[實(shí)用新型]水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420067085.0
• 申請(qǐng)日: 2014-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN203850937U
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周波;喬照威;林雪成;明野;楊磊;羅建華;張興旺;陳爽;宋洪占;魏玉國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H02K1/24
• 分類號(hào): H02K1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，與火電、核電、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿榷喾N發(fā)電方式相比，水力發(fā)電是唯一技術(shù)已發(fā)展成熟、可以大規(guī)模開發(fā)的清潔可再生能源，其發(fā)電成本也較其他發(fā)電方式低。在面對(duì)溫室氣體過度排放的威脅以及“節(jié)能減排”等政策的貫徹之下，水力發(fā)電成為各國優(yōu)先考慮的發(fā)電方式。

傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴設(shè)計(jì)為變氣隙單圓弧結(jié)構(gòu)，其最大氣隙與最小氣隙之比常取為1.5，雖然在一定程度上能夠減少氣隙磁密諧波含量，滿足電機(jī)基本性能要求，但隨著對(duì)水輪發(fā)電機(jī)電壓諧波畸變率、電話諧波含量（THF）等性能要求的提高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁極極靴結(jié)構(gòu)已難以滿足水輪發(fā)電機(jī)電氣性能和機(jī)械性能等方面的技術(shù)指標(biāo)。特別地，在諸如發(fā)電機(jī)風(fēng)洞規(guī)模、水輪機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速等客觀條件無法變更的前提下，發(fā)電機(jī)極槽選擇可能無法達(dá)到最佳匹配值，從而造成氣隙磁密中諧波含量增加，使得水輪發(fā)電機(jī)定子繞組中諧波電流增大，定子繞組銅耗及鐵芯損耗增加，甚至在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組、阻尼繞組以及鐵芯中也產(chǎn)生大量諧波損耗，進(jìn)一步降低了水輪發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率。另外，諧波磁場(chǎng)和諧波電流還會(huì)產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，致使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲，影響發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于抽水蓄能機(jī)組等采用高速水輪發(fā)電機(jī)的水電機(jī)組，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，上述問題造成的負(fù)面影響將更加突顯，其對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求也更加嚴(yán)格，因此，高指標(biāo)的要求以及新產(chǎn)品的開發(fā)都亟需各種有效措施的提出。

針對(duì)上述可能存在的問題，現(xiàn)有解決方法中已有采用轉(zhuǎn)子磁極極靴三段弧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，包括均勻氣隙設(shè)計(jì)和非均勻氣隙設(shè)計(jì)兩種結(jié)構(gòu)形式。相較于傳統(tǒng)磁極極靴結(jié)構(gòu)，三段弧極靴結(jié)構(gòu)中，每個(gè)轉(zhuǎn)子磁極極靴表面由三段圓弧構(gòu)成，即中部圓弧和磁極兩端圓弧，該結(jié)構(gòu)能夠減少極間漏磁，減輕極靴重量，減少極靴部位的風(fēng)摩損耗，但該結(jié)構(gòu)得到的氣隙磁場(chǎng)中諧波含量以及極間漏磁仍相對(duì)較高，諧波磁場(chǎng)與漏磁場(chǎng)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)性能的影響仍較大，在高轉(zhuǎn)速水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)用中仍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容：

為滿足抽水蓄能等高轉(zhuǎn)速機(jī)組的水電形勢(shì)需求，提高水輪發(fā)電機(jī)性能，本實(shí)用新型針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，從降低水輪發(fā)電機(jī)電壓諧波畸變率、電話諧波含量，改善水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，提高水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率等指標(biāo)要求出發(fā)，提出一種水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由五段圓弧平滑過渡連接而成，中部圓弧AB的對(duì)稱中心線與轉(zhuǎn)子磁極中心線重合；圓弧AB左右兩側(cè)的圓弧AC和BD關(guān)于磁極中心線鏡像對(duì)稱；磁極最外兩側(cè)圓弧CE和DF關(guān)于磁極中心線鏡像對(duì)稱。

所述的圓弧AB為圓心O₁與定子鐵芯內(nèi)圓圓心同心，且半徑與轉(zhuǎn)子外圓半徑相等的圓弧段。

所述的圓弧AC與BD的圓心O_2L與O_2R分別位于端點(diǎn)A、B與圓心O₁的連接線AO₁與BO₁上，其位置取決于圓弧AB的張角大小以及圓弧AC與BD的半徑大小。

所述的圓弧CE與DF的圓心O_3L與O_3R分別位于權(quán)利要求3所述的端點(diǎn)C與圓弧AC圓心O_2L的連接線CO_2L上及端點(diǎn)D與圓弧BD圓心O_2R的連接線DO_2R上，其位置取決于極靴最大高度的大小以及圓弧CE與DF的張角大小。

所述的五段圓弧的張角大小之和為180°機(jī)械角度。

對(duì)于所述的五段弧極靴結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整中部圓弧AB的張角大小、極靴最大高度的大小以及圓弧CE與DF的張角大小，構(gòu)成不同的五段圓弧組合方式，從而得到不同形式的水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)。

技術(shù)效果：

1.水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴采用五段弧結(jié)構(gòu)，氣隙磁場(chǎng)更接近正弦分布，減少了諧波損耗，提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率。

2.由于氣隙磁場(chǎng)接近正弦分布，水輪發(fā)電機(jī)電壓波形以及電流波形更接近正弦，改善了電能質(zhì)量，降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.節(jié)省了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，減少了極間漏磁，減輕了發(fā)電機(jī)重量，降低了發(fā)電機(jī)制造成本。

附圖說明：

圖1水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子向心磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子非向心磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)示意圖。