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高壓發(fā)電機的定子結構設計特點(diǎn)

  高壓發(fā)電機同樣適用于傳統發(fā)電機的轉子結構,因此在商壓發(fā)電機中只有跟電機定子結構相關(guān)的設計需要改進(jìn)。

  為了使發(fā)電機獲得高電壓輸出,電樞鐵芯的桁形開(kāi)得很深,以保證每梢中能 夠安放足夠的電纜匝數。高壓發(fā)電機的定子由疊裝鋼片組成的層疊鐵芯組成,定 子槽的齒由外向內指向電機的轉子。為適應繞組絕緣厚度逐匝遞增的需要,槽型由多個(gè)直徑逐個(gè)遞增的圓相串而成,每個(gè)圓中安放一根電纜,這樣齒的寬度由里到外基本相等,使其中的磁場(chǎng)強度保持均勻,降低齒中的損粍。高壓發(fā)電機定子 的剖視圖及定子槽的溫度分布如圖1-4所示。

  對旋轉電機的設計進(jìn)行優(yōu)化時(shí),設計磁路的槽和齒是其中非常關(guān)鍵的步驟。 對于像高壓發(fā)電機這樣的高壓發(fā)電機,串聯(lián)繞組匝數更多,需要有很深的槽。同時(shí),應當將槽齒設計得盡可能寬,以降低電機內部的勵磁量和損耗。對電纜線(xiàn)圈而言,靠近轉子側部分不需要很厚的絕緣層,因此向著(zhù)轉子方向槽的橫截面可以設計得較小;而對于遠離轉子的電纜線(xiàn)圈,其所需的絕緣層比較厚,在背著(zhù)轉子方向,槽的橫截面應當設計得較大。

  事實(shí)上,高壓發(fā)電機繞組由大量不同尺寸的電纜繞制而成,繞組加工中的處理能力決定了每根電纜所能達到的最大長(cháng)度,而電纜接頭的數目則取決于每根電纜的長(cháng)度。用成型的高壓XLPE電纜制作定子繞組,同時(shí)在電纜和槽壁之間插入一個(gè)三角形硅橡膠管,以保證電纜的固定。每個(gè)槽里相隔一定距離就有一個(gè)圓形孔,兩圓孔之間形成窄的腰,像車(chē)鏈條,并且固定電纜的一側圓弧較小,造成其定子結構與傳統發(fā)電機明顯不同。特殊的定子槽形及采用多層同心式繞組,使得高壓發(fā)電機端部結構也比傳統發(fā)電機復雜。

  由于定子繞組電纜采用分級絕緣,定子齒寬的均勻性可以得到保證,通過(guò)這樣的設計,即使是疊壓鐵芯也可以得到優(yōu)化利用。電纜穿過(guò)定子梢就可以形成繞 組,它的尺寸由系統電壓和電功中的最大值決定。定子繞組中的各匝繞組對地電位各不相同,因此各處繞組的尺寸也不相同。雖然電纜繞組不會(huì )出現槽內氣隙的放電和槽口處的電暈放電,但是最外層的股線(xiàn)應該有一個(gè)或者幾個(gè)采用不絕緣設計,使得內部半導體層 和股線(xiàn)的電勢相等。隨歡離壓發(fā)電機定子電壓的大幅提高,定子電流顯著(zhù)低于同功率的常規發(fā)電機,這意味著(zhù)端部繞組承受的機械力降 低,相對于常規發(fā)電機,繞組端部的固定問(wèn)題得到明顯簡(jiǎn)化。繞組電纜在高壓發(fā)電機定子槽中的固定方式如圖1-5所示。

  對常規發(fā)電機而言,其定子繞組采用雙層設計,槽齒比較短。相比之下,高壓發(fā)電機采用多層繞組設計,定子開(kāi)槽很深, 而且齒很長(cháng),從機械角度而言,容易造成齒彎曲和剛度下降,導致低頻共振的產(chǎn)生。從確保電纜與疊壓鐵芯間具備有良好電接觸的角度出發(fā),同時(shí)減少由于電纜在槽中振動(dòng)所引起的半導體層磨損,電纜必須固定在齒槽內部。

  設計常規電機的原則是:以在滿(mǎn)足電機性能指標為前提,確定最佳幾何尺寸和參數,使制造成本最小化,這屬于優(yōu)化設計的范疇。同樣地,高壓發(fā)電機的設 計也需要優(yōu)化。例如,定子鐵芯和定子繞組的結構優(yōu)化問(wèn)題、較佳的性?xún)r(jià)比的選擇問(wèn)題等。

  作為近年發(fā)展起來(lái)的新型發(fā)電設備,高壓發(fā)電機在提高機組容量和增加耐壓等級時(shí)需要首先解決一些理論問(wèn)題,其中機械強度和機械振動(dòng)是定子齒設計時(shí)首 要關(guān)心的問(wèn)題,而機組的發(fā)熱和冷卻問(wèn)題等也需要開(kāi)展進(jìn)一步的研究。



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