CN104638861B - 一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机 - Google Patents

Abstract

本发明属于研究用发电电动机的模型机技术领域，特别涉及一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机。所述发电电动模型机的电枢绕组位于转子且随转子一同旋转，而磁极、励磁绕组和阻尼槽位于定子上，各阻尼槽内分别插入阻尼导条或仿形槽样棒，机座和端盖都采用开启式结构，这样在旋转状态可以方便测试阻尼电流；当每个磁极上实际配置的阻尼导条根数少于阻尼槽孔数时，可以在空闲的阻尼槽插入叠片式仿形槽样棒，从而在不置换磁极时实现阻尼导条根数的改变，也不会因为空闲阻尼槽的存在而导致气隙磁场的波动。所述发电电动模型机可用于研究不同数量阻尼导条对发电电动机稳态及暂态性能的影响。

Description

一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机

技术领域

本发明属于研究用发电电动机的模型机技术领域，特别涉及一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机。

背景技术

同步发电机作为电力系统最重要元件之一，其运行行为对于系统的稳定性具有重要作用。而同步发电机阻尼导条的作用则会对系统动态特性产生重要的影响。发电机阻尼导条的作用不仅会受到磁路饱和、磁场畸变以及交叉磁化等非线性因素的影响，而且阻尼电流还会受到集肤效应的影响，这些因素会导致阻尼导条中的电流及其产生的阻尼作用变得非常复杂，为了能够直观的研究阻尼导条的作用，最佳方案就是直接测量阻尼导条中的电流。

然而，为了保证电力系统的安全稳定运行，现场的大型发电机很难进行切机、突然短路等极端实验来研究它的各种动态特性和参数；同时，由于同步发电机的阻尼导条固定在转子表面并随转子一同旋转，这样使得发电机运行过程中无法直接测试阻尼导条中的电流。

发明内容

为了研究不同数量阻尼导条对同步电机运行行为的影响，本发明提供了一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机。

本发明采用的技术方案为：

在转子铁心上设置电枢绕组，定子上设置磁极和励磁绕组，且定子安装在机壳上；在每个磁极所在的区域靠近转子铁心的位置分别设置若干个阻尼槽，各阻尼槽内分别插入阻尼导条或仿形槽样棒，从而在不置换磁极时实现阻尼导条根数的改变。

所述仿形槽样棒为叠片式仿形槽样棒，由若干个形状相同的槽样片叠合组成；单个槽样片的形状与阻尼槽的形状相同，厚度等于单片磁极的厚度，槽样片所用材料的磁导率和电导率均与磁极相同。

所述阻尼槽内全部插入阻尼导条或全部插入仿形槽样棒或将阻尼导条和仿形槽样棒混合插入。

所述阻尼导条和仿形槽样棒混合插入阻尼槽时，阻尼导条与仿形槽样棒均匀交错布置，或使阻尼导条相对于中心位置的阻尼槽对称布置。

所述定子和转子铁心的两端均设置端盖；所述机壳和端盖均采用开启式结构。

本发明的有益效果为：

(1)当每个磁极上实际配置的阻尼导条根数少于阻尼槽孔数时，可以在空闲的阻尼槽插入叠片式仿形槽样棒，从而在不置换磁极时实现阻尼导条根数的改变，也不会因为空闲阻尼槽的存在而导致气隙磁场的波动。

(2)电枢绕组位于转子且随转子一同旋转，而磁极、励磁绕组和阻尼导条位于定子上，机座和端盖都采用开启式结构，这样在旋转状态可以方便测试阻尼电流，而在停机后不用拆下端盖、不用更换磁极就可以改变阻尼导条的根数。由于阻尼导条位于定子且不随转子旋转，因而可直接采用霍尔电流互感器采集阻尼导条中的电流，并通过数字示波器记录电流波形，进行数据处理后最终得到发电电动机动态过程中的阻尼电流。

(3)所述发电电动机模型机可用于研究不同数量阻尼导条对发电电动机稳态及暂态性能的影响；为进一步研究发电机动态过程中的阻尼特性、阻尼等效参数等问题提供了实验依据。

(4)进行发电机实验时，采用直流电动机将其拖动至同步速，在模型机励磁绕组中施加励磁电压，可进行非并网条件下的各种实验，如空载特性、短路特性及空载突然短路等试验，同时，当模型机并网运行时，可实现稳态以及转矩扰动、励磁扰动、负载突然短路等试验；进行电动机实验时，在励磁绕组中串10倍励磁电阻，三相电枢绕组施加额定电压直接启动，当转速达到亚同步速时，立即通入励磁电流牵入同步速，启动后可进行电动机工况下的稳态以及甩负荷、励磁扰动、负载突然短路等试验。

