CN113422448A - 一种4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机 - Google Patents

一种4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在4500‑5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，包括定子和转子，转子包括转子铁芯、转子磁极和转子磁极，定子包括定子铁芯、定子槽和定子极，定子槽和转子磁极均为直槽；转子磁极和定子槽内均分别穿过有转子绕组和定子绕组，转子绕组和定子绕组分别与转子磁极和定子槽的内侧壁无间隙设置；转子上设置有非对称阻尼笼结构；本发明的高压大功率无刷同步发电机，通过将定子和转子上的齿槽设置为直槽，降低发电机定子和转子的生产工艺要求和装配要求，提高发电机质量，同时，通过在转子上设置非对称阻尼笼结构，在发电机并网时，非对称阻尼笼结构中产生不对称的谐波，削弱削弱5次和7次谐波影响，获得高品质电能。

Description

一种4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机
技术领域
本发明属于发电机领域，更具体的说涉及一种4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机。
背景技术
现有技术中，在同步发电机的谐波抑制手段中，主要以定转子斜槽方式最为常用。即将发电机的定转子齿槽设置为斜槽，即每一片定子转子冲片上的齿槽经过叠加后形成一倾斜状的绕组齿槽，绕组齿槽与绕组之间具有间隙，这种削弱高次电磁谐波的定转子结构对定转子冲片的生产工艺和安装工作要求较高，加工工艺复杂，成品率低，生产成本高。特别对大功率发电机，对定子和转子的加工要求和装配要求更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，通过将定子和转子上的齿槽设置为直槽，降低发电机定子和转子的生产工艺要求和装配要求，提高发电机质量，同时，通过在转子上设置非对称阻尼笼结构，在发电机并网时，非对称阻尼笼结构中产生不对称的谐波，削弱5次、7次谐波影响，获得高品质电能。
本发明技术方案一种在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，包括定子和转子，所述转子包括转子铁芯、转子磁极和非对称阻尼笼结构，所述定子包括定子铁芯和均布设置在定子铁芯上的定子槽，定子槽和相邻两转子磁极间的转子铁芯槽均为直槽；转子磁极上和定子槽内均分别绕嵌有转子绕组和定子绕组，所述转子绕组和定子绕组分别与转子磁极和定子槽的内侧壁无间隙设置。
优选地，所述非对称阻尼笼结构包括分别置于转子两端的两阻尼环和穿过转子磁极并与两所述阻尼环电性连接的若干阻尼导条；所述转子磁极上设置有若干中轴线与转子铁芯轴线平行的转子阻尼直槽，相邻转子磁极上的转子阻尼直槽呈对称状设置，同一转子磁极上转子阻尼直槽呈间距不对称布置。
优选地，所有转子阻尼直槽的分布圆半径相等，同一转子磁极上至少有两种尺寸的转子阻尼直槽节距，同一转子磁极上转子阻尼直槽以本转子磁极中线呈非对称状设置。
优选地，同一转子磁极上中部的转子阻尼直槽节距大于外侧的转子阻尼直槽节距，转子磁极中线两侧的转子阻尼直槽以本转子磁极中线呈非对称状设置。
优选地，所述阻尼环与转子等径设置，两所述阻尼环上均设置有用于安装所述阻尼导条的安装孔，所述安装孔位置与转子上转子阻尼直槽相适应。
优选地，所述定子绕组包括有定子电磁线和包裹在所述定子电磁线外部的高压防电晕结构，所述定子电磁线包括有置于定子铁芯内的内部段和置于定子铁芯两端的外部段，所述高压防电晕结构包括分别包裹在内部段和外部段上的内部段绝缘层和外部段绝缘层，所述内部段绝缘层和外部段绝缘层之间搭接形成交替绝缘层，所述定子电磁线包括裸铜扁线，所述裸铜扁线的外部沿其径向依次绕包有自粘性亚胺薄膜和电缆用云母带。
