短路電流很大，會(huì)產(chǎn)生很大的電磁力和電磁轉(zhuǎn)距，所以在勵(lì)磁方式的選擇或勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

23、必須加以考慮。因此國、外無刷發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求中，均提出了應(yīng)能維持3倍以上的額定短路電流，維持時(shí)間23秒的要求。4.過電壓保護(hù)無刷發(fā)電機(jī)為現(xiàn)代化電源，均帶有電子元器件的自動(dòng)調(diào)節(jié)器和功率硅二極管，并要求具有能并聯(lián)運(yùn)行的特性。采用阻尼套，可以改善電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行性能，使并聯(lián)運(yùn)行可靠，同時(shí)可作為電壓調(diào)節(jié)器及旋轉(zhuǎn)整流器的第一道可靠的過電壓保護(hù)屏障。根據(jù)分析，當(dāng)電機(jī)短路時(shí)，開路相會(huì)產(chǎn)生過電壓。另外，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組在突加負(fù)載或負(fù)載短路的瞬變過程中也會(huì)產(chǎn)生過電壓，很多研究者指出，當(dāng)電機(jī)有全阻尼繞組時(shí)，磁場繞組的過電壓約為35倍額定勵(lì)磁電壓，而沒有阻尼繞組時(shí)過電壓可到達(dá)10倍以上。旋轉(zhuǎn)整流器的過電壓保護(hù)有兩種用途

24、，換相引起的尖峰過電壓，此時(shí)由并聯(lián)在整流元件兩端的阻容元件吸收浪涌過電壓；主機(jī)非同期投入，由電網(wǎng)引起的外部過電壓作用于旋轉(zhuǎn)整流器兩端，一般采用在勵(lì)磁繞組并聯(lián)電阻的方法吸收此過電壓，此時(shí)，將增加勵(lì)磁機(jī)的容量。第三章 無刷同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成局部，其主要任務(wù)是向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供一個(gè)可調(diào)的直流電流電壓，控制機(jī)端電壓恒定，滿足發(fā)電機(jī)正常發(fā)電的需要，同時(shí)控制發(fā)電機(jī)組間的無功率的合理分配，保證同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行機(jī)制的穩(wěn)定性，以滿足電力系統(tǒng)平安運(yùn)行機(jī)制的需要。優(yōu)良的勵(lì)磁系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定和可靠性運(yùn)行，而且可以有效的提高發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。一勵(lì)磁系統(tǒng)的

25、要求1正常運(yùn)行時(shí)，能按負(fù)荷電流和電壓的變化調(diào)節(jié)自動(dòng)或手動(dòng)勵(lì)磁電流，以維持電壓在穩(wěn)定值水平，并能穩(wěn)定地分配機(jī)組間的無功負(fù)荷。2當(dāng)發(fā)電機(jī)部發(fā)生故障，例如電樞繞組出現(xiàn)匝間短路時(shí)，為防止事故繼續(xù)擴(kuò)大,勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能盡快地將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流減到盡可能小的程度，即滅磁。3勵(lì)磁裝置本身應(yīng)無失靈區(qū)，以利于提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定，并且動(dòng)作應(yīng)迅速，工作要可靠，調(diào)節(jié)過程要穩(wěn)定。4 為了保證勵(lì)磁繞組和整流器平安運(yùn)行,對最大勵(lì)磁電流要有所限制,不得超過規(guī)定值。同時(shí)，考慮到發(fā)電機(jī)在欠勵(lì)情況下較易失步，為此對勵(lì)磁電流的最小值也必須有所限制。二勵(lì)磁系統(tǒng)的分類及選擇勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的供電電源，按供電方式的不同，勵(lì)磁系統(tǒng)可以

