CN106297507B - 一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，包括两极隐极式结构的转子，位于励磁绕组上方的转子导电槽楔，其与端部刚性阻尼环连接构成模型机的转子阻尼绕组。所述汽轮发电机模型机可以实现不同阻尼结构作用对发电机动态过程影响的研究，可以为发电机动态过程中的转子阻尼作用的非线性理论研究提供实验依据，也可以为发电机阻尼参数的等效研究及辨识提供有力的实验支撑。
Description
技术领域
本发明属于汽轮发电机阻尼绕组结构和功能的物理模拟技术领域，特别涉及一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机。
背景技术
汽轮发电机作为电力系统最重要的元件之一，其运行行为对于系统的稳定性具有重要作用。而在发电机动态运行过程中，转子阻尼的作用是一个不可忽视的关键因素。为了保证电力系统安全稳定运行，现场的大型发电机很难进行阻尼绕组特性及相关参数的测试和研究；此外，在发电机动态过程中，转子阻尼作用除了受到磁路饱和、磁场畸变以及交叉磁化等非线性因素的影响外，阻尼绕组中产生的涡流也会在集肤效应的作用下不均匀分布，从而导致阻尼等效电阻与漏电抗发生变化。因此，在充分考虑上述复杂非线性因素的情况下，通过模型机实验来研究汽轮发电机转子阻尼绕组的作用可以为理论研究提供有力的实验支持。
发明内容
为了研究汽轮发电机转子导电槽楔与端部阻尼环构成的阻尼绕组在发电机动态过程中的作用，本发明提供了一种能够模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机。
本发明采用的技术方案为：
一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，包括两极隐极式结构的转子(1)，位于励磁绕组(2)上方的转子导电槽楔(3)，其与端部刚性阻尼环(4)连接构成模型机的转子阻尼绕组。
进一步，所述转子导电槽楔(3)包含5根柔性铜导条(5)，其与端部阻尼环(4)之间的连接具有弹性余度，从而使得每个转子导电槽楔(3)中的铜导条(5)均能与端部阻尼环(4)良好接触。
进一步，所述铜导条(5)在转子导电槽楔端部呈圆弧状，使铜导条5与端部阻尼环(4)完全接触，从而减小接触电阻的大小。
进一步，每个励磁绕组(2)上方的导电槽楔(3)与转子端部两侧的阻尼环(4)通过6个螺丝(6)连接，这样可以对铜导条(5)进行拆装，以便研究转子导电槽楔(3)在发电机动态过程中的阻尼作用。
进一步，所述铜导条(5)与端部阻尼环(4)通过铜螺丝(6)连接，螺丝与导条之间设置垫片(7)，该垫片(7)与铜导条(5)的接触面呈圆弧状，可以有效增大两者之间的接触面积，减小接触电阻。
进一步，所述转子导电槽楔(3)由铜导条构成,或由铜导条与绝缘材料混合构成，从而可以研究不同导电槽楔截面积对发电机转子阻尼作用的影响。
进一步，所述转子导电槽楔(3)包含铜导条，或不锈钢导条、铝合金导条或这些导条的组合，以便研究不同材料对发电机阻尼作用的影响。
本发明的有益效果为：
(1)汽轮发电机在动态过程中，转子阻尼绕组中会感应电流，该电流产生的磁场与定子相应磁场相互作用会产生异步转矩，该转矩会对发电机的稳定运行产生重要作用；所述模型机可以有效研究发电机转子阻尼在动态过程中的作用。
(2)所述汽轮发电机模型机转子阻尼导条与阻尼环通过螺丝连接，可以方便拆装，这样就可以研究只有转子铁心作用时发电机的阻尼特性和导电槽楔与铁心共同作用时发电机的阻尼特性，并将两者进行对比获得发电机转子不同阻尼结构产生阻尼作用强弱的定量描述。