优选地，所述内部段绝缘层由低电阻防晕带半叠包形成，所述外部段绝缘层由中电阻防晕带和高电阻防晕带依次半叠包形成，所述交替绝缘层由低电阻防晕带、中电阻防晕带和高电阻防晕带依次半叠包形成，所述内部段绝缘层和外部段绝缘层搭接距离不小于20cm。
优选地，所述外部段绝缘层在所述外部段上且呈直线状态位置与所述内部段绝缘层搭接。
优选地，所述内部段绝缘层的低电阻防晕带至少包裹有一层，所述外部段绝缘层的中电阻防晕带和高电阻防晕带各至少包裹有一层。
本发明技术方案的一种在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机的有益效果是：
1、改变现有技术中发电机定子或转子采用斜槽结构消除谐波的手段，改用直槽的定子和转子，降低发电机定子和转子的加工工艺难度和装配难度，提高发电机的质量。定子和转子采用直槽，有效消除定子槽或转子磁极和高压线圈之间的间隙，提升加工工艺和制造品质。
2、发电机阻尼结构采用非对称阻尼笼结构，削弱5、7次和9次谐波影响，降低电压波形畸变率和由谐波产生的电磁噪声。
附图说明
图1为本发明技术方案的一种在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机的横截面示意图，
图2为非对称阻尼笼结构的纵截面示意图，
图3为转子上转子阻尼直槽的一种实施例，
图4为定子上高压防电晕结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明技术方案一种在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，包括定子2和转子1。所述转子1包括转子铁芯11、转子磁极12和非对称阻尼笼结构3。所述定子包括定子铁芯21和均布设置在定子铁芯21上的定子槽22。所述定子槽22和相邻两转子磁极12间的转子铁芯槽13均为直槽。
本发明技术方案中，改变现有技术中发电机中定子或转子采用斜槽来降低谐波的手段，改为在转子上设置有非对称阻尼笼结构3来实现降低谐波。这样就可以将定子槽22和转子铁芯槽13设置为直槽，大大降低了定子和转子的加工工艺要求和难度以及安装工艺要求与难度，提升大功率发电机的加工工艺和制造品质。
本技术方案中，转子磁极12上和定子槽22内均分别绕嵌有转子绕组和定子绕组，转子绕组和定子绕组分别与转子磁极12和定子槽22的内侧壁无间隙设置。本技术方案采用，消除定子槽22或转子与和高压线圈之间的间隙，定子槽22和转子磁极12与高压线圈之间为无间隙配合，从而降低了产品在4500-5000m高海拔环境下出现电压差以及电晕层的几率，确保高压定子线圈绕组高品质绝缘的可靠性,有效避免产品电压差，出现电晕层，确保高压线圈的绝缘高可靠性。
为进一步避免高压发电机在工作时出现电晕，将发电机的定子绕组设置为高压绝缘结构，保证在小于5000m海拔长期连续运行，高压线圈不产生电晕放电。如图4所示，所述定子绕组包括有定子电磁线24和包裹在所述定子电磁线24外部的高压防电晕结构。
如图4，所述定子电磁线24包括裸铜扁线240，所述裸铜扁线240的外部沿其径向依次绕包有自粘性亚胺薄膜241和电缆用云母带242。相较于传统的定子电磁线仅仅采用裸铜线，有效提高了定子电磁线24在高海拔情况下的绝缘能力，极大地降低了电晕出现的几率。
本技术方案中，所述定子电磁线24包括有置于定子铁芯21内的内部段和置于定子铁芯两端的外部段。所述高压防电晕结构包括分别包裹在内部段和外部段上的内部段绝缘层和外部段绝缘层。内部段绝缘层和外部段绝缘层之间搭接形成交替绝缘层。
所述内部段绝缘层由低电阻防晕带25半叠包形成，所述外部段绝缘层由中电阻防晕带26和高电阻防晕带27依次半叠包形成。所述交替绝缘层由低电阻防晕带25、中电阻防晕带26和高电阻防晕带27依次半叠包形成。所述内部段绝缘层和外部段绝缘层搭接距离不小于20cm，最佳的搭接长度在20mm-25mm。
所述外部段绝缘层在所述外部段上且呈直线状态位置与所述内部段绝缘层搭接。所述内部段绝缘层的低电阻防晕带25至少包裹有一层，所述外部段绝缘层的中电阻防晕带26和高电阻防晕带27各至少包裹有一层。
