CN201994808U - 一种隔爆型防爆发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种隔爆型防爆发电机，其主要特点是：直接采用稀土永磁作为发电机的励磁转子，发电机的转子与定子完全密封在隔爆机壳内。本实用新型的防爆发电机具有安全隔爆性能好，工艺、结构简单，电磁兼容性优异，发电指标优良，体积小、重量轻，生产成本低的优点。

Description

一种隔爆型防爆发电机

技术领域

本实用新型涉及防爆发电机。

背景技术

随着全球对煤矿安全的重视以及大量兴建的燃气库、油库、化工厂等设施对抢险应急电力电源的配套，当今市场大量需求高性能、低成本的配电用的隔爆型防爆发电机组。而目前电力用的防爆发电机组配套的同步发电机均采用感应电励磁的方式，而电励磁发电机的励磁系统是同步发电机防爆最薄弱的地方。由于大量发热、易产生火花，其电压调节器、旋转整流器、压敏电阻等器件在电机受负荷电流冲击而损坏率颇高、电磁兼容性差等因素。所以电励磁的同步发电机要达到隔爆的防爆标准，必须通过复杂的工艺设计解决内部的通风散热，隔爆标准的要求导致电机的体积、重量、成本大幅度增加，因密封而导致励磁系统检修异常困难。

中国发明专利ZL200810140601.7公开了一种隔爆型低压防爆发电机，其主要特点是：交流励磁机和永磁副励磁机位于主发电机机座腔内，主发电机具有与机座分体套装连接的定子和通过端盖轴承与机座支撑连接的转子转轴，内置冷却风扇、主发电机转子、励磁发电机、旋转整流组件和永磁副励磁机分别通过连接轴套依次套装在主发电机的转子主轴上，并随其同步转动，在机座的外表面布设有焊接连接并与机座内腔连通的散热管。因其采用电励磁方式，尽管在理论上来说该机具有发电电压波形优良、各部结构紧凑、冷却系统设计巧妙、振动小、散热效果好、温升合理等理想效果，然而由于其制造工艺复杂，装配高难度、高成本、低可靠性、检修困难，使得该隔爆型低压防爆发电机一直停留在试验阶段。

实用新型内容

本实用新型针对现有防爆发电机的技术缺陷，提供一种体积小、重量轻、运行安全可靠的隔爆型防爆发电机，其采用稀土永磁体取代复杂的电励磁机构，无碳刷、无副励磁机、无励磁绕组、无调压装置、无任何电子元器件，因整个结构异常简单且发热量低，所以较容易实施整体隔爆防爆，电机运行安全可靠，发电机在较长使用期间内不需专门维护。

本实用新型可以通过以下技术方案予以解决：

一种隔爆型防爆发电机，包括防爆外壳和隔爆接线箱，电力输出电缆通过隔爆接线箱引出；其特征在于：防爆外壳内设置采用永磁体做励磁的发电机，发电机包括定子和转子。

进一步的，隔爆型防爆发电机还包括设置于防爆外壳外部的散热风扇。进一步的，散热风扇与转子共轴。

进一步的，定子的铁芯的内圆柱表面上设有斜槽。

进一步的，转子包括转轴，转轴上覆盖着磁性材料衬套，磁性材料衬套上周向均匀分布着若干块永磁体；相邻永磁体之间充填非磁性材料；永磁体的外侧覆盖着磁钢压靴。

进一步的，磁钢压靴由导电与导磁性能良好的软铁材料制作而成。

采用永磁体做励磁可较容易解决防爆的问题，但市面上的永磁发电机应用于防爆发电机时，还需解决以下的技术难题：

①常规的永磁同步发电机均存在稳态电压偏差较大10~20%（不能满足大多数的设备要求）；

②当发电机输出发生短路时冲击电流较大（可达额定电流的15~20倍，对防爆非常不利，而电励磁发电机仅为2.5~3倍）；

③受温度影响或输出短路极容易发生不可逆的退磁（防爆机组常有移动要求，可能处于高温的应急与抢险环境、配电发生短路的机率远高于固定场合）；

④受定子齿槽吸力的影响，导致电机的静态-启动转矩较大（对机组的柴油机启动非常不利）。

针对以上技术难题，可采用以下技术手段予以解决：

①加厚转子永磁体的极向厚度，减少定子绕组的匝数（增大导线截面与减少电枢的电阻）使稳态电压偏差小于3%（满足配电要求）并减少定子发热对其的影响；

②采用导电、导磁性能良好的软铁做磁钢压靴“极靴”，极靴良好的导磁性既满足正常发电导磁的要求，而当发电机输出发生短路时“极靴”的阻尼可大大限制了短路电流，有效阻止了退磁的现象产生；

③永磁体采用工作温度≥180℃的钕铁硼（NdFeB），定子采用H级绝缘，解决电机高温环境工作的问题。另外上述加厚的磁钢、软铁极靴、较低的定子阻抗使电机同时具备了优秀的抗短路能力；