26、分為它勵(lì)和自勵(lì)系統(tǒng)兩大類，下面分別加以說明。1. 自勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)這種系統(tǒng)中，勵(lì)磁繞組和電樞繞組由同一電源供電，即不用勵(lì)磁機(jī)而由同步發(fā)電機(jī)本身提供勵(lì)磁電流。有如下三種：僅由同步發(fā)電機(jī)本身線端的電壓取得能量的稱為自并勵(lì)系統(tǒng)；由發(fā)電機(jī)本身線端的電壓及電流兩者取得能量的稱為自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)；由發(fā)電機(jī)輔助諧波繞組提供勵(lì)磁電源的則稱為諧波勵(lì)磁系統(tǒng)。為了提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸電能力，國外都采用串聯(lián)電容補(bǔ)償長距離輸電線路的電感，但補(bǔ)償度過高易發(fā)生同步發(fā)電機(jī)的自勵(lì)磁(自激)。為了改善配電網(wǎng)的電壓水平和送電能力，也可采用串補(bǔ)方法，但補(bǔ)償度過高同樣會(huì)引起自勵(lì)磁。因此，自勵(lì)磁問題成為一個(gè)迫切需要解決的問題，受到廣泛重視。

27、多年來，不少學(xué)者對自勵(lì)磁進(jìn)展了較深入的研究。特征方程分析法根據(jù)同步電機(jī)的根本方程，用運(yùn)算電抗導(dǎo)出自勵(lì)磁特征方程，求特征方程的根分析自勵(lì)磁?；谕诫姍C(jī)的方程是五階微分方程，其自勵(lì)磁特征方程是相當(dāng)冗長和繁雜的，不便使用。頻率分析法從*同步發(fā)電機(jī)端求電網(wǎng)等值電阻和等值電抗的頻率特性，等值電抗為零時(shí)的頻率就是電機(jī)發(fā)生自勵(lì)磁的串聯(lián)諧振點(diǎn)。對于計(jì)及發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的自勵(lì)磁分析，由于階數(shù)的提高，以上方法更顯得無能為力。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和現(xiàn)代控制理論的開展為自勵(lì)磁研究提供了有力的工具。狀態(tài)方程分析法(下稱狀態(tài)法)是一種新的分析方法。狀態(tài)法首先建立描述自勵(lì)磁的狀態(tài)方程，然后根據(jù)狀態(tài)方程的系數(shù)矩陣進(jìn)展自勵(lì)磁分析。此法

28、數(shù)學(xué)模型清晰，計(jì)算準(zhǔn)確，使用方便。2. 它勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)由同步發(fā)電機(jī)本身以外的電源供電的勵(lì)磁系統(tǒng)稱為它勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)，且勵(lì)磁繞組與電樞繞組不連接。這種系統(tǒng)中的勵(lì)磁電源是勵(lì)磁機(jī)，它既可以是與電機(jī)同軸的直流發(fā)電機(jī)，也可以是帶有整流設(shè)備的交流發(fā)電機(jī)。下面將介紹它勵(lì)式勵(lì)磁系統(tǒng)。 帶副勵(lì)磁機(jī)的它勵(lì)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：它與同步發(fā)電機(jī)同軸的主勵(lì)磁機(jī)是一臺(tái)它勵(lì)直流電機(jī)，主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁由另一臺(tái)同軸的副勵(lì)磁機(jī)供給。帶自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的同軸直流電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)：它的勵(lì)磁調(diào)節(jié)電阻不再手動(dòng)調(diào)節(jié),它帶有自動(dòng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,具有更快的電壓上升速度。 隨著電力系統(tǒng)的單機(jī)容量和輸電距離的不斷增長，勵(lì)磁容量亦顯著加大。對于大容量發(fā)電機(jī)，特別

29、是大容量的高速發(fā)電機(jī)，由于換向困難，直流勵(lì)磁機(jī)已難以滿足勵(lì)磁要求。為適應(yīng)生產(chǎn)需要，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的開展，出現(xiàn)了多種采用半導(dǎo)體整流器的勵(lì)磁系統(tǒng)，其中它勵(lì)式整流器勵(lì)磁系統(tǒng)機(jī)為大、中容量同步發(fā)電機(jī)所常用。3. 無刷勵(lì)磁裝置無刷勵(lì)磁裝置主要由勵(lì)磁變壓器、陽極開關(guān)、三相可控硅全控整流橋、滅磁裝置、檢測勵(lì)磁電壓 和勵(lì)磁 電流的儀表 、防止過電壓和過電流的保護(hù)元件及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 等組成。可控硅勵(lì)磁裝置主要為交流勵(lì)磁機(jī)定子繞組提供勵(lì)磁電流。該裝置輸入信號通過勵(lì)磁變壓器取 自于汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)端，并經(jīng)過可控硅三相全控整流橋整流，將三相交流電勢轉(zhuǎn)換成直流電勢來實(shí)現(xiàn)。交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的大小是通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)的。勵(lì)磁

