天生桥电站水轮发电机电磁设计与计算

天生桥电站水轮发电机电磁设计与计算

摘要

随着超大型水轮发电机的应用越来越广泛，各国对水轮发电机的研究越来越深入，水轮发电机的优选也变得越来越重要。对水轮发电机的优选也就是对其电磁方案的优化。水轮发电机电磁方案的优化不仅可以提升电机运行效率，也可以降低电机设计成本，在企业竞争激烈以及能源短缺的今天这些尤为重要。本文在掌握电磁设计的方法基础上，对天生桥水电站水轮发电机电磁方案进行计算，然后通过改变发电机的气隙长度、定子内外径长度、铁心长度、电负荷等参数来观察电磁量、励磁量、损耗、材料用量、效率、电压变化率、温升等因数的变化，对该水轮发电机的尺寸结构、材料用量、性能等因素进行了优选处理。通过上述几个方案的对比分析得到了改变不同设计变量电机性能的变化规律。此研究成果的意义在于，参数的调整可以针对多种不同方案进行利弊比对，有利于对大型水轮发电机的工作性能进行最大程度的提升和改良，同时在水轮发电机初步设计时的数据选择上，有较好的参照性结论，使大型水轮发电机在实际应用中发挥最大效用。本文所作的工作可以为相关电机的设计提供重要的参考依据。

关键词　水轮发电机；电磁设计；性能对比

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 天生桥水电站概述 1

1.2 课题研究目的 2

1.3 课题研究的意义 2

1.4 课题内容 2

1.5 课题综述 3

1.6 本章小结 3

第2章 电磁计算的基本原理、方法及其步骤 4

2.1 定子绕组、磁路尺寸及阻尼绕组的选择 4

2.1.1 水轮机所给额定值 4

2.2 定子绕组的确定 4

2.2.1 定子绕组型式的选择 4

2.2.2 定子槽数的确定 5

2.2.3 节距的确定 7

2.2.4 电负荷的确定 7

2.2.5 定子铁心长度的确定 8

2.2.6 外形尺寸的确定 9

2.3 磁路尺寸 9

2.3.1 极距的选择 9

2.3.2 定子铁心有效长度 9

2.3.3 定子槽形尺寸的确定 10

2.3.4 气隙长度的选择 10

2.3.5 极弧系数的确定 10

2.3.6 磁极尺寸的确定 11

2.4 空载特性计算 12

2.4.1 极身根部磁通的确定 12

2.4.2 空气隙的磁势 12

2.4.3 转子轭与磁极接缝处之磁势 12

2.5 参数及时间常数 12

2.6 阻尼绕组及励磁绕组尺寸的确定 13

2.6.1 阻尼条节距 13

2.6.2 阻尼环尺寸的确定 13

2.6.3 阻尼直径的确定 14

2.7 同步电抗的确定 14

2.8 电机损耗 14

2.9 电机效率 16

2.10 同步发电机的运行特性 16

2.11 同步发电机的磁场和功率、转矩方程及运行特性 17

2.11.1 空载和负载时同步发电机的磁场 17

2.11.2 电磁设计步骤 17

2.12 本章小结 18

第3章 电磁方案计算 19

3.1 基本数据 19

3.1.1 额定数据 19

3.1.2 定子绕组数据 19

3.1.3 励磁绕组及阻尼绕组数据 21

3.2 空载磁势计算 22

3.2.1 磁路尺寸 22

3.2.2 空载特性计算 24

3.3 电抗和时间常数的计算 28

3.4 负载磁势计算 32

3.4.1 短路和额定千伏安cosφ=0时磁势的计算 32

3.5 励磁数据 34

3.6 损耗和效率 35

3.6.1 空载损耗 35

3.6.2 短路损耗 35

3.6.3 励磁损耗 37

3.6.4 机械损耗 38

3.7 温升计算 38

3.7.1 定子温升计算 38

3.7.2 转子温升计算 40

3.8 经济指标 41

3.9 本章小结 42

第4章 计算结果及分析 43

4.1 计算方案 43

4.2 方案对比分析 43

4.2.1 电机尺寸对比 43

4.2.2 电磁量对比 44

4.2.3 励磁量对比 46

4.2.4 材料用量对比 48

4.2.5 损耗对比 48

4.2.6 温升对比 50

4.2.7 其他参数对比 50

4.3 各方案对比分析总结 51

4.3.1 定子铁心长度对发电机性能的影响 51

4.3.2 定子铁心内径对发电机性能的影响 52

4.3.3 空气隙对发电机性能的影响 52

4.3.4 电负荷对发电机性能的影响 52

4.4 本章小结 53

结论 54

致谢 55

参考文献 56