附图说明

图1为根据本发明技术方案设计制造的10kW发电电动机模型机的二维界面示意图，每极下最大阻尼导条数为7根；

图2为叠片式仿形槽样棒的结构示意图；

图3(a)为根据本发明技术方案设计制造的10kW发电电动机模型机每极下有7根阻尼导条的二维界面示意图(仅画出一对极，其它两对极与其相同)；

图3(b)为根据本发明技术方案设计制造的10kW发电电动机模型机每极下有6根阻尼导条的二维界面示意图，第a4、b4阻尼槽用图3所示的叠片式仿形槽样棒填充，图中用黑色表示(仅画出一对极，其它两对极与其相同)；

图3(c)为根据本发明技术方案设计制造的10kW发电电动机模型机每极下4根阻尼导条的二维界面示意图，第a2、a4、a6、b2、b4、b6阻尼槽用图3所示的叠片式仿形槽样棒填充，图中用黑色表示(仅画出一对极，其它两对极与其相同)；

图3(d)为根据本发明技术方案设计制造的10kW发电电动机模型机每极下0根阻尼导条的二维界面示意图，所有阻尼槽均用图3所示的叠片式仿形槽样棒填充，图中用黑色表示(仅画出一对极，其它两对极与其相同)；

图4为发电电动机模型机阻尼导条的端部连接方式示意图；

阻尼导条采用顺绕的紫铜线构成，采用搭接短线和压接卡子将相邻两个没有连接的阻尼导条端部压接起来；

图5(a)为采用图3(a)安装方式，每极下阻尼导条为7根时，发电电动机模型机空载自启动过程中，电枢A相电流的变化曲线；

图5(b)为采用图3(a)安装方式时，发电电动机模型机空载自启动过程中，a1槽中阻尼导条电流的变化曲线；

图5(c)为采用图3(b)安装方式时，发电电动机模型机空载自启动过程中，电枢A相电流的变化曲线；

图5(d)为采用图3(b)安装方式时，发电电动机模型机空载自启动过程中，a1槽中阻尼导条电流的变化曲线；

图5(e)为采用图3(c)安装方式时，发电电动机模型机空载自启动过程中，电枢A相电流的变化曲线；

图5(f)为采用图3(c)安装方式时，发电电动机模型机空载自启动过程中，a1槽中阻尼导条电流的变化曲线；

图6(a)为采用图3(a)、图3(c)和图3(d)安装方式时，发电电动机模型机空载突然短路过程中，电枢A相电流的变化曲线；

图6(b)为采用图3(a)、图3(c)和图3(d)安装方式时，发电电动机模型机空载突然短路过程中，励磁电流的变化曲线；

图6(c)为采用图3(a)、图3(c)和图3(d)安装方式时，发电电动机模型机空载突然短路过程中，a1槽中阻尼导条电流的变化曲线；

图7为所有阻尼槽采用叠片式仿形槽样棒填充和不填充时，发电电动机模型机的空载感应电动势曲线。

图中标号：

1-励磁绕组；2-定子磁轭；3-磁极；4-阻尼槽；5-电枢绕组；6-转子铁心；7-搭接短线；8-定子铁心；9-压接卡子；10-阻尼导线。

具体实施方式

本发明提供一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

该模型机的横截面如图1所示，其额定数据为：额定功率10kW，额定电压400V，额定励磁电流6A，3对极，额定转速1000r/min。将励磁绕组1、阻尼槽4和磁极3固定在定子上，定子的最外圈为定子磁轭2，阻尼槽4中设置阻尼导条；电枢绕组5设置在转子铁心6上；由于阻尼导条位于定子且不随转子旋转，因而可直接采用霍尔电流互感器测量阻尼导条中的电流，并通过数字示波器记录阻尼导条中的电流波形；通过改变阻尼绕组的根数，可实现每个极下最多7根阻尼导条，最少0根阻尼导条以及半阻尼等情况下的稳态和动态实验测试。当每极下阻尼导条小于7根时，可将与磁极相同材质的叠片式仿形槽样棒填充进空置的阻尼槽中，从而在不置换磁极时实现阻尼导条根数的改变，也不会因为空闲阻尼槽的存在而导致气隙磁场的波动，叠片式仿形槽样棒的结构如图2所示，其由若干片与磁极厚度相同的槽样片叠合组成。阻尼导条的端部连接方式如图4所示，各阻尼导条由顺绕的紫铜线构成，设置在定子铁心8内部的阻尼槽4内，采用搭接短线7和压接卡子9将相邻两个没有连接的阻尼导条端部压接起来，最外端连接阻尼导线10。

