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目前以進(jìn)口機(jī)組為主的市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境,迫切的需要我國自行開發(fā)并擁有*的科學(xué)技術(shù),開發(fā)適合我國氣候與地理?xiàng)l件的發(fā)電機(jī)組。因此本文對中小型中壓無刷同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行設(shè)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(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。 
　　圖1 刷同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 
　　G―主發(fā)電機(jī);GAC―勵磁機(jī);GP―副勵磁機(jī):TA、TV――信號取樣裝置。發(fā)電機(jī)的主機(jī)是旋轉(zhuǎn)磁場式,通過電機(jī)的定子向外輸出電能。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子往往有隱極與凸極兩種結(jié)構(gòu)型式。因?yàn)榇祟愲姍C(jī)的運(yùn)行工況一般均和電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行,從而對發(fā)電機(jī)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(jī)波形的畸變率小、正弦性好。主機(jī)勵磁電流的由勵磁機(jī)通過旋轉(zhuǎn)的整流器來提供的,勵磁機(jī)為旋轉(zhuǎn)電樞式的三相同步發(fā)電機(jī),勵磁機(jī)的勵磁是由發(fā)電機(jī)控制器來提供的。 
　　2、通風(fēng)散熱設(shè)計 
　　為了提高材料利用率,采用較高的電磁負(fù)荷,所以需要提高電機(jī)的散熱能力。電機(jī)采用軸向的通風(fēng)結(jié)構(gòu),大部分損耗所產(chǎn)生的熱量從定子鐵芯傳給機(jī)座,再通過內(nèi)部風(fēng)扇與外部環(huán)境所帶來的冷卻氣體進(jìn)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(fēng)扇所帶來的冷卻氣流進(jìn)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(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時線圈甩脫,而且還能夠提高電機(jī)的通風(fēng)、散熱能力。 
　　(2)工頻轉(zhuǎn)子的線圈采用分層方式進(jìn)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(shè)計 
　　電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)所采用的材料,在溫度作用下,其機(jī)械、電氣、物理等性能都將會逐漸變壞,且當(dāng)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(dǎo)致失去絕緣能力。 
　　為提高電機(jī)的絕緣等級,電機(jī)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(fù)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(fù)合材料;引接線采用銅芯交聯(lián)聚烯烴絕緣電機(jī)繞組的引接線電纜、電線,連續(xù)運(yùn)行導(dǎo)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(jī)的絕緣性能優(yōu)良可靠,防潮能力強(qiáng),機(jī)械強(qiáng)度好。 
　　4、勵磁系統(tǒng)設(shè)計 
　　中壓無刷同步發(fā)電機(jī)通常采用單機(jī)勵磁,勵磁系統(tǒng)有三種方案:(1)可控相復(fù)勵勵磁:動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能好;難于與高壓發(fā)電機(jī)一體化,高低壓導(dǎo)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(jī)勵磁:動態(tài)性能稍差,穩(wěn)態(tài)性能好,增加副勵磁機(jī),使發(fā)電機(jī)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(jī)勵磁方案時,副勵磁機(jī)為發(fā)電機(jī)控制器所提供的工作電源,以及勵磁機(jī)用的勵磁電源:信號取樣裝置TA、TV是發(fā)電機(jī)控制器所提供控制用的信號取樣的輸入。 
　　5、冷卻設(shè)計 
　　發(fā)電機(jī)的冷卻方式一般可分為自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)循環(huán)冷卻、自力通風(fēng)冷卻。自然冷卻多用于lKW以下的電機(jī),強(qiáng)迫風(fēng)循環(huán)冷卻需在電機(jī)和風(fēng)機(jī)之間設(shè)置專門的風(fēng)路,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大,維護(hù)維修不便。中壓發(fā)電機(jī)功率不是很大,選用自力通風(fēng)冷卻是zui為合理的,將風(fēng)扇安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上,風(fēng)扇所消耗的功率由轉(zhuǎn)軸的機(jī)械功率進(jìn)行供給。 
　　圖2 導(dǎo)體溫度與冷卻介質(zhì)溫度的熱路簡化圖 
　　可見。式中:T為導(dǎo)體、冷卻介質(zhì)之間的溫差;Q為導(dǎo)體的發(fā)熱量;R為導(dǎo)體、冷卻介質(zhì)之間的熱阻。 
　　因?yàn)榻^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(jī)的值只和容量S有關(guān)。 
　　6、三次諧波線圈設(shè)計的基本原則 
　　在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中,三次諧波線圈具有傳感器的功能,又可認(rèn)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(jī),而出現(xiàn)種種的困難。設(shè)計三次諧波線圈有兩個基本原則:(1)三次諧波線圈所感應(yīng)的氣隙磁場的三次諧波分量要求純,所感應(yīng)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(yīng)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(dǎo)線均可以感應(yīng)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(yīng)的基波環(huán)流導(dǎo)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(jī)的的通風(fēng)散熱、絕緣、勵磁系統(tǒng)等設(shè)計進(jìn)行了討論,隨著我國各項(xiàng)資源的進(jìn)一步的合理利用,中壓同步發(fā)電機(jī)將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。