④定子采用斜槽设计，减少了电机的静态-启动转矩，满足柴油机采用常规的防爆启动装置的启动扭矩要求。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、现有电力用的防爆发电机组配套的同步发电机均采用电励磁的方式，为了解决励磁系统的散热、隔爆，发电机的设计与生产工艺非常复杂，其产品的重量/体积大、造价高、检修困难、可靠性均不理想，以至没有量产的系列产品面市，目前，中、大功率的隔爆型防爆发电机产品完全空缺。本实用新型的防爆发电机采用永磁体作励磁，颠覆了以往均采用电励磁的方式，从而使得结构简单、成本低、运行安全可靠，易实现制造200KW以上的隔爆型防爆发电机；

2、体积小、重量轻，其体积、重量均比传统防爆发电机减少35%以上；

3、具有无碳刷、无励磁绕组、无调压装置、无任何电子原器件的特点，因此结构非常简单，由于没有了这些容易出故障、出危险的零部件，所以运行安全可靠，寿命也比传统发电机大大延长，在整个运转期间，发电机因不需维护而有效防止非专业拆装维护后降低电机的防爆性能；

4、由于没有电压调节器的调节滞后而导致突加负载时输出电压大幅度下跌的缺点，永磁同步发电机具备了优异的瞬态指标，比传统的电励磁同步发电机具有更强的异步电动机的启动能力；对于防爆发电机，更重要的一点是：普通的电励磁同步发电机因突加负载时电压调节器会为减少发电机的电压偏差而提供2.5~3倍的强励磁电流，2.5~3倍的励磁电流会在短时间内要求发电机组的原动机提供2倍以上的扭矩，该扭矩的冲击对发动机的排放及防爆非常不利，所以传统设计配套的发动机必须留有更大的功率储备余量；而采用永磁体代替电励磁系统可减少发动机的配套功率，能进一步降低防爆发电机组的制造成本；

5、由于没有励磁绕组的铜损耗、没有调节系统的无功损耗，采用永磁体代替电励磁系统的发电机其发热量低、节能效果显著，对于中小型发电机的效率，永磁比电励磁发电机高出2~10%；

6、很强的电磁兼容能力，由于没有励磁线圈能大大减少电磁场对外的辐射，另外由于没有电压调节器，电机的输出不受负载非线性电流及外界电磁场的影响，电机无论带什么性质的负载仍保持原设计的电压偏差。

附图说明

图1是本实用新型的隔爆型防爆发电机的结构示意图；

图2是常规的永磁发电机定子结构；

图3是改进的永磁发电机定子结构；

图4是常规的永磁发电机的转子结构；

图5是改进的转子结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种隔爆型防爆发电机，包括的防爆外壳1、定子2、转子3、隔爆接线箱4、散热风扇5。

如图2所示，常规的永磁发电机的定子结构，定子的铁芯的内圆柱表面上设有直槽6；如图3所示，本实用新型的防爆发动机的定子2的铁芯的内圆柱表面上设有斜槽7。

如图4所示，常规的永磁发电机的转子结构，包括永磁体8、转轴9、磁性材料衬套10。

如图5所示，本实用新型的防爆发动机的转子3中包括改进倍加厚的永磁体11、转子3中的转轴12、转子3增加软铁制造的磁钢压靴13、转子3的磁性材料衬套14、转子3的非磁性充填材料15。

制作工艺与材料：

（1）采用永磁体代替电励磁系统；

（2）发电机的定子绕组采用H级的绝缘；

（3）发电机的定子采用斜槽设计；

（4）转子永磁体采用工作温度大于180℃的钕铁硼（NdFeB）；

（5）加厚永磁体，改善发电机的稳态电压偏差及抵抗输出短路；

（6）采用导电、导磁性能良好的软铁做磁钢压靴“极靴”，有效阻止了退磁的现象产生；

（7）防爆外壳采用通用IP55的符合隔爆标准的防爆外壳；

（8）隔爆接线盒采用通用IP55的符合隔爆标准的隔爆接线盒；

（9）隔爆接线盒与防爆外壳的连接部位工艺采用隔爆面配合结构。

Claims (5)

1.一种隔爆型防爆发电机，包括防爆外壳（1）和隔爆接线箱（4），电力输出电缆通过隔爆接线箱（4）引出；其特征在于：防爆外壳（1）内设置永磁发电机，永磁发电机包括定子（2）和转子（3）。

2.根据权利要求1所述的隔爆型防爆发电机，其特征在于还包括设置隔爆型的防爆外壳（1）外部的散热风扇（5）。

3.根据权利要求2所述的隔爆型防爆发电机，其特征在于：散热风扇（5）与转子（3）共轴。

4.根据权利要求1至3任一项所述的隔爆型防爆发电机，其特征在于：定子（2）的铁芯的内圆柱表面上设有斜槽（7）。

5.根据权利要求4所述的隔爆型防爆发电机，其特征在于：转子（3）包括转轴（12），转轴（12）上覆盖着磁性材料衬套（14），磁性材料衬套（14）上周向均匀分布着若干块永磁体（11）；相邻永磁体（11）之间充填非磁性材料（15）；永磁体（31）的外侧覆盖着磁钢压靴（13）。

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