CN106602767A - 一种核电站控制棒驱动机构电源发电机及其定子绕组 - Google Patents

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高永�
韩勇
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Abstract

本发明公开了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机及其定子绕组，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机定子绕组采用星形连接方式，发电机定子绕组线圈节距各线圈在定子圆周上的布置满足双层绕组三相对称，且相绕组的空间分布尽量接近正弦波，磁势的总谐波分量最小，进一步降低发电机谐波磁场，简化端部连接，减小损耗，改善电压波形，提高机组效率和性能。

Description

一种核电站控制棒驱动机构电源发电机及其定子绕组
技术领域
本发明涉及核电站反应堆电气研究领域，具体地，涉及一种核电站控制棒驱动机构电源发电机及其定子绕组。
背景技术
在目前的二代加及华龙一号和AP1000三代核电设计中，CRDM电源系统普遍设计成两套电动发电机组并联后通过三相半波整流向驱动线圈供电，发电机定子绕组采用了曲折星形连接以消除直流和3的倍数次谐波电流产生的磁场，同时选择5/6线圈节距和采用分布绕组来削弱6k±1(k为正整数)次空间谐波。
但是，一定节距的均匀分布绕组削弱空间谐波的能力有限，且采用分层分组的曲折星形连接绕组端部连接复杂，因此，有必要进行发电机定子绕组的优化设计。
综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，现有的核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组存在发电机谐波磁场较大、端部连接复杂的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机及其定子绕组，解决了现有的核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组存在发电机谐波磁场较大、端部连接复杂的技术问题，实现了降低总谐波磁场和定子铜耗以及简化端部连接的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机定子绕组采用星形连接方式，发电机定子绕组线圈节距其中，τ为极距。
本发明采用三相双层星形连接定子绕组，设计2/3线圈节距，使得3及3的倍数次谐波短距系数为0，即使绕组系数kN3m＝0，从而消除了直流和3的倍数次谐波电流产生的静止和脉振磁场，并且与曲折星形连接绕组相比，三相星形连接的设计简化了外部端接；线圈节距节省了用铜量，降低了定子铜耗。
其中，星形连接是三相交流电源与三相用电器的一种接线方法，把三相电源三个绕组的末端X、Y、Z连接在一起，成为一公共点O，从始端A、B、C及公共端O引出四条端线，由频率相同、振幅相等而相位相差120度的三个正弦电源以一定方式连接向外供电的系统。
进一步的，各线圈在定子圆周上的布置满足双层绕组三相对称。
为了降低其他6k±1(k为正整数)次空间谐波，各线圈在定子圆周上的布置将使相绕组的空间分布尽量接近正弦波，磁势的总谐波分量最小。
设每个极相组有q个线圈，θm，n表示第m个线圈与第n个线圈之间的电角度夹角，显然三相对称的节距为的相绕组须满足半波对称，有表示取整。
基波和各次谐波的短距系数分布系数
绕组系数kNν＝kyνkqν。
一般地，取q＜9，为了抑制谐波q也不能太小。分3＜q＜6和6≤q＜9两种情况来论述。
(1)3＜q＜6
此时波形总谐波畸变率可表示为：
将问题归结为求解THD1最小时θi的值。举例q＝5，
求解该问题得θ1＝0.2328(13.34°)，θ2＝0.221(12.66°)。
代入计算基波绕组系数kN1＝0.8225，波形总谐波畸变率THD＝7.76％。
(2)6≤q＜9
此时波形总谐波畸变率可表示为：
将问题归结为求解THD2最小时θi的值。举例q＝8，
求解该问题得θ1＝0.2359(13.52°)，θ2＝0.1455(8.34°)，θ3＝0.1411(8.08°)，θ4＝0.1397(8°)。
代入计算基波绕组系数kN1＝0.8102，波形总谐波畸变率THD＝4.92％。而对于q＝4，曲折星形连接绕组，基波绕组系数kN1＝0.8011，波形总谐波畸变率THD＝7.899％。比较可知，优化绕组在不降低基波绕组系数的前提下，显著降低了总谐波畸变率。
另一方面，本申请还提供了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机，所述发电机中的定子绕组为采用前序所述的定子绕组。
进一步的，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机的极对数为2，每相有4个并联支路。