低电阻防晕带25、中电阻防晕26和高电阻防晕带27采用的规格为0.20mm×25mm(厚×宽)。
上述高压防电晕结构技术方案的设置，能够实现在海拔4500M时定子线圈应该在27000V耐压下线圈表面不产生电晕，在海拔5000M时定子线圈应该在30000V耐压下线圈表面不产生电晕。即本发明技术方案的发电机可专用于4500-5000m高海拔地区，环境温度-40℃～+55℃，高压10000V大功率发电。
为进一步提高防电晕能力，同时确保高压防电晕结构的稳定性，挺好高压防电晕结构的使用寿命，在外部段绝缘层外部包裹透气带，透气带采用0.09mm×25mm规格。
为进一步提高防电晕能力，在内部段绝缘层、外部段绝缘层、交替绝缘层、透气带全部绕包结束后，将本定子绕组线缆(在定子铁芯内嵌绕前)经耐压试验完成后全部按工艺守则VPI浸渍H级绝缘树脂一次，干燥处理后对其表面使用少胶真空压力浸漆处理，经少胶真空压力浸漆处理后的绝缘结构，高压定子线圈绕组的整体性好，绝缘质量稳定，同时定子铁芯槽内与高压线圈之间为无间隙配合，从而降低了产品在4500-5000m高海拔环境下出现电压差以及电晕层的几率，确保高压定子线圈绕组高品质绝缘的可靠性。
上述高压防电晕结构根据GB/T20833-2007旋转电机定子线棒及绕组局部放电的测量方法及评定导则；GB/T 22715-2008/IEC60034-15:1995交流电机定子成型线圈耐冲击电压水平；JB/T12685-2016高压电机定子线圈等技术条件等标准对该高压电机定子线圈绕组放电云绝缘结构进行测试，测试结果均在标准合格范围内。
如图1至图3所示，本技术方案中，在所述转子1上设置有非对称阻尼笼结构3。如图2所示，所述非对称阻尼笼结构3包括分别置于转子1两端的两阻尼环31和穿过转子磁极12并与两所述阻尼环31电性连接的若干阻尼导条32。所述转子磁极12上设置有若干中轴线与转子铁芯11轴线平行的转子阻尼直槽33，相邻转子磁极12上的转子阻尼直槽33呈对称状设置。同一转子磁极12上转子阻尼直槽33呈间距不对称设置。
非对称阻尼笼结构即阻尼绕组，阻尼绕组主要是穿过转子1的阻尼导条32和电性焊接在阻尼导条32两端的阻尼环31。在发电机并网时，定子磁场和转子磁场有了相对运动，就会在阻尼绕组内产生感应电流，阻尼绕组中感应电流所产生的电磁转矩对转子起到阻尼作用，即对转子会起到抑制转子转速震荡的作用。本技术方案中的非对称阻尼笼结构，通过转子1上转子阻尼直槽33的不对称设置，实现阻尼绕组的不对称设置，使得阻尼绕组中产生不对称谐波，有效的抑制阻尼绕组内电流谐波的幅值，削弱3次、5次和7次谐波影响，降低电压波形畸变率，获得高度品质电能，削弱了由谐波产生的电磁噪声。
本技术方案中，如图1所示，所有转子阻尼直槽33的分布圆半径相等，同一转子磁极12上至少有两种尺寸的转子阻尼直槽节距，同一转子磁极上转子阻尼直槽以本转子磁极中线10呈非对称状设置。如图3所示，同一转子磁极12上中部的转子阻尼直槽节距大于外侧的转子阻尼直槽节距，转子磁极中线两侧的转子阻尼直槽以本转子磁极中线呈非对称状设置。
转子阻尼直槽分布圆半径、转子阻尼直槽和阻尼导条32直径以及转子阻尼直槽节距均依据发电机设计标准进行设计。经过对转子阻尼直槽数量和转子阻尼直槽节距的选择和验算，选择转子阻尼直槽节距与定子齿距相适应(约相等)状态下，阻尼笼中产生的谐波磁密幅值很小，从而谐波电势极小，电势波形好，同时能够减小阻尼绕组的附加损耗。
如图3所示，提供一种转子上转子阻尼直槽和阻尼导条32设置的具体实施例，本实施例中，选用其中同一转子磁极12上设置有六转子阻尼直槽，本转子磁极中线两侧分别设置有三转子阻尼直槽。转子磁极中线两侧的转子阻尼直槽以本转子磁极中线呈非对称状设置。转子磁极两侧的转子阻尼直槽与本转子磁极中线距离分别为10mm和15mm，转子磁极中线两侧转子阻尼直槽节距为25mm，其余转子阻尼直槽节距为20mm。
所述阻尼环31与转子1等径设置，两所述阻尼环31上均设置有用于安装所述阻尼导条32的安装孔，所述安装孔位置与转子上所述转子阻尼直槽33相适应。
