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目前以進口機組為主的市場經(jīng)濟環(huán)境,迫切的需要我國自行開發(fā)并擁有*的科學技術(shù),開發(fā)適合我國氣候與地理條件的發(fā)電機組。因此本文對中小型中壓無刷同步發(fā)電機進行設計研究,以供參考。 
　　1、結(jié)構(gòu)原理 
　　中小型中壓無刷同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。 
　　圖1 刷同步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)原理 
　　G―主發(fā)電機;GAC―勵磁機;GP―副勵磁機:TA、TV――信號取樣裝置。發(fā)電機的主機是旋轉(zhuǎn)磁場式,通過電機的定子向外輸出電能。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子往往有隱極與凸極兩種結(jié)構(gòu)型式。因為此類電機的運行工況一般均和電網(wǎng)并聯(lián)運行,從而對發(fā)電機的電壓品質(zhì)要求較高。轉(zhuǎn)子為隱極結(jié)構(gòu)的發(fā)電機波形的畸變率小、正弦性好。主機勵磁電流的由勵磁機通過旋轉(zhuǎn)的整流器來提供的,勵磁機為旋轉(zhuǎn)電樞式的三相同步發(fā)電機,勵磁機的勵磁是由發(fā)電機控制器來提供的。 
　　2、通風散熱設計 
　　為了提高材料利用率,采用較高的電磁負荷,所以需要提高電機的散熱能力。電機采用軸向的通風結(jié)構(gòu),大部分損耗所產(chǎn)生的熱量從定子鐵芯傳給機座,再通過內(nèi)部風扇與外部環(huán)境所帶來的冷卻氣體進行冷卻。而其余的損耗熱量主要是轉(zhuǎn)子損耗與部分定子繞組端部的損耗,都是由內(nèi)部風扇所帶來的冷卻氣流進行冷卻。針對轉(zhuǎn)子損耗產(chǎn)生的熱量,可采取以下措施: 
　　(1)中頻鐵芯的支架采用開槽結(jié)構(gòu),端部的線圈分別綁扎在前、后兩個固定的環(huán)上,不僅能夠緊固繞組線圈,防止電機在高速運轉(zhuǎn)時線圈甩脫,而且還能夠提高電機的通風、散熱能力。 
　　(2)工頻轉(zhuǎn)子的線圈采用分層方式進行繞制,在端部線圈的每層之間留一定的空間,從而使端部的散熱面積增大,便于散熱。 
　　3、絕緣設計 
　　電機的絕緣結(jié)構(gòu)所采用的材料,在溫度作用下,其機械、電氣、物理等性能都將會逐漸變壞,且當溫度升高到一定程度時,絕緣材料的特性將會發(fā)生本質(zhì)的變化,導致失去絕緣能力。 
　　為提高電機的絕緣等級,電機的電磁線采用漆膜厚度2級、耐熱等級為200級的聚酯亞胺/聚酰亞胺復合漆包圓銅線;槽的絕緣為耐熱等級為180級的聚酯亞胺薄膜聚芳酰胺纖維紙柔軟復合材料;引接線采用銅芯交聯(lián)聚烯烴絕緣電機繞組的引接線電纜、電線,連續(xù)運行導體的zui高溫度為125℃;槽楔為耐熱等級為180級的聚胺酰亞胺層壓的玻璃布板;l160無溶劑浸漬絕緣漆為連續(xù)真空壓力絕緣。整體的絕緣耐熱等級為H級,zui高可允許的工作溫度為180℃。所以,電機的絕緣性能優(yōu)良可靠,防潮能力強,機械強度好。 
　　4、勵磁系統(tǒng)設計 
　　中壓無刷同步發(fā)電機通常采用單機勵磁,勵磁系統(tǒng)有三種方案:(1)可控相復勵勵磁:動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能好;難于與高壓發(fā)電機一體化,高低壓導線混雜,可靠性差。(2)諧波勵磁:動態(tài)性能好,穩(wěn)態(tài)性能稍差;低壓諧波繞組易被擊穿,可靠性差。(3)副勵磁機勵磁:動態(tài)性能稍差,穩(wěn)態(tài)性能好,增加副勵磁機,使發(fā)電機軸向尺寸增大。第三種方案雖然動態(tài)性能稍差,但可靠性高,是zui為可行的。因此一般在選擇副勵磁機勵磁方案時,副勵磁機為發(fā)電機控制器所提供的工作電源,以及勵磁機用的勵磁電源:信號取樣裝置TA、TV是發(fā)電機控制器所提供控制用的信號取樣的輸入。 
　　5、冷卻設計 
　　發(fā)電機的冷卻方式一般可分為自然冷卻、強迫風循環(huán)冷卻、自力通風冷卻。自然冷卻多用于lKW以下的電機,強迫風循環(huán)冷卻需在電機和風機之間設置專門的風路,結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大,維護維修不便。中壓發(fā)電機功率不是很大,選用自力通風冷卻是zui為合理的,將風扇安裝在電機的轉(zhuǎn)軸上,風扇所消耗的功率由轉(zhuǎn)軸的機械功率進行供給。 
　　圖2 導體溫度與冷卻介質(zhì)溫度的熱路簡化圖 
　　可見。式中:T為導體、冷卻介質(zhì)之間的溫差;Q為導體的發(fā)熱量;R為導體、冷卻介質(zhì)之間的熱阻。 
　　因為絕緣層厚度和電壓等級密切相關(guān),。式中:U為額定電壓;S為額定容量;I為額定電流?？梢娂雍窠^緣層,熱阻將增大,但是,其中r為電樞繞組電阻。又有,其中:N為電樞繞組串聯(lián)匝數(shù)。因此 ,在外部散熱條件類似的情況下,中低壓發(fā)電機的值只和容量S有關(guān)。 
　　6、三次諧波線圈設計的基本原則 
　　在發(fā)電機系統(tǒng)中,三次諧波線圈具有傳感器的功能,又可認為是輔助功率的輸出元件。計算三次諧波線圈輸出的平均直流電壓值,會隨不同定子沖片槽數(shù)、不同的極數(shù)、不同的額定電壓等級的發(fā)電機,而出現(xiàn)種種的困難。設計三次諧波線圈有兩個基本原則:(1)三次諧波線圈所感應的氣隙磁場的三次諧波分量要求純,所感應的基波分量為零,若不為零,就要求其值zui小;(2)三次諧波線圈所感應的氣隙磁場的三次諧波分量輸出的電壓值較大。為了獲得較大的三次諧波所輸出的量值,必須以串接的形式排布多段三次諧波線圈。三次諧波線圈以占用基波繞組排布后所余下的空槽。此外,由于定子鐵心槽中的每一條導線均可以感應出基波電勢,這就要求三次諧波線圈的排布要處處考慮成對的安排相應的基波環(huán)流導線段,從而使其相互抵消,無基波量出現(xiàn)。 
　　7、結(jié)語 
　　本文對中小型中壓同步發(fā)電機的的通風散熱、絕緣、勵磁系統(tǒng)等設計進行了討論,隨著我國各項資源的進一步的合理利用,中壓同步發(fā)電機將會得到越來越廣泛的應用。