(3)所述汽轮发电机模型机转子导电槽楔由多根柔性铜导条构成，一方面可以使得其与端部阻尼环接触良好，另一方面可以通过改变铜导条的根数，实现不同转子导电槽楔截面积对发电机转子阻尼作用影响的研究。
(4)所述汽轮发电机模型机可以为发电机动态过程中的转子阻尼作用的非线性理论研究提供实验依据。
(5)所述汽轮发电机模型机可以为发电机阻尼参数的等效研究及辨识提供有力的实验支撑。
附图说明
图1为根据本发明设计的10kW汽轮发电机模型机转子的二维界面示意图。
图2为10kW汽轮发电机模型机的转子槽结构。
图3为10kW汽轮发电机模型机转子导电槽楔结构，转子槽楔共由五层构成。
图4为10kW汽轮发电机模型机阻尼绕组的端部连接结构以及端部阻尼环的结构。
图5a)为转子导电槽楔采用铜导条的转子结构，铜导条用实线表示。
图5b)为转子导电槽楔采用环氧树脂的转子结构，环氧树脂用虚线表示。
图5c)为转子导电槽楔中上三层采用环氧树脂结构，下两层采用铜导条结构。
图6a)为铜导条槽楔和环氧树脂槽楔时的定子a相电流对比结果。
图6b)为铜导条槽楔和环氧树脂槽楔时的励磁电流对比结果。
图7a)为铜导条槽楔和上三层采用环氧树脂结构下两层采用铜导条结构时的定子a相电流对比结果。
图7b)为铜导条槽楔和上三层采用环氧树脂结构下两层采用铜导条结构时的励磁电流曲线对比结果。
图中，1-转子，2-励磁绕组，3-转子导电槽楔，4-端部阻尼环，5-铜导条，6-螺丝，7-垫片。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供一种能够模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，包括两极隐极式结构的转子1，位于励磁绕组2上方的转子导电槽楔3，其与端部刚性阻尼环4连接构成模型机的转子阻尼绕组。所述转子导电槽楔3包含多根柔性铜导条5，经过叠压而成，并与端部刚性阻尼环连接构成模型机的转子阻尼绕组。由多根柔性铜导条构成的转子导电槽楔通过铜螺丝6与端部阻尼环连接可以保证每个转子槽楔均与端部阻尼环牢固连接且接触良好，且可以拆装；构成转子导电槽楔的铜导条在端部呈圆弧状使得铜导条与阻尼环能完全接触，铜导条与端部阻尼环通过铜螺丝连接，螺丝与导条之间设置垫片7，该垫片与导条的接触面呈圆弧状，可以有效增大两者之间的接触面积。所述模型机可以改变铜导条的数量，空出来的槽楔部分采用相同大小的环氧树脂材料代替，从而可以研究导电槽楔截面积大小对发电机转子阻尼作用的影响。模型机转子导电槽楔不仅可以采用铜导条，还可以采用不锈钢、铝合金等材料来研究不同材料对发电机阻尼作用的影响。
根据本发明技术方案设计了10kW汽轮发电机两级隐极模型机，转子二维截面图如图1所示，转子槽数为32，槽分度数为48，槽间距α为7.5度。
根据本发明设计的10kW汽轮发电机模型机的转子槽结构如图2所示，转子槽深hr为62mm，槽口高hr0为6.5mm，槽口宽br0为2.5mm，阻尼槽高hr1为5.2mm，阻尼槽宽br1为8mm。
根据本发明设计的10kW汽轮发电机模型机的转子阻尼条结构如图3所示，模型机的转子阻尼槽中放入阻尼铜导条，阻尼铜导条的由5层厚度hcu为1mm，宽度bcu为8mm的紫铜片叠压而成，紫铜经过退火处理。
根据本发明设计的10kW汽轮发电机模型机的转子阻尼条端部结构如图4所示，阻尼铜导条与端部阻尼环通过铜螺丝连接并形成闭合回路，端部阻尼环由宽度be为60mm，厚度he为4mm，半径Re为113.5mm的铜环构成。
实施例1
