中小型同步发电机设计

中小型同步发电机设计

徐大江胡祥甫

成都中车电机有限公司四川成都610051

摘要：随着人们对能源综合利用效率的重视，分布式热电联产项目极高的能源综合利用效率越来越受到用户的青睐。燃气发电机属于此类项目的核心设备，如何研制出高效、安全稳定运行的燃气发电机即中小型同步发电机是我们的工作重心。

关键词：同步发电机；结构设计

1简介

随着全球气候逐渐变暖，能源利用效率、能源综合利用率越来越受到重视。燃气发电即是在这种大环境下的产物之一。燃气发电可广泛应用于分布式热电联产、热电冷联产项目。目前，分布式热电冷联产综合能源利用效率普遍大于70%，甚至极个别项目的能效利用率高达90%，这远远高于常规的发电系统。因而，燃气发电机系统，特别是燃气分布式能源系统倍受青睐。而，燃气发电机（即中小型同步发电机）是燃气分布式能源系统的心脏，接下来，简要介绍一下我公司开发的一款燃气中小型同步发电机。

2发电机主要参数

额定容量712.5kVA

额定功率570kW

额定电压400V

额定电流1028A

额定频率50Hz

额定功率因数0.8（滞后）

额定转速1000r/min

飞逸转速1200r/min

旋转方向逆时针（从非传动端看）

工作制S1

定子绕组接线方式Y

励磁方式无刷励磁

冷却方式径向自通风

定子绕组绝缘等级H级

转子绕组绝缘等级H级

3发电机结构设计

发电机为卧式双支撑（或单支撑）单轴伸结构，如图1所示。

图1.发电机结构

3.1定子

定子主要由定子机座、叠片铁芯、定子线圈、铜环引线等组成。

定子机座由优质钢板组焊而成，主要作用是固定铁芯，并承受整个机组的重量。

定子铁芯由导磁性能好，损耗较小的硅钢片交错叠制而成，为了减小涡流损耗，在扇形片的两面涂以绝缘漆。在铁芯轴向方向设置通风孔，机组运行时便于通风散热，冷却定子铁芯和线圈。铁芯两端设有压圈和端板，通过拉紧螺杆和螺母将铁芯拉紧构成一个整体。最后，将定子机座和叠片铁芯热套在一起构成定子铁芯。

定子线圈为圈式叠绕组，线圈绝缘可靠，机械强度、散热条件好。采用端部扭转换位，可有效降低附加损耗，确保机组长期安全稳定运行。

3.2转子

转子主要由磁极组装、前后端轴、风扇及励磁机电枢等组成。

磁极组装主要由磁极、磁轭、引线等组成。磁极包括磁极铁芯、磁极线圈及阻尼绕组等。磁极铁芯由优质钢板冲制的冲片叠压而成。叠压后，两端用磁极压板通过拉紧螺杆将铁芯固定成一整体。磁极线圈由铜排绕成，每匝匝间垫耐高温环氧玻璃坯布作为匝间绝缘。阻尼绕组由阻尼条与阻尼环构成。磁轭材质为铸钢件或锻件，经数控机床精加工而成；磁轭上设置有把合孔，磁极装配完成后通过螺杆螺母固定在磁轭上。

主轴分为前端轴和后端轴。通过螺栓将主轴与磁轭固定在一起。它是支撑磁极、磁轭重量，传递力矩的主要部件。

风扇由风扇环和扇叶等零件组成。各零件材料均为优质钢板，通过焊接构成一个整体。

励磁机电枢由电枢铁芯、电枢线圈、整流模块、压敏电阻元件、汇流环及固定装置等组成。电枢铁芯由优质冷轧硅钢板冲制的整圆冲片叠制而成，紧固后热套在支架上。电枢线圈用漆包线绕制而成，线圈端部装有端箍。两个汇流环、整流模块以及压敏电阻元件组成了一套整流装置，整流模块以及压敏电阻元件用螺钉固定在励磁机转子支架上。

3.3励磁机定子

励磁机定子主要由磁轭、磁极铁芯、磁极线圈、引出线等零部件组成。

磁轭为钢质圆筒，端面固定在电机前端盖上。

磁极铁芯由冲制的冷轧钢板叠制而成，用铆钉铆紧。

磁极线圈由漆包线绕制而成。

励磁引线一端与磁极相连，另一端由端盖上的励磁引线孔引出，卸下接线盒，可见励磁引线端端子。

3.4轴承装配

发电机驱动端和非驱动端均设有滚动支承轴承。轴承装配由轴承、端盖、轴承盖、密封环等组成。其中，端盖由法兰环、轴承套、端盖板及筋板等焊接而成；轴承端盖必须具有一定的刚强度，确保机组安全稳定运行。

4关键技术及创新点

a、轻量化

发电机设计时，充分利用各结构空间，提高体积功率密度。如磁极冲片不设鸽尾或T尾，而是采用螺栓通过磁轭径向穿出与磁极铁芯拉杆上的螺孔把合固紧，从而减小磁轭尺寸，而整根转子设计成3段，磁轭设计成空心结构，也大大减轻了电机重量。

b、集成化

小容量发电机励磁容量及继电保护相对大中容量发电机要简单得多。整体设计时将发电机励磁调节系统和差动保护等设备，集中布置在发电机出线盒内，在厂内完成整机联调试验，在电站现场安装并完成接线后，即可启动并网发电。

5结论

发电机经过厂内试验，各工况运行良好，机组振动、噪声、温升等各项性能指标均显著优于国家标准规定。

参考文献

[1]陈世坤.电机设计.北京：机械工业出版社，2004.

[2]上海电气科学研究所.中小型电机设计手册.北京：机械工业出版社，1994.

[3]白延年.水轮发电机设计与计算.北京：机械工业出版社，1982.

作者简介

徐大江（1981—），男，工程师，主要从事铁路机车主发电机、工业发电机及开关磁阻驱动系统研制。

胡祥甫（1981—），男，高级工程师，主要从事铁路机车主发电机、工业发电机及开关磁阻驱动系统研制。