30、調(diào)節(jié)器設(shè)置有 自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié) 2種方式。手動(dòng)調(diào)節(jié)作為自動(dòng)調(diào)節(jié)的輔助方式，當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)可轉(zhuǎn)換成為手動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行，但采用手動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)應(yīng)防止過電壓產(chǎn)生。此外勵(lì)磁控制回路中還設(shè)有交流勵(lì)磁機(jī)滅磁裝置。滅磁方式分為 2種，一種是機(jī)組故障停機(jī)，由系統(tǒng)保護(hù)自動(dòng)(或手動(dòng))分?jǐn)嚓枠O開關(guān)，使交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的磁場能經(jīng)并接于勵(lì)磁繞組兩端的滅磁電阻、二極管而釋放；另一種是在正常停機(jī)時(shí)采用逆變滅勵(lì)的方式進(jìn)展滅勵(lì)。把交流勵(lì)磁機(jī)做成旋轉(zhuǎn)電樞式的同步發(fā)電機(jī)，并把它安裝在主發(fā)電機(jī)的同一轉(zhuǎn)軸上，然后把硅整流橋也固定在勵(lì)磁機(jī)的電樞上使其一起旋轉(zhuǎn)，這樣就組成了旋轉(zhuǎn)的交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)。最大特點(diǎn)就是取消了滑環(huán)和碳刷，使整

31、個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)沒有觸點(diǎn)，所以該系統(tǒng)又稱為無觸點(diǎn)勵(lì)磁或無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。(三)設(shè)計(jì)本卷須知1. 主發(fā)電機(jī)由于現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)有許多供電負(fù)載都是電子設(shè)備或配備有電子設(shè)備的裝置，故對同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能要求較高，在主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須適中選者擇主機(jī)的瞬時(shí)電抗值以減少主機(jī)的時(shí)間參數(shù)。一般*d1在0.170.2之間，*d2在0.1左右。無刷發(fā)電機(jī)大多數(shù)都作為無人管理的自動(dòng)化電站電源，故應(yīng)能可靠地使配電的保護(hù)裝置動(dòng)作，排除故障，提高自動(dòng)化電站運(yùn)行的可靠性。國、外無刷發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求中，均提出了應(yīng)能維持3倍以上額定電流的短路電流，持續(xù)時(shí)間為2.53S的要求，在勵(lì)磁方式的選擇或勵(lì)磁系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)中必須加以考慮。主發(fā)電機(jī)比擬大，

32、引起發(fā)熱比擬厲害，則定子上需要有通風(fēng)槽；發(fā)電機(jī)的容量比擬大，其繞組要用截面積比擬大電阻率比擬小的扁銅線；且無刷發(fā)電機(jī)作為現(xiàn)代化電源，要求具有并聯(lián)運(yùn)行的特性，固需要裝設(shè)阻尼繞組，以改善發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行性能，并使并聯(lián)運(yùn)行趨于穩(wěn)定。在整個(gè)電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，要保證電機(jī)的各項(xiàng)性能效率、溫升、電壓畸變率、損耗、轉(zhuǎn)矩、短路電流等指標(biāo)要符合要求。當(dāng)有些指標(biāo)不符合要求時(shí)，要明白如何進(jìn)展調(diào)整。如定子溫升過高，則：1 可降低1一般可加厚銅線；2 降低A；3 加大hs/bs的比值；轉(zhuǎn)子溫升過高則可加大hm或be；最大轉(zhuǎn)矩不合格則可增加g，如還不行則可改變A/Bg的值等；通過以上的論證可得知該同步發(fā)電機(jī)具有符合設(shè)計(jì)要求

