四川大发SF120-206500型水轮发电机电磁设计

四川大发SF120-20/6500型水轮发电机电磁设计

摘要

本课题对水轮发电机做了概括性的介绍，包括分类、工作原理、运行状态、相对于其他发电机的优点等，对水轮发电机的基本结构和运行性能有了一定的了解。随着大型水轮发电机在各个领域的应用越来越广泛，关于水轮发电机的优化成为一个非常热门的话题，因此电磁设计就显得尤为重要。本研究课题结合四川大发电站12万千瓦水轮发电机的电磁算例，对电磁设计进行更深一步的研究。通过改变单一变量的方式，通过对气隙的长度、定子铁心内外圆半径、铁心长度、电负荷大小的调节对电磁设计方案进行研究分析，比较了各种方案中各个参数的变化对水轮发电机的结构尺寸、铜铁材料用量、性能、效率、飞轮力矩、电压调整率和过载能力等的影响，总结了各种方案的优缺点，从而得出了最合理的设计方案。通过本次研究计算，得出了调整采用不同参数的各种方案，并进行对比研究，这项研究有利于提升和改良大型水轮发电机的工作性能，为水轮发电机初步设计时的数据选择提供了较好的参考，进而为得出最佳优化方案提供了依据。

关键词　水轮发电机；电磁设计；优化方案

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.1.1 同步电机的简介 1

1.1.2 同步电机的分类 1

1.1.3 同步电机的运行状态 1

1.1.4 同步电机的励磁方式 2

1.1.5 同步电机的工作原理 2

1.2 课题简介 2

1.3 发展趋势 3

1.4 基本工作原理 4

1.5 给定额定数据 5

1.6 研究方案 5

第2章 电磁计算的基本理论 6

2.1 定子铁心内径和铁心长度的选择 6

2.2 极距的选择 6

2.3 定子铁心长度的选择 7

2.4 定子绕组形式的选择 7

2.5 定子槽数的选择 8

2.6 定子绕组接线 9

2.7 定子槽形 10

2.8 电负荷的选择 11

2.9 定子槽形尺寸及槽数 12

2.10 外型尺寸的估算 13

2.10.1 定子机座外径 13

2.10.2 定子机座高度 13

2.10.3 重量估算 13

2.11 隙长度选择 13

2.12 磁极铁心各部尺寸的选择 15

2.12.1 极弧系数 15

2.12.2 极靴宽度 15

2.12.3 极靴高度 15

2.12.4 极身高度 16

2.12.5 极身宽度 16

2.13 阻尼绕组尺寸的选择 16

2.13.1 阻尼条节距 16

2.13.2 阻尼直径 17

2.13.3 阻尼环尺寸 17

2.13.4 实心磁极作用 18

2.14 励磁绕组尺寸的选择 18

2.14.1 励磁绕组铜线总高度 18

2.14.2 励磁绕组裸铜排的高度和 18

2.14.3 励磁绕组每极匝数 18

2.15 磁路计算 19

2.15.1 磁路计算原则及要点 19

2.15.2 各部磁通密度的选择 20

2.15.3 空载特性计算 20

2.16 负载磁动势计算 21

2.17 参数及时间常数 22

2.18 损耗与效率 22

2.18.1 效率 22

2.18.2 损耗 23

第3章 电磁计算 25

3.1 基本数据 25

3.1.1 额定数据 25

3.1.2 定子绕组数据 26

3.1.3 励磁绕组及阻尼绕组数据 27

3.2 空载磁势计算 28

3.2.1 磁路尺寸 28

3.2.2 空载特性计算 29

3.3 电抗和时间常数的计算 32

3.4 负载磁势计算 36

3.4.1 短路和额定千伏安时磁势的计算 36

3.5 励磁数据 37

3.6 损耗和效率 38

3.6.1 空载损耗 38

3.6.2 短路损耗 39

3.6.3 励磁损耗 40

3.6.4 机械损耗 40

3.7 温升计算 41

3.7.1 定子温升计算 41

3.7.2 转子温升计算 42

3.8 经济指标 42

第4章 电磁方案的比较分析 44

4.1 对比方案 44

4.2 方案对比 44

4.2.1 材料用量的对比 44

4.2.2 损耗对比 44

4.2.3 温升对比 45

4.2.4 主要性能指标对比 45

4.2.5 励磁量对比 45

4.3 几种方案对比分析 46

4.3.1 关于气隙的变化 46

4.3.2 关于铁心长度的变化 46

4.3.3 关于铁心内外径的变化 47

4.3.4 电负荷的变化 47

4.4 方案对比总结 47

结论 48

致谢 49

参考文献 50