JPH09182328A - 二極タービン発電機の回転子 - Google Patents
二極タービン発電機の回転子Info
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- JPH09182328A JPH09182328A JP34030095A JP34030095A JPH09182328A JP H09182328 A JPH09182328 A JP H09182328A JP 34030095 A JP34030095 A JP 34030095A JP 34030095 A JP34030095 A JP 34030095A JP H09182328 A JPH09182328 A JP H09182328A
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Abstract
ン発電機の回転子を提供する。 【解決手段】磁極部6と磁極部6以外に複数個の等間隔
に設置された巻線挿入用スロット7とスロット7間に形
成されたティース8とを有する塊状回転子鉄心と、巻線
挿入用スロット7内に挿入された界磁巻線9と、界磁巻
線9保持用ウエッジ10とを備えれた二極タービン発電
機の回転子で、磁極部6を挟んだ磁極部6最寄りの巻線
挿入用スロット7間の角度をθ、挿入用スロット7のピ
ッチをαとしたとき、65°≦θ≦75°かつ6≦(θ
/α)≦9の関係を満足するようにして構成する。
Description
転子に係り、特に、塊状鉄心を用いた二極タービン発電
機の円筒形回転子に関する。
は、回転子に励磁電源から直流電源を受けて発電機を励
磁する界磁巻線が設けられている。回転子は単一鋼塊か
ら作成され、磁極部と非磁極部からなり、非磁極部には
塊状の回転子鉄心に周方向に等間隔に複数個の巻線を挿
入するためのスロットを設け、スロット間にはティース
が設けられている。スロット内には界磁巻線が施され、
界磁巻線上部に挿入された回転子ウエッジで界磁巻線が
保持される構造になっている。
機ではスロットを設置していない磁極部の大きさ、すな
わち、磁極部を境にして磁極部最寄りのスロット間の角
度θは一般にギャップ部の磁束が正弦波に近づく値に選
定され、発電機の電圧波形が良好となるようにしてい
る。一方、このとき発電機の励磁に必要な界磁起磁力を
得るためには、例えば特開昭49−45307 号公報に記載さ
れているように、スロットの深さや幅を調整して界磁巻
線断面を加減し、所定の界磁巻線の温度上昇限界を越え
ないように、所要の界磁起磁力を確保するようにしてい
る。
極部最寄りのスロット間の角度θを発電機のギャップ磁
束の分布が正弦波に最も近くなる値として、二極機では
60°程度に設定しているが、端子電圧の波形歪みの大
きさは、正弦波磁束分布に最も近くなるθのとき十分過
ぎるほど小さい値である。しかし、定格負荷時における
界磁電流は、正弦波磁束分布に最も近くなるθのとき必
ずしも最小にならないため、界磁巻線の温度上昇や損失
が最小にならない。
る二極タービン発電機の回転子を提供することにある。
複数個の等間隔に設置された巻線挿入用スロットと該ス
ロット間に形成されたティースとを有する塊状回転子鉄
心と、前記巻線挿入用スロット内に挿入された界磁巻線
と、前記界磁巻線保持用ウエッジとを備えれた二極ター
ビン発電機の回転子で、前記磁極部を挟んだ前記磁極部
最寄りの前記巻線挿入用スロット間角度をθ、前記挿入
用スロットのピッチをαとしたとき、65°≦θ≦75
°かつ6≦(θ/α)≦9の関係を満足するようにして
構成する。
実用上過不足のないものとし、負荷時における所要界磁
起磁力が最も小さくできるため、界磁巻線銅損の減少に
よる発電機効率の向上や界磁巻線の温度上昇の低減を図
ることができる。
いて詳細に説明する。
ン発電機の回転子の断面構造を示し、図2に本発明に関
わる二極タービン発電機の断面構造を示す。図1,図2
では二極のうちの一極分のみを図示した。また、説明
で、磁極部6の中心軸12を直軸と呼ぶことにする。
ン発電機の概略構造を説明する。
を介して回転子2で構成し、固定子1には積層鉄心に固
定子スロット3を設け、電機子巻線4を施す。電機子巻
線4には平角銅線を用いて、亀甲形コイルにしたものを
用い、電機子巻線4を保持するために、固定子スロット
3の頭部に固定子ウエッジ5を挿入する。
たせるために単一鋼塊から製作し、磁極部6と非磁極部
を形成する。非磁極部には回転子2の周方向に等間隔に
複数個の巻線挿入用回転子スロット7を設け、スロット
7間にはティース8を設ける。スロット7内には界磁巻