33、的各種性能：1 定子繞組采用最正確短距和分布系數(shù)，采用斜槽構(gòu)造，加之磁極形狀經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，電壓波形遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通發(fā)電機(jī)，因而電壓波形完全符合設(shè)計(jì)要求；2 瞬變電抗小，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良等；3 發(fā)電機(jī)為F級絕緣，實(shí)際上溫升低于B級溫升，故過載能力大，大多數(shù)情況下在1.3倍額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下長期過載運(yùn)行也不會(huì)發(fā)生繞組過熱，絕緣壽命長，可靠性高。2. 交流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞式交流同步發(fā)電機(jī)，但由于它的工作特點(diǎn)和負(fù)載的特殊性，它與一般的同步發(fā)電機(jī)不大一樣。對磁路設(shè)計(jì)來說，交流勵(lì)磁機(jī)輸出電壓隨主發(fā)電機(jī)負(fù)載及工作溫度變化而大幅度變化著，相應(yīng)交流勵(lì)磁機(jī)的感應(yīng)電勢也應(yīng)是幅度變化。為滿足主發(fā)電機(jī)的最大強(qiáng)勵(lì)要求，

34、相應(yīng)于勵(lì)磁機(jī)額定工作狀態(tài)的磁路工作點(diǎn)處在線性局部，即交流了勵(lì)磁機(jī)的額定工作狀態(tài)時(shí)的磁密要取得低。由于叫勵(lì)磁機(jī)的電樞具有電感，換相時(shí)電流不能突變，產(chǎn)生了換相角，因此有其獨(dú)特的電壓變比和電流變比。通常采用較小的短路比和較高的頻率來改善無刷發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。為減小負(fù)載電壓將及改善換相狀況，將換相角控制在300500之間。另外交流勵(lì)磁機(jī)的極數(shù)最好不要為主機(jī)極數(shù)的整數(shù)倍。交流勵(lì)磁機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意滿足勵(lì)磁系統(tǒng)對其提出的強(qiáng)勵(lì)、高反響速度及高可靠性的要求，因而要有一些特殊考慮。1 為提高勵(lì)磁系統(tǒng)反響的快速性，交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡量小。為此，交流勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心一般采用迭片式構(gòu)造，以增大轉(zhuǎn)子鐵心渦流電

35、阻，減小磁路渦流阻尼作用及轉(zhuǎn)子附加鐵損。2 為保證勵(lì)磁系統(tǒng)的2.0倍峰值電壓倍數(shù)的要求，通常勵(lì)磁機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)得使其負(fù)載特性直到額定工況時(shí)仍保持線性，為此一般選取空載氣隙磁通密度B：要在0.4T左右電樞選用磁化特性較好的硅鋼片，且要將電樞磁通密度控制在該硅鋼片磁化曲線的直線區(qū)域。3 為滿足電壓增長速度一般要在2.0倍/S以上的要求和改善電壓突然增長的瞬變特性，提高電壓增長速度，對影響交流勵(lì)磁機(jī)飽和程度的電機(jī)參數(shù)一短路比應(yīng)盡量選得小一些，通常為0.5左右，同時(shí)還可以降低交流勵(lì)磁機(jī)的造價(jià)。4 為減小換相壓降，換相角最好選取在300400之間，這樣要求換相電抗在0.2左右。5 為減小交流勵(lì)磁機(jī)定子線棒頻率

36、較高的非正弦波電流產(chǎn)生的附加損耗和趨表效應(yīng)，定子線圈采用多股扁導(dǎo)線換位編織線棒。6為提高交流勵(lì)磁機(jī)定子繞組的可靠性，當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過電壓時(shí)，勵(lì)磁機(jī)定子絕緣不受破壞，勵(lì)磁機(jī)定子繞組絕緣應(yīng)與主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣等級一樣。7 為了改善無刷發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，交流勵(lì)磁機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意盡量選用較小的短路比大約為0.30.5左右以提高勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的瞬時(shí)靈敏度，縮短勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間長數(shù)。較小的短路比，能使交流勵(lì)磁機(jī)設(shè)計(jì)得經(jīng)濟(jì)些，縮小體積，減輕重量。其次短路比小，*d大，這樣，在旋轉(zhuǎn)整流器的整流管出現(xiàn)短路故障情況下，可使短路電流不致過大，對其他整流管就起到了保護(hù)作用。8 由于交流勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組是一個(gè)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)整流器