采用本发明设计的10kW汽轮发电机两级隐极模型机对动态过程中转子槽楔为铜导条和环氧树脂情况下的空载三相突然短路结果进行对比。图5a)为转子槽楔采用铜导条(实线表示)时的转子槽二维截面示意图，图5b)为转子槽楔采用环氧树脂(虚线表示)时的转子槽二维截面示意图。阻尼槽楔采用铜导条时，其在发电机动态过程中会感应涡流，进而产生阻尼作用；而转子槽楔采用环氧树脂时，其在发电机动态过程中不会感应涡流，也不会产生相应的阻尼作用。仿真过程中将模型机拖到同步速，在励磁绕组施加直流电源使得模型机的端电压达到额定值，此时，将模型机定子三相绕组的机端短接，计算结果如图6所示，其中图6a)为转子槽楔材料为铜导条和环氧树脂时的定子a相电流曲线对比结果，图6b)为转子槽楔材料为铜导条和环氧树脂时的励磁电流曲线对比结果。不同转子槽楔材料时，模型机的定子电流和励磁电流动态变化曲线存在明显差别。
实施例2
采用本发明设计的10kW汽轮发电机两级隐极模型机对动态过程中转子导电槽楔不同截面积情况下的空载三相突然短路结果进行对比。图5a)为转子槽楔采用铜导条(实线表示)时的转子槽二维截面示意图，图5c)为转子槽楔中上三层采用环氧树脂结构，下两层采用铜导条结构的二维截面示意图。阻尼槽楔采用铜导条时，其在发电机动态过程中会感应涡流，进而产生阻尼作用；而转子槽楔采用环氧树脂时，其在发电机动态过程中不会感应涡流，也不会产生相应的阻尼作用。仿真过程中将模型机拖到同步速，在励磁绕组施加直流电源使得模型机的端电压达到额定值，此时，将模型机定子三相绕组的机端短接，计算结果如图7所示，其中图7a)为转子槽楔材料全为铜导条和上三层采用环氧树脂结构下两层采用铜导条结构时的定子a相电流曲线对比结果，图7b)为铜导条槽楔和上三层采用环氧树脂结构下两层采用铜导条结构时的励磁电流曲线对比结果。模型机转子导电槽楔不同截面积的定子电流和励磁电流动态变化曲线存在明显差别。
如上所述，对本发明进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，其特征在于，包括两极隐极式结构的转子(1)，位于励磁绕组(2)上方的转子导电槽楔(3)，其与端部阻尼环(4)连接构成模型机的转子阻尼绕组；所述转子导电槽楔(3)由铜导条与绝缘材料混合构成，实现不同导电槽楔截面积对发电机转子阻尼作用影响的研究。
2.根据权利要求1所述的一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，其特征在于，所述转子导电槽楔(3)包含5根扁平柔性铜导条(5)，其与端部刚性阻尼环(4)之间的连接具有弹性余度。
3.根据权利要求1所述的一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，其特征在于，每个励磁绕组槽上方的转子导电槽楔(3)与转子端部两侧的阻尼环(4)通过6个螺丝(6)连接，可便于对转子槽楔中的铜导条进行拆装。
4.根据权利要求2所述的一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，其特征在于，所述转子导电槽楔(3)中的铜导条(5)在端部呈圆弧状，使铜导条(5)与端部阻尼环(4)完全接触。
5.根据权利要求2所述的一种模拟汽轮发电机转子导电槽楔结构及其阻尼作用的模型机，其特征在于，所述铜导条(5)与端部阻尼环(4)通过铜螺丝(6)连接，螺丝与导条之间设置垫片(7)。
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| 凸极同步发电机参数及实用模型对动态过程影响的研究;佟英杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》;20131215(第S2期);正文第5页 |
| 汽轮发电机转子阻尼系统对小扰动特性的影响;许国瑞等;《华北电力大学学报》;20140331;第41卷(第2期);第20-27页 |
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