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1、II无刷同步发电机主发电机的设计摘 要：无刷同步发电机实际上是两台发电机构成的，一台作为励磁机，一台才是主发电机。主发电机的励磁绕组在转子，电枢绕组在定子（将发出的电输出）；励磁机的电枢绕组在转子，励磁绕组在定子。主发电机的励磁采用交流励磁机励磁的无刷励磁方式，励磁机产生的交流电进入旋转整流装置，经过旋转整流器的整流后，最后输入主发电机的转子绕组内部进行励磁，使得同步发电机的稳定性能大大增强。关键词：无刷励磁；同步发电机；旋转整流器；交流励磁机The design of the main generator in brushless synchronous generatorABSTRACT:
2、 The brushless synchronous generator is actually composed of two generators. One, as the exciter, one is the main generator. The main generators exciting winding in the rotor, and the armature winding in the stator (to output the generated electricity); the exciter armature winding in the rotor, exc
3、iting winding in the stator. The main generators exciting used the brushless exciting by the exchange exciter. The AC which the exciter produces enters the Revolving rectifier, after passing through the Revolving rectifiers rectification, making the synchronous generators stability enhanced greatly.
4、 Key words：Brushless exciting; Synchronous generator; Revolving rectifier; exchange exciter.无刷同步发电机主发电机的设计第1章 绪 论1.1 无刷同步发电机的介绍 随着工业技术的飞跃发展，能源危机在世界都变的越来越严重了。同时人们对节能、环保、高效都提出了很高的要求。而作为消耗70%左右电能的电机，对其节能和获得更高的效率有着非常重要的现实的意义。由于电能具有生存和变换比较的经济，传输分配比较的容易，使用和控制比较的方便等有点，因而成为现代最常用的一种能源。并且随着国民经济的发展，自动化程度越来越高，对
5、电的需求越来越大，同时对电的质量也提出了要求，无疑对同步发电机的性能也提出了要求。同步发电机是一种交流发电机，它区别另外一种交流电机异步发电机的一个重要的特征是它的转速与电流的频率之间有个严格的关系，即：（P为电机的极对数）。所以当同步电机的极对数和转速一定的时候，其感应交流电动势的频率也是一定的。在现代的电力工业无论是用火力发电还是水力、原子能或柴油机发电几乎全部采用同步发电机。同步电机还可以用做恒速的电动机，虽然其机构较异步机复杂些，但是它可以运行在或者超前的功率因数下以改善电网的功率因数。同步发电机还可以用做调相机，实际是不接受负载的空载电动机，向电网输送电感性或电容性的无功功率以提高电
6、网运行的经济性及其电压的稳定性。由于同步电机具有别的电机无法比拟的优点，目前世界各国均在研究、生产和应用。不管是从高速发展的电力工业以适应国民经济飞跃发展的需要还是从提高发电机的效率降低运行成本着眼，都要求增大发电机的容量。为了降低电枢电流，还使用一些电气配套设备易于制造，或省去发电机的升压设备，这就要把同步发电机的额定电压提高到20KV以上，因此相应研究也在展开。此外同步发电机的转子部件也需要承受很大的机械应力，这就需要研究有更高强度极限的转子部件，磁轭钢板等部件。提高电枢单位周长的安培导电数A或气隙磁密B，则可减少电机尺寸，降低电机成本。但由于磁通密度B受电机材料的限制而无法提高，需要研制
7、出饱和系数更高的材料。随着半导体技术的发展，进一步的推动了无刷电机的发展。无刷同步发电机以交流励磁机、旋转整流器取代了传统同步发电机的电刷、滑环，简化了维修和保养，提高了同步发电机的可靠性。这些都无疑都促进了无刷同步发电机的飞速发展和广泛应用。然而，现在对发电机的可靠性要求日益提高的情况下，无刷同步发动机可靠性就显得特别重要,我们就不得不对其进行深入的研究。1.2 无刷同步发电机发展及前景 进入八十年代末、九十年代初，随着我国改革开放不断发展，我国的电机行业的部分企业开始引进先进工业国的中小型同步发电机，有的按生产许可证方式进行技术引进，有的引进软件技术（或生产技术），有的按合作生产方式引进国