37、大電感，加之由于勵(lì)磁機(jī)的電樞繞組電抗的存在，使旋轉(zhuǎn)整流器換相時(shí)，電流不能突變，產(chǎn)生了換相角，因此有獨(dú)特的電壓變比和電流變比，而且使交流勵(lì)磁機(jī)相電流波形與正弦波相差很大。所以，交流勵(lì)磁機(jī)的計(jì)算主要應(yīng)解決以下兩個(gè)問題： 如何根據(jù)主發(fā)電機(jī)給定的直流勵(lì)磁電壓和直流勵(lì)磁電流，計(jì)算出交流勵(lì)磁機(jī)的輸出交流相電勢、相電流、及勵(lì)磁機(jī)的容量； 如何計(jì)算交流勵(lì)磁機(jī)的電樞反響、功率因數(shù)及所需的勵(lì)磁磁勢。9 此外，為了改善無刷發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)盡量選用較小的短路比，以提高勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的瞬時(shí)靈敏度，縮短了勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)，同時(shí)，選用較高的頻率也可以縮短勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)。因此設(shè)計(jì)時(shí)必須注意以上所述的特殊性，除此以外，其

38、設(shè)計(jì)的步驟和原則根本上和小型凸極同步發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)一樣。3. 旋轉(zhuǎn)整流器旋轉(zhuǎn)整流器是無刷發(fā)電機(jī)組交流勵(lì)磁機(jī)的重要組成局部，整流管的可靠性直接影響電流的整流效果，從而影響到發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)整流器是電機(jī)故障率較高的部件。因?yàn)樗ぷ髟诟邷?、高速和有振?dòng)的場合，而且還有承受過電流過電壓沖擊的可能。電機(jī)受到外界干擾時(shí)，盡管由負(fù)載電流產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組間無相對運(yùn)動(dòng)。但隨著定子磁場幅值的突變，在轉(zhuǎn)子繞組中便會(huì)感應(yīng)出變壓器電勢；而當(dāng)電機(jī)負(fù)載不對稱時(shí)，定子繞組中將會(huì)流過負(fù)序電流，這個(gè)負(fù)序電流將在轉(zhuǎn)子磁場繞組中感應(yīng)出旋轉(zhuǎn)電勢；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓之間的相位角為60。時(shí)合閘，會(huì)導(dǎo)致很高的轉(zhuǎn)子電壓，在非

39、對稱短路或并網(wǎng)的誤操作過程中，上述旋轉(zhuǎn)電勢和變壓器電勢將可能于*一瞬間同時(shí)產(chǎn)生，這兩個(gè)瞬時(shí)電勢加上交流勵(lì)磁機(jī)電樞輸送給旋轉(zhuǎn)整流器的電勢、再和主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場繞組中原有的電勢相疊加(注意轉(zhuǎn)子磁場繞組是感性元件)，共同作用于旋轉(zhuǎn)整流二極管。就可能使導(dǎo)通的二極管流過很大的正向電流，也可能使截止的二極管承受很高的反向電壓，將二極管損壞。在氣隙較小、阻尼不良或沒有阻尼的凸極同步發(fā)電機(jī)中，這一現(xiàn)象更為突出。假設(shè)交流勵(lì)磁機(jī)的極對數(shù)是主發(fā)電機(jī)的極對數(shù)的整數(shù)倍，當(dāng)發(fā)電機(jī)三相對稱短路時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈中的感應(yīng)電流將流過正在導(dǎo)通的二極管，使二極管受損。據(jù)此，可以采用以下措施。1 在轉(zhuǎn)子磁極外表裝阻尼繞組以改善動(dòng)態(tài)性能；