本申请能够优化CRDM电源发电机定子绕组设计，进一步降低发电机谐波磁场，减小损耗，简化端接，提高机组效率和性能。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
与曲折星形连接绕组相比，三相星形连接的设计简化了外部端接；线圈节距节省了用铜量，降低了定子铜耗。采用优化设计后，降低了总谐波磁场，减小了定子谐波漏抗，改善了发电机电压波形，提高了CRDM电源机组的效率和性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请中优化后的绕组槽号相位示意图；
图2是本申请中A相绕组平面展开示意图；
图3为本申请中三相双层星形绕组连接示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机及其定子绕组，解决了现有的核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组存在发电机谐波磁场较大、端部连接复杂的技术问题，实现了降低总谐波磁场和定子铜耗以及简化端部连接的技术效果。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
在实施例一中，提供了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机定子绕组采用星形连接方式，发电机定子绕组线圈节距其中，τ为极距。
其中，在本申请实施例中，各线圈在定子圆周上的布置满足双层绕组三相对称，且相绕组的空间分布尽量接近正弦波，磁势的总谐波分量最小。
本申请实施例还提供了一种核电站控制棒驱动机构电源发电机，所述发电机中的定子绕组为上述的定子绕组。
其中，在本申请实施例中，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机的极对数为2，每相有4个并联支路。
其中，在本申请实施例中，核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组具体为：发电机定子绕组为三相双层绕组。发电机的极对数为2，每相有4个并联支路。发电机定子绕组线圈节距各线圈在定子圆周上的布置在满足双层绕组三相对称的前提下，使相绕组的空间分布尽量接近正弦波，磁势的总谐波分量最小。发电机三相绕组接成星形并引出中性线，从而连接控制棒驱动机构线圈的三相半波整流负载。本发明的优点在于：在消除直流及三的倍数次谐波电流产生的静止或脉振磁场的基础上，通过优化线圈的布置，能够更显著地抑制6k±1(k为正整数)次空间谐波，节省用铜量，减小定子谐波漏抗，改善发电机电压波形，降低损耗，提高效率和性能。
其中，在本申请实施例中，请参考图1-图3，CRDM电源发电机均采用三相四极同步电机，即2p＝4，本实施实例取q＝8，Z＝96，结合前面的计算结果，可绘制图1的绕组槽号相位图，图中标注了电角度夹角以及三相槽的分配。三相槽的分布完全相同，互差120°，满足三相对称的条件。
根据相位图将各相的导体按一定规律连成三相绕组，具体以A相为例，将第1槽的上层导体与第17槽的下层导体连接起来构成第1个线圈，第2槽的上层导体与第18槽的下层导体连接起来构成第2个线圈，余类推。将每个极下的8个线圈串联起来构成线圈组，A相共有4个线圈组。CRDM电源电流较大，可达几百安，故a取最大并联支路数4，即将4个线圈组并联成A相绕组。这样，可得A相绕组平面展开图如2所示。
同理可得B相和C相绕组，三相绕组接成星形后连接三相半波整流负载，如图3所示，图3还给出了三相双层绕组各线圈的连接关系。
其中，本申请中的核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组为三相双层星形连接绕组，线圈节距y设计为对线圈在定子圆周上的布置进行优化设计，优化目标是在满足双层绕组三相对称的前提下，使相绕组的空间分布尽量接近正弦波，磁势的总谐波分量最小。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
与曲折星形连接绕组相比，三相星形连接的设计简化了外部端接；线圈节距节省了用铜量，降低了定子铜耗。采用优化设计后，降低了总谐波磁场，减小了定子谐波漏抗，改善了发电机电压波形，提高了CRDM电源机组的效率和性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组，其特征在于，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机定子绕组采用星形连接方式，发电机定子绕组线圈节距其中，τ为极距。
2.根据权利要求1所述的核电站控制棒驱动机构电源发电机定子绕组，其特征在于，各线圈在定子圆周上的布置满足双层绕组三相对称，且三相双层绕组的分布呈正弦波状。
3.一种核电站控制棒驱动机构电源发电机，其特征在于，所述发电机中的定子绕组为采用权利要求1-2中任意一个所述的定子绕组。
4.根据权利要求3所述的核电站控制棒驱动机构电源发电机，其特征在于，发电机定子绕组为三相双层绕组，发电机的极对数为2，每相有4个并联支路。
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