本技术方案中的非对称阻尼笼结构的运用，大大削弱3次、5次、7次和9次谐波影，有效降低了电压波形畸变率至电压波形畸变率THD≤2.5％。经过试验电压波形畸变率THD≤2.08％(GB和IEC标准要求THD≤5％)，充分满足高品质电能要求，从而精密控制高精负载设备应用。还有效地削弱了由谐波产生的电磁噪声,发电机实测噪声为107dB(国家标准为110dB)。
采用本技术方案的非对称阻尼笼结构，实现了阻尼谐波削弱，达到了现有技术中以定转子斜槽方式实现谐波抑制的目的。在同步发电机中，采用本非对称阻尼笼结构，即不需要再采用定子或转子斜槽结构，简化了定转子的生产工艺和安装工艺，发电机生产成本降低，质量提高。
本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，包括定子和转子，所述转子包括转子铁芯、转子磁极和非对称阻尼笼结构，所述定子包括定子铁芯和均布设置在定子铁芯上的定子槽，定子槽和相邻两转子磁极间的转子铁芯槽均为直槽；转子磁极上和定子槽内均分别绕嵌有转子绕组和定子绕组，转子绕组和定子绕组分别与转子磁极和定子槽的内侧壁无间隙设置。
2.根据权利要求1所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所述非对称阻尼笼结构包括分别置于转子两端的两阻尼环和穿过转子磁极并与两所述阻尼环电性连接的若干阻尼导条；所述转子磁极上设置有若干中轴线与转子铁芯轴线平行的转子阻尼直槽，相邻转子磁极上的转子阻尼直槽呈对称状设置，同一转子磁极上转子阻尼直槽呈间距不对称布置。
3.根据权利要求2所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所有转子阻尼直槽的分布圆半径相等，同一转子磁极上至少有两种尺寸的转子阻尼直槽节距，同一转子磁极上转子阻尼直槽以本转子磁极中线呈非对称状设置。
4.根据权利要求3所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，同一转子磁极上中部的转子阻尼直槽节距大于外侧的转子阻尼直槽节距，转子磁极中线两侧的转子阻尼直槽以本转子磁极中线呈非对称状设置。
5.根据权利要求2所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所述阻尼环与转子等径设置，两所述阻尼环上均设置有用于安装所述阻尼导条的安装孔，所述安装孔位置与转子上转子阻尼直槽相适应。
6.根据权利要求1所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所述定子绕组包括有定子电磁线和包裹在所述定子电磁线外部的高压防电晕结构，所述定子电磁线包括有置于定子铁芯内的内部段和置于定子铁芯两端的外部段，所述高压防电晕结构包括分别包裹在内部段和外部段上的内部段绝缘层和外部段绝缘层，所述内部段绝缘层和外部段绝缘层之间搭接形成交替绝缘层，所述定子电磁线包括裸铜扁线，所述裸铜扁线的外部沿其径向依次绕包有自粘性亚胺薄膜和电缆用云母带。
7.根据权利要求6所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所述内部段绝缘层由低电阻防晕带半叠包形成，所述外部段绝缘层由中电阻防晕带和高电阻防晕带依次半叠包形成，所述交替绝缘层由低电阻防晕带、中电阻防晕带和高电阻防晕带依次半叠包形成，所述内部段绝缘层和外部段绝缘层搭接距离不小于20cm。
8.根据权利要求7所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所述外部段绝缘层在所述外部段上且呈直线状态位置与所述内部段绝缘层搭接。
9.根据权利要求7所述的在4500-5000米海拔运行的高压大功率无刷同步发电机，其特征在于，所述内部段绝缘层的低电阻防晕带至少包裹有一层，所述外部段绝缘层的中电阻防晕带和高电阻防晕带各至少包裹有一层。
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