40、2 交流勵(lì)磁機(jī)的極對數(shù)和主發(fā)電機(jī)的極對數(shù)不成整數(shù)倍； 3 對旋轉(zhuǎn)二極管采取過壓和過流保護(hù)； 4 選擇旋轉(zhuǎn)二極管的額定容量時(shí)留較大裕量； 5 旋轉(zhuǎn)整流裝置在安裝方式、絕緣方式、振動(dòng)、熱容量等方面須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)制造和嚴(yán)格的振動(dòng)、超速、高溫等試驗(yàn)，使其具有很高的可靠性，如整流橋輸出側(cè)裝壓敏電阻，以防發(fā)電機(jī)磁場繞組出現(xiàn)過電壓時(shí)損壞整流二極管。熔斷器作為過流或短路保護(hù)串聯(lián)于每個(gè)二極管支路，萬一整流管出現(xiàn)故障，則與之串聯(lián)的快速熔斷器可保證使其自動(dòng)斷開，從而防止勵(lì)磁機(jī)局部嚴(yán)重超載過熱。 第四章 電磁設(shè)計(jì)說明一 初步確定各尺寸1. 確定效率一般說來效率只與電機(jī)的容量相關(guān)，一樣容量的電機(jī)其效率總是差不多的，且容

41、量越大效率越高，因此可參照已做過的相近容量電機(jī)初步確定。1.1. 主要尺寸及及與電機(jī)容量間有以下關(guān)系：KVA以上可知要確定、，就要先確定、A、B，下面分別說明：1的決定：對一臺(tái)電機(jī)來講可以在一個(gè)相當(dāng)?shù)竭_(dá)的圍變動(dòng)，因此，需通過采用不同的幾個(gè)方案比擬后才能決定。 值大小與以下因素有關(guān)：經(jīng)濟(jì)性：電機(jī)的有效材料消耗及損耗大小與 有較大的關(guān)系。一般電機(jī)容量有效材料消耗量有以下比例關(guān)系。1.2 定子銅1.3 定子鐵1.4 轉(zhuǎn)子銅1.5 轉(zhuǎn)子鐵1.6當(dāng) 增大時(shí)，對一定容量電機(jī) 一定減小一方面A將有所增長，一方面減小，因此GCu1及GCu2式中刮號外局部值減小，當(dāng)刮號第二相卻增大，故當(dāng) 增加時(shí)，在小于一定值時(shí)

42、GCu1及GCu2減小，當(dāng)超過一定值時(shí)將增加，而鐵重GFe一般說來將隨 增加而減少。當(dāng)保持電密及磁密B一樣時(shí)，銅及鐵耗大小將與銅及鐵重量成正比，因此銅及鐵損與的關(guān)系將與上所述相似的關(guān)系。單位容量機(jī)械損耗有以下比例關(guān)系：1.7 故知：當(dāng) 增加時(shí)機(jī)械損耗將增加，見表4.1。表4.1 與機(jī)械損耗的關(guān)系容量/極D1l/GGGPPPPKW/PMM噸噸噸kwkwkwkwkw4000/28325042502.150.98.886.50.9330.9881.991.460.652.839.849.237.737.422.340.595.795.22000/4143011800.741.622.482.90.5

43、120.4570.4340.54820.625.22118.312.211.332.82295.295.7發(fā)熱：當(dāng)增加減小時(shí)，通風(fēng)條件變差，因此溫升將增高，大于2的電機(jī)溫升比擬高，由此要特別注意通風(fēng)的問題。構(gòu)造：及選擇常常還受到構(gòu)造上的限制。由于機(jī)械強(qiáng)度的限制，不能過大。一般說來，當(dāng)接近60cm，各處機(jī)械應(yīng)力已接近允許值，當(dāng)大于70cm時(shí)就需采用實(shí)心磁極構(gòu)造。對于要求GD2大的電機(jī)則常選用較小的較大的，以增加GD2。鐵芯長度有時(shí)要受到周極限長及地坑長等限制。1A、決定：A、值大小對電機(jī)參數(shù)、啟動(dòng)性能、溫升、損耗、經(jīng)濟(jì)等方面均有較大的影響。電機(jī)參數(shù)*e、*d、*q、*kd、*kq、rkd、rkq