实施实例一：

采用本专利所设计制造的发电电动模型机进行不同数量阻尼导条的空载自启动实验，对每极下阻尼导条根数分别为7根、6根和4根时自启动过程进行试验。图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为每极下7根阻尼导条、6根阻尼导条和4根阻尼导条时的二维截面示意图。当每极下阻尼导条少于7根时，空出的阻尼槽用图3所示的叠片式仿形槽样棒填充，如图3(b)中所示的a4、b4阻尼槽以及图3(c)中所示的a2、a4、a6、b2、b4、b6阻尼槽均采用图2中所示的叠片式仿形槽样棒填充，从而在不置换磁极时实现阻尼条根数的改变。三种情况下，阻尼导条的端部均采用与图4相同的连接方式。

将发电电动机模型机励磁绕组串联10倍励磁电阻并短接，电枢绕组施加线电压为400V的对称三相电压，进行空载自启动实验。通过霍尔互感器将电枢电流、阻尼电流转换为电压信号并采用数字示波器进行记录；通过数据处理可得到发电电动机模型机的电枢电流和阻尼电流曲线。

图5(a)～图5(f)分别为每极下7根阻尼导条、6根阻尼导条和4根阻尼导条时，发电电动机模型机启动时的电枢电流和阻尼电流，从图中可以看出三种情况下，电枢A相电流和a1槽阻尼导条电流的变化曲线，其它阻尼条中的电流也可通过相同的方法测得。

实施实例二：

采用本专利所设计制造的发电电动模型机，对每极下阻尼导条根数分别为7根、4根和0根时的空载三相突然短路过程进行测试。图3(a)、图3(c)和图3(d)分别为7根阻尼导条、4根阻尼导条和0根阻尼导条时的二维截面示意图。当阻尼导条少于7根时，空出的阻尼槽用图2中所示的叠片式仿形槽样棒填充，如图3(c)中所示的a2、a4、a6、b2、b4、b6阻尼槽及图3(d)中的所有阻尼槽均采用与磁极相同的导磁材料填充，从而在不置换磁极时实现阻尼条根数的改变。

采用直流电动机将发电电动机模型机拖动至同步转速，在励磁绕组中通入励磁电流，并增加励磁电流使得机端线电压达到额定电压400V，此时，将发电电动机模型机的机端三相绕组突然短路，采用数字示波器记录电枢电流、励磁电流和阻尼电流的变化曲线。图6(a)～图6(c)分别为每极下7根阻尼导条、4根阻尼导条和0根阻尼导条时，电枢电流、励磁电流和a1槽阻尼导条电流的变化曲线，其它阻尼条中的电流也可通过相同的方法测得。

实施实例三：

采用本专利所设计制造的发电电动模型机，对阻尼槽填充导磁材料和不填充时的空载电压进行测试，此时的空载电压不仅反映了电机的空载感应电势也反映了空载气隙磁场。图3(a)是每极下7个阻尼槽不填充导磁材料时的二维截面示意图；图3(d)为每极下7个阻尼槽全部填充叠片式仿形槽样棒时的二维截面示意图。

通过直流电动机将发电电动机模型机拖动至同步转速，在励磁绕组中通入励磁电流，并增加励磁电流使得机端线电压达到额定电压400V，采用数字示波器记录机端相电压，如图7所示。从图中可以看出，阻尼槽无填充时，感应电动势波形不平滑，其中含较多的齿谐波；而阻尼槽填充叠片式仿形槽样棒后，感应电动势变得十分平滑。

Claims (5)

1.一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机，其转子铁心(6)上设置电枢绕组(5)，定子上设置磁极(3)和励磁绕组(1)，且定子安装在机壳上，其特征在于，在每个磁极(3)所在的区域靠近转子铁心(6)的位置分别设置若干个阻尼槽(4)，各阻尼槽(4)内分别插入阻尼导条或仿形槽样棒，从而在不置换磁极时实现阻尼导条根数的改变。

2.根据权利要求1所述的一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机，其特征在于，所述仿形槽样棒为叠片式仿形槽样棒，由若干个形状相同的槽样片叠合组成；单个槽样片的形状与阻尼槽(4)的形状相同，厚度等于磁极单个叠片的厚度，槽样片所用材料的磁导率和电导率均与磁极材料相同。

3.根据权利要求1所述的一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机，其特征在于，所述阻尼槽(4)内全部插入阻尼导条或全部插入仿形槽样棒或将阻尼导条和仿形槽样棒混合插入。

4.根据权利要求3所述的一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机，其特征在于，所述阻尼导条和仿形槽样棒混合插入阻尼槽(4)时，阻尼导条与仿形槽样棒均匀交错布置，或使阻尼导条相对于阻尼导条所在的磁极下中心位置的阻尼槽(4)对称布置。

5.根据权利要求1所述的一种能够改变磁极上阻尼导条根数的发电电动模型机，其特征在于，所述定子和转子铁心(6)的两端均设置端盖；所述机壳和端盖均采用开启式结构。