8、外的先进技术，其先后有德国西 门子公司的IFC5和IFC6系列、德国AEG公司的DKBH系列、英国彼特普公司E系列、美国马拉松公司的MP系列发电机、英国的斯坦福公司BC、HC系列等发电机，这些发电机的绝缘等级为F级或H级，采用隐极式或整体凸级结构，其技术经济指标较先进，可靠性较高，其制造工艺水平较先进，这些产品的引进，对提高我国的中小型发电机水平和制造工艺水平有较大的促进作用。比如，无锡电机厂、汾西机械厂、柳州电机厂引进了德国西门子公司1FC5、1FC6系列无刷发电机，兰州电机有限责任公司（以下简称兰电）引进了德国AEG公司DKBH系列船用、陆用无刷发电机，福州发电设备厂引进了美国麦格乃泰克公
9、司无刷发电机制造技术等等。近年无锡电机厂又引进了西门子公司最近开发的1FC2系列无刷三相同步发电机，该电机为整园凸极冲片，克服了原西门子公司1FC5、1FC6隐极结构体积偏大，重量偏重的不足。90年代，无锡电机厂与新时代公司、上海革新电机厂与马拉松公司合资办了企业，使我国中小型三相同步发电机水平又有了进一步的提高，使国内三相同步发电机生产的主要企业产品达到了国际先进水平。兰州电机厂在引进德国AEG公司DKBH系列基础上，90年代中期，又开发了自己的新一代产品：TZHW系列（陆用）、TFXW-H系列（船用）无刷三相同步发电机，使其性能有了进一步的提高，更加适合国情、厂情，提高了市场竞争力。 中小
10、型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水
11、电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。在将来，无刷同步发电机将会越来越重要，应用范围也会越来越广。1.3 无刷同步电机的特点同步发电机是把机械能转换为交流电能的转换设备。自备电站过去的油机发电机组同步发电机的励磁，广泛采用直流发电机提供励磁电流来发电的。这种励磁方式，由于应用直流发电机，存在交流电变为直流电通过整流子进行变换，而励磁电流又通过同步发电机的铜环和炭刷向励磁绕组提供，因此，对维护和保证安全运行方面都带来了很多问题。为了改进这种励磁方式。60年代主要发展了带静止硅整流器的自励恒压的同步发电机，这种发电机依然存在炭刷和滑环，仍需要经常维护，而且产生无线电磁干扰。为了从根本解
12、决存在的问题，现代的同步发电机，通过改进和发展，广泛采用同轴交流无刷励磁机和旋转整流器的无刷同步发电机。 无刷同步发电机有以下的主要特点：（1）无滑动的接触部分、维护简单、可靠性高、可长期连续运行而很少维护保养，特别略有适用于自动化电站；（2）没有旋转接触的导电部分，不会产生火花，特别适用于有易燃气体及多粉尘等恶劣环境条件下的运动场合，同时无滑环也适用于高温度的环境下使用；（3）它的电压波形好，畸变率小；（4）由于无刷发电机是由多级发电机组成，间接控制主发电机励磁功率，因而控制励磁功率很小，在主励磁功率的1/301/50范围内，发热量低，因而故障率低，可靠高；（5）它虽为自励磁系统，但具有它励
13、式同步发电机的特点，容易实现并联运行。第2章 无刷同步发电机的工作原理及基本结构2.1 无刷同步发电机的工作原理 当原动机拖动主发电机旋转时，交流励磁机的电枢绕组首先将切割剩磁自励发出交流电，然后经旋转整流器变成直流电后进入主发电机转子绕组以励磁。这时主发电机的输出端有电压。励磁电源取自发电机输出端电压，(见图2.1)，称这种为自励恒压发电机。只要调节交流励磁机的励磁电流，就可以改变主发电机的励磁电流，从而控制主发电机的输出端电压，依靠连接于主发电机输出端和交流励磁机定子磁场绕组之间的自动电压调节器就可以稳定主发电机的端电压。 见无刷同步发电机接线原理图2.1。 图2.1具有可控硅电压调节器的
14、相复励励磁系统 A1电压调节器 R1串联电阻器 C1-3电容器 T1-3单相电流互感器 G1主电机 T5压降补偿电流互感器 G励磁机 T5整流变压器 L1电抗器 V1静止整流器 V2旋转整流器 无刷励磁是已被公认为最有发展前途的励磁方式，随着其励磁系统性能的不断改善必将得到长足的发展。2.2 同步发电机的基本结构无刷同步发电机由主发电机、交流励磁机和旋转整流装置等主要部分组成。主发电机转子、励磁机电枢和旋转整流装置都装在同一轴上一起旋转，励磁机磁极固定在定子内侧。主发电机结构大同小异，都是转场式的，按照结构型式，同步发电机可分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。前者的电枢装设在转子，主磁极装设在定子
15、上，这种结构在小容量同步发电机中得到一定的应用，对于高压、大容量的同步发电机，长期的制造和运行经验表明，采用旋转磁极式结构比较合理。2.2.1静止部分（1）定子 由铁心、绕组、机座以及结构部件组成。定子铁心及定子绕组是产生感应电动势和电流的部分，亦称电枢。 机座 机座是发电机的整体支架，用来固定电枢并和前后端盖一道支撑转子。机座上一般有出线盒，或位于机座的后侧面，或位于机座上部，出线盒内装有出线板，以便于引出交流电源。位于机座上部的出线盒一般均装有励磁调节器。 定子绕组 定子绕组由线圈组成，线圈采用高强度聚脂漆包圆铜线绕制，并按一定规律连接，嵌入铁心槽中。线圈采用导线的规格、线圈匝数、并联路数等由设计确定绕线型有双层叠绕、单层链式及单双层式等。三相绕组应对称嵌放，彼此相互差120度电气相位角。 定子铁芯 定子铁芯是发电机磁路的一部分，为了减小涡流损耗，铁心用厚，两面都涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。铁芯内圆上均匀分布着可嵌放有定子绕组的线槽。（2）交流励磁机定子