44、等根本上皆與A/成正比。當(dāng)A/增加時(shí)，所有*及r均減小，電機(jī)起動(dòng)電流1.8 當(dāng)A/增加時(shí)，起動(dòng)電流減小，反之則增加，而Mst、MB等，皆隨起動(dòng)電流增加而增減少。最大轉(zhuǎn)矩 ，當(dāng)/一定時(shí)*d=A/，故Mma*隨A/增加而減小。一般說來，對于相近的二臺(tái)電機(jī)，如果A/也相近的話，則所有參數(shù)及起動(dòng)性能等也是相近的，因此在新設(shè)計(jì)時(shí)，就可找一個(gè)相近的電機(jī)，根據(jù)其A/性能、參數(shù)為所設(shè)計(jì)的電機(jī)性能參考，利用上面介紹的規(guī)律就可初步確定所設(shè)計(jì)的電機(jī)的A/值了。A，值對電機(jī)發(fā)熱也有影響，當(dāng)定子槽面積不變時(shí)，當(dāng)電機(jī)用鐵量不變時(shí)，BT、BC，故當(dāng)A、增加時(shí)電機(jī)發(fā)熱將增加。對較大的電機(jī)可取較大的值。主要時(shí)BT限制，故一般與

45、關(guān)系不大。此外，當(dāng)增加時(shí)hs/減小，因此為了維持Ist在一定水平下也需要增加A值。A，值大小影響電機(jī)的用銅量與用鐵量。1.9 當(dāng)A、增加時(shí)，電機(jī)材料消耗就減小。標(biāo)準(zhǔn)定子外徑：應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)定子外徑以利生產(chǎn)，因此 選擇一般不是任的。確定了定子標(biāo)準(zhǔn)外徑后，初步確定軛高h(yuǎn)c確定軛高h(yuǎn)c時(shí)，應(yīng)注意以下各點(diǎn)：（1） 軛磁密要適宜。（2） 為了使齒部易壓緊，hs/bs應(yīng)大于等于70%（3） 考慮通用沖片，使該沖片用于相臨極數(shù)時(shí)，Bc能通過。（4） 考慮材料充分利用，最好能使一大硅鋼片正好沖完。在最后確定hc、hs后，就可以確定徑D1及和A值，如不適宜，可以適當(dāng)調(diào)整。確定了后，就可以確定鐵心長了。二 性能調(diào)整當(dāng)

46、初步確定各尺寸后，就可按公式核算，核算后有些參數(shù)、性能、溫升等可能不和要求，需要進(jìn)展調(diào)整，下面分別介紹之。1.轉(zhuǎn)子溫升如轉(zhuǎn)子溫升過高，則可加大hm或bm，但需注意線圈在極間不大，一般應(yīng)留以10mm間隙，一般加大hm效果較好，因?yàn)椋cbe僅成一次方關(guān)系。但如hm已等于h2/3，線圈極間也相 而溫升仍高時(shí)，則在轉(zhuǎn)子中已無法解決高的問題了。此時(shí)需降低A及，因而需加大l或但要注意性能仍要符合要求或加大定子外徑。對勵(lì)磁機(jī)要求1a最大勵(lì)磁電壓Uma* =1.8UBH發(fā)電機(jī)。b勵(lì)磁增長速度對一般電機(jī)應(yīng)大于0.8UBH/秒。c最低勵(lì)磁電壓：對發(fā)電機(jī)為0.8iBminRB15iBmin為欠激運(yùn)行時(shí)最小勵(lì)磁電流