線9を施し、界磁巻線9上部に回転子ウエッジ10を挿
入して界磁巻線9を保持する構造にする。界磁巻線9
は、裸銅帯を平打ち巻にして、層間を絶縁して形成す
る。このようにすれば、界磁巻線9を励磁することによ
って、直軸12の方向に磁束を発生させることができ
る。なお、スロット7は複数個設置され、それぞれのス
ロット7を磁極部6最寄りから、磁極部6から遠ざかる
に従って#1、#2、…、#Nrと呼ぶことにすれば、
図中にも表現したように少なくとも磁極部6最寄りの#
1スロット深さを他のスロットと同等以下の深さにし
て、磁極部6最寄りの#1スロット底部の間隔を広くと
り磁気飽和を緩和させるようにしてもよい。
角度θすなわち直軸12を中央とした#1スロット間の
角度θと、磁極部6を除き隣り合うスロット7間のピッ
チαを、65°≦θ≦75°かつ6≦(θ/α)≦9の
関係を満足するように選定するものである。この選定根
拠について、以下に説明する。
を示したもので、100MVA級二極タービン発電機を対象に
して設計した場合の例を示した。このとき、界磁巻線、
スロットのサイズは、ぞれぞれの磁極角度θで回転子の
機械的強度や図4を用いて後述する電気特性が良好とな
るように選定して設計したもので、界磁巻線の巻数は同
一の条件とした。磁極角度θでそれぞれ設計した場合の
負荷時の界磁電流値は、有限要素法磁界解析によって算
出した。この図からわかるように、図中の斜線部で示し
た磁極角度θが65°〜75°の範囲で、界磁電流が最
小となる設計が可能であることが見い出せる。これは、
θを大きくすれば、磁極部の面積が広くなり磁気飽和が
緩和されるようになり、同一の界磁起磁力を与えればよ
り磁束を多く発生できるようになる。
電機の端子電圧波形の狂い率Kwを有限要素法磁界解析
で解析した結果が図5であり、横軸に磁極角度と縦軸に
波形狂い率の関係を示している。これをみると、磁極角
度θが60°のとき最も波形狂い率Kwが小さいが、図
3で選定した65°≦θ≦75°の範囲でも、実用上十
分小さい波形狂い率Kwが実現できることが示されてい
る。図3と図5を併せ考えてみても、波形狂い率が最小
値ではないが、界磁電流が最小値となる65°≦θ≦7
5°の範囲でθを選定したほうが、界磁巻線の銅損,温
度上昇、および界磁巻線電圧すなわち界磁巻線を励磁す
るための励磁装置の容量を低減でき、メリットが大きい
と判断できる。
回転子スロット7の数や隣り合うスロット7間のピッチ
αを好適な値にする必要があることも解析で明らかにし
た。その条件を解析的に詳細に考察し、磁極角度/スロ
ットピッチ比θ/αを選定した根拠を図4を用いて以下
に説明する。
チαの比θ/αをとって縦軸に界磁電流Ifをとった白
ぬき点の曲線と、横軸にθ/αと縦軸に波狂い率Kwの
関係を示す黒ぬり点の曲線を示す。ここで、θ/αは、
図3で最も界磁電流が小さくなる磁極角度θ=70°一
定とし、スロット7の数すなわちスロット7の配置ピッ
チαをとっている。このときのスロットの深さと幅は、
それぞれのスロット数を選択したときに機械的強度が維
持でき、電気的特性が良好となるように決定している。
うが小さく、θ/αの増加に伴って増加し、θ/αが9
を越える付近から増加する割合が大きくなる。この理由
は次のように考えられる。θ/αが増加、すなわちスロ
ットピッチαが小さくなりスロット数が増えるとスロッ
ト幅が減少し、スロット7上側の幅方向磁気抵抗が減少
するため、ティース8の先端間をほぼスロット幅方向に
亘る漏れ磁束が増加して、回転子2の磁束レベルが上昇
する。磁束レベルの上昇は、回転子2の磁気飽和を大き
くさせ、発電機を励磁するために必要な界磁電流を増加
させるように作用する。その増加割合が、θ/αが9を
越える付近から大きくなることを、タービン発電機内の
詳細な磁界解析によって数値化できた。
ほうが小さく、θ/αの減少に伴って増加し、θ/αが
6を下回る付近から増加する割合が大きくなる。この理
由については、次のように理解できる。θ/αが減少、
すなわちスロットピッチαが大きくなりスロット数が減
る。このとき、界磁巻線によって形成される界磁起磁力
の分布には、スロット数が少ないほど高調波成分が多く
含まれ、波形狂い率が増加することが定性的に知られて
いる。その増加がθ/αが6を越える付近から大きくな
ることは、界磁電流の場合と同様に磁界解析によって数
値化できた。
の範囲で、略同じ結果を示したので、省略する。
極角度θとスロットピッチαを、65°≦θ≦75°か
つ6≦(θ/α)≦9の関係を満足するように選定する
と、発電機端子の電圧波形狂い率をある程度小さい値に
