[发明专利]混合可调励磁的大型空冷汽轮发电机隐极转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合可调励磁的大型空冷汽轮发电机隐极转子，属于电机技术领域。

背景技术

汽轮发电机转子是用来传递汽轮机供给的负载转矩的，当汽轮发电机转子绕组通以励磁电流时，转子本体上会产生强大的磁场。转子绕组亦称励磁绕组，其励磁功率与主机容量之比约为0.4％-1.0％，例如300MW级发电机的励磁容量为1200～1650KW。由于转子绕组呈高密度，其励磁电流会造成电机转子部件发热，温度分布不均匀时，还会造成热不平衡引起的电机机械振动。大容量的汽轮发电机转子常常发生匝间短路、绕组接地及引线接地断路等问题，这些转子内部发生的故障，不但造成发电机被迫停机，而且检修时间长。

汽轮发电机转子采用隐极式的绕组，现有四极汽轮发电机的两对极转子上分别缠绕一组转子绕组，每组转子绕组由大小不同的若干套同心式线圈组成。当要增加电机的容量时，需要转子绕组在有限的空间里产生足够的励磁安匝值，采用的手段就是提高转子绕组的电流密度，但随之转子绕组的损耗密度也急剧上升，这样由损耗产生的热会在本身体积紧凑的转子内部造成集中发热，使转子的温度过高，引起较大的槽楔温降及齿温降。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有汽轮发电机为增加容量，而提高转子绕组的电流密度，造成转子内部温度过高的问题，提供一种混合可调励磁的大型空冷汽轮发电机隐极转子。

本发明包括四极转子铁心和两套转子绕组，四极转子铁心的四个大齿和四组小齿相间隔排布，相邻齿与齿之间为齿槽，每个齿槽的底部中心开有转子副槽，转子副槽的槽宽小于齿槽的槽宽，

它还包括多个永磁体，每个齿槽底部嵌有一个永磁体，每两组小齿上缠绕一套转子绕组，转子绕组位于永磁体的上方。

本发明的优点是：本发明通过采用永磁体与转子绕组的电励磁相结合的混合励磁的方式，在电机容量相同的情况下，来相对的降低电机的励磁电流，由此能够降低转子的温度。同时，将永磁体与电励磁相结合，能够避免在励磁系统故障的情况下，造成电机的完全失磁运行，进而避免电机在失磁异步运行时，由于电机吸收无功功率而造成电机转子绕组温度过高的事故发生。

本发明提供了一种可提高转子励磁安全性以及降低转子励磁电流的大型空冷汽轮发电机隐极转子结构，该结构能够降低转子温升，并且可进一步减小转子失磁运行时对电机定子最高温升的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中永磁体的磁极分布示意图；

图3为图2中永磁体的磁力线分布图；

图4为图1中转子绕组通电方式的示意图；

图5为图4中转子绕组电励磁方式下的磁力线分布图；

图6为采用本发明所述隐极转子的大型空冷汽轮发电机的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式包括四极转子铁心1和两套转子绕组2，四极转子铁心1的四个大齿1-1和四组小齿1-2相间隔排布，相邻齿与齿之间为齿槽1-3，每个齿槽1-3的底部中心开有转子副槽1-4，转子副槽1-4的槽宽小于齿槽1-3的槽宽，

它还包括多个永磁体3，每个齿槽1-3底部嵌有一个永磁体3，每两组小齿1-2上缠绕一套转子绕组2，转子绕组2位于永磁体3的上方。

本实施方式中齿槽1-3与转子副槽1-4的相接处形成了台肩结构，此台肩结构有利于固定永磁体3。

现有四极结构的汽轮发电机转子，只通过对转子绕组2通直流电进行励磁。采用本发明的技术手段改进后，汽轮发电机的基本构件包括了定子铁心、定子绕组、转子绕组2、转子永磁体3、转子副槽1-4、四极转子铁心1、气隙和转轴，如图6所示。由图1可知永磁体3的排布与每套转子绕组2通电所产生的磁场的关系，其中单独采用永磁体3所产生的气隙磁密可以达到0.4T，对于大型隐极汽轮发电机而言，额定空载情况下的气隙磁密为0.9T，因此可以看出，单独采用永磁体3可以提供较大的气隙磁动势，采用永磁体3励磁后，可以较大幅度的减小转子绕组2的电励磁电流，进而降低转子绕组2及四极转子铁心1的温升，保证电机的安全运行。

具体实施方式二：下面结合图1到图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述转子绕组2通电产生的磁场与永磁体3所形成的磁场的方向相同。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

图3所示为本实施方式中，当转子绕组2的电流为零时，由永磁体3产生的磁力线分布图；图5所示为由转子绕组2形成磁场的磁力线分布图。由图3和图5可以看出，转子绕组2的电励磁和永磁体3单独励磁产生的磁场都为四极分布，而且磁极分布相同。当四极转子铁心1上层的转子绕组2施加直流励磁，同时下层采用永磁体3联合励磁时，两种磁场将会叠加，产生一个合成磁通。由于单独采用永磁体3即可产生0.4T的磁场强度，这将大大降低转子绕组2的直流电流的强度，进而降低转子的温度。此外，现有技术中由于电机励磁系统只采用电励磁，当励磁系统产生故障时，在励磁电流下降的过程中，发电机很快转入进相运行，从系统吸取无功功率以建立机组的励磁，发电机由原来正常运行时的向系统输送无功转为失磁异步运行时的从系统吸取无功，造成系统电压的降低。本发明中采用永磁体3进行混合励磁，可以避免电机转子完全失磁，减小转子从系统吸取无功功率的大小，避免造成系统电压过低。此外，只采用电励磁的发电机，由于失磁状态时电机磁场强度降低，定子绕组感应电势减小，在输出功率不变的条件下，定子电流将增大，导致定子绕组温度升高。采用本发明所述的混合励磁结构，由永磁体3产生的励磁，能够避免定子绕组感应电势过度降低，可以使电机处于低励状态下运行。