47、。2.定子溫升如定子溫升過高，一般可調(diào)整以下數(shù)據(jù)。1降低，一般可加厚銅線，銅線加厚引起槽高加深，軛高降低，有時(shí)為了保持BC在一定水平上，可以減少Di1。2降低A因而需要加大l，在槽形不變時(shí)，及A皆降低，比A成正比下降，A與A2成正比下降，但改變A后，要影響性能。3加大hS/bS需增大q值。第5章 主發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)一額定數(shù)據(jù)及主要尺寸1 額定容量 SN = 500 (KVA)2 額定電壓 = 400 (V) 額定相電壓 (Y接法)3 額定頻率 f=50Hz4 額定轉(zhuǎn)速 5 極數(shù) p=66 功率因數(shù) cosH=0.87 相數(shù) m=38額定效率 =88%9 額定電流 10 絕緣等級定子：F級轉(zhuǎn)子：

48、F級11 定子徑滿載電勢標(biāo)幺值：KE=0.0108LnPN-0.013P+0.931=0.0108Ln500-0.0136+0.931=0.92計(jì)算功率：3初選計(jì)算極弧系數(shù)為 氣隙磁場波形系數(shù)為 定子基波繞組系數(shù)為 由?電機(jī)設(shè)計(jì)?圖10-2取A=26000 A/m由?電機(jī)設(shè)計(jì)?表10-1取B=0.82 TnN=1000 r/min 由?電機(jī)設(shè)計(jì)?表10-3 按定子外徑比為 Di1/D=0.75 則12 定子外徑 D1= Di1/( Di1/D)=58.71/0.75=78.28 cm13 定子鐵心總長度k2在中型電機(jī)中取1.581.95定子鐵心有效長度式中：為通風(fēng)道數(shù)，初值選8為通風(fēng)道損失寬度

49、。 查?交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊?圖1-26可得14 極中心處最小氣隙15 最大氣隙 初取Rp=25.17, bp=27.31當(dāng)時(shí)，波形最好，新系列16 極距17 定子槽數(shù)Q1當(dāng)時(shí)，根據(jù)?交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊?數(shù)據(jù)參考初選，高斯參考相近電機(jī)：q=4則，定子槽寬主要與及電壓有關(guān)，再新系列電機(jī)中為了減少銅線規(guī)格及工具，采用了標(biāo)準(zhǔn)槽寬。其適用圍如下：30cm =17.2mm初確定槽寬：18 每極每相槽數(shù) 電壓波形對發(fā)電機(jī)的值有要求，應(yīng)保證3。當(dāng)=3或接近3的整數(shù)槽時(shí)最好不用阻尼繞組，可得很好的波形，且線電壓畸變率小。19 每相串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)式中：每槽導(dǎo)體數(shù)，對于雙層繞組；并聯(lián)路數(shù)。取并聯(lián)路數(shù) a1=6 得每槽導(dǎo)體數(shù)

50、 于是每圈匝數(shù)為4每相串聯(lián)匝數(shù) 定子電流初步估計(jì):功電流：定子電流： 選定子電密= 計(jì)算導(dǎo)線并繞根數(shù)和每根導(dǎo)線截面積的乘積在附錄2中選 并繞根數(shù)=4：則導(dǎo)線截面積 Ac1=8.26 mm2選線規(guī) 厚絕緣聚脂漆包扁線 20 繞組節(jié)距 槽21 定子電流密度式中S1=33.04 為并繞導(dǎo)線總截面積 S1=22 定子線負(fù)荷23 定子熱負(fù)荷24 繞組系數(shù)繞組分布系數(shù) 查?交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊?表1-4，得0.96繞組節(jié)距系數(shù) 查?交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊?表1-4，得1.025 每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)26 實(shí)際極弧系數(shù) 一般取值 當(dāng)P=4和6時(shí)式中Rp為極靴半徑：又極靴寬鉉長 = 初取 則= 則27 計(jì)算極弧系數(shù)=基波氣隙磁通密度/實(shí)際氣隙磁通密度 查?交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊?圖1-81得 =AB=1.250.852=1.065為磁場波形系數(shù) 查?交流電機(jī)設(shè)計(jì)手冊?圖1-82 =BB=0.9071.076=0.97二空載計(jì)算28 每極磁通29 氣隙磁通密度30 定子槽形31 齒部磁通密度計(jì)算磁路用：高斯 計(jì)算鐵耗用：32 軛部磁通密度33 齒部每厘米長所需安匝根據(jù)