維持したまま、負荷時の界磁電流が低減できるようにな
る。
発電機の解析結果を述べたが、このほか、200MVA級,70
0MVA級,1000MVA 級で同様の計算をしても、本実施例と
同様の結果が得られることを確認し、一方、力率を遅れ
0.8puから1.0puの範囲として計算しても、やは
り同様な結果となることを確認している。
載されているように、界磁巻線9と回転子ウエッジ10
の間にダンパバーが挿入されて回転子2が構成されてい
る場合もあるが、このようなダンパバーが挿入された構
成でも本実施例で述べた作用が得られる。
流の低減を図ることができ、界磁巻線銅損の減少による
発電機効率の向上や界磁巻線の温度上昇の低減が実現で
きるため、同一体格で出力の大きいタービン発電機が得
られ、また、界磁を励磁するための励磁装置の容量も低
減することができ、発電システムを経済的、かつコンパ
クトに構成できる。
回転子の断面図。
狂い率の関係の特性図。
転子ティース、9…界磁巻線、10…回転子ウエッジ。
Claims (2)
- 【請求項1】磁極部と前記磁極部以外に複数個の等間隔
に設置された巻線挿入用スロットと該スロット間に形成
されたティースとを有する塊状回転子鉄心と、前記巻線
挿入用スロット内に挿入された界磁巻線と、前記界磁巻
線保持用ウエッジとを備えた二極タービン発電機の回転
子において、 前記磁極部を挟んで対をなす前記磁極部最寄りの前記巻
線挿入用スロット間角度をθ、前記挿入用スロットピッ
チをαとしたとき、65°≦θ≦75°かつ6≦(θ/
α)≦9の関係を満足するようにして構成することを特
徴とする二極タービン発電機の回転子。 - 【請求項2】前記界磁巻線と前記回転子ウエッジの間に
ダンパバーを装着することを特徴とする請求項1に記載
の二極タービン発電機の回転子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34030095A JP3533798B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 二極タービン発電機の回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34030095A JP3533798B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 二極タービン発電機の回転子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09182328A true JPH09182328A (ja) | 1997-07-11 |
JP3533798B2 JP3533798B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=18335631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34030095A Expired - Lifetime JP3533798B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 二極タービン発電機の回転子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3533798B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1998425A3 (en) * | 2007-05-28 | 2016-12-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotor of a turbo generator |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34030095A patent/JP3533798B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1998425A3 (en) * | 2007-05-28 | 2016-12-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rotor of a turbo generator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3533798B2 (ja) | 2004-05-31 |
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