汽轮发电机定子铁心设计和制造

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1、汽轮发电机定子铁心的设计和制造一、定子铁心中的物理现象：1、概述：汽轮发电机定子铁心是电机中磁路的主要部分，与转子不同的是，他要处于交变磁场中，磁场随电流的频率而变化。在交变磁场中，铁心将出损失能量，称为铁损，铁损占了电机能量损耗的25~30%。铁损包括磁滞和涡流两个分量损耗：qFE=α1+α2△t2其中α1——磁滞损耗α2△t2——涡流损耗系数α1、α2与频率、材料及磁密有关。在采用特定磁密（如1.5T）和固定频率（如50HZ）分析时，可以认为都是只与材料有关的常数。△t表示与铁片（硅钢片）厚度有关的系数，当厚度由0.1增加到0.5mm时，损耗增加1

2、.4倍，厚度为1mm时增加到2.3倍。2、冲片：由前面的叙述可知，定子铁心中的涡流与导磁材料的厚度有关，因此要把铁心分成彼此绝缘的薄片。每片厚度0.5mm.。目前我国质量最优秀的无取向硅钢片（各向同性）是武钢生产的。在设计时除电机效率外，还要综合考虑到成本和工艺因素，为了减少铁心振动，有意加大铁心外径和轭部尺寸，取相对低些的轭部磁密，并增大压装力。0.5mm厚的硅钢片的刚度（E）是0.35mm厚硅钢片的1.5倍，且价格较后者低，损耗仅高10%，因此一般选用0.5mm厚的硅钢片冲片冲成后应严格去毛，30MW以下电机毛刺应控制在20μm以下，6MW、6KV

3、及以下电机可控制在30μm，（同电压异步电机可控制在50μm以下）50MW电机毛刺应控制在10μm以下。3、冲片绝缘冲片必须双面涂覆高电阻的F级绝缘漆，单边厚度约为4~8μm，用标准测量方法时，片间电阻≥106Ω/cm2,击穿电压≥10V汽轮发电机对冲片的绝缘要求远远高于一般的水轮发电机，更不要说一般高压异步电机，下面从理论上加以阐述。（1）正常运行时的冲片绝缘铁心冲片间绝缘的损坏造成片间的局部短路，短路点的温度会升高，与其它类型电机不同的是，这将引起严重故障，已有过机毁人亡的教训，所以不得不拆卸整个电机。当冲片或槽口某两片间出现短路时，根据右手螺旋法

4、则，磁通φ将在铁心中感应电势，经槽钢焊缝、钢片和短路B处形成回路。B点的直径越小，穿过回路得磁通越大，短路电流也逾大。短路地带温度将局部升高，破坏片间绝缘，逐渐扩展至全部叠片组厚度，一般不会漫延到被通风槽隔开的相邻叠片组。但是足够破坏被他灼烧的定子绕组的绝缘。现在你可以想到后果了吧？但我们不妨再来个定量分析。损坏了片间绝缘的短路处，相当于只有一匝的变压器次级绕组，这个“变压器”的初级绕组就是汽轮发电机的转子激磁磁势AW0。与一般变压器不同的是，他的大小与次级电流无关。每匝感应电势为：Eh0=4.44fBahjbp×10-8V短路造成回流Ih后：Eh=E

5、h0()=Eh0(1-)Fh是受损硅钢片回流Ih的去磁作用，造成损耗：Qh=EhIh=Eh0Ih(1-)求极值得：Ihmax=即在最坏情况下，片间短路处要流过转子磁势一半的电流Qhm=kdE·f·bp·BδBj·δhj×10-11（2-5）通常kde=1.27；f=50赫兹；bp=5cm；Bj=15000高斯；Bδ=7800高斯对于这些数据Qhm=0.34δhj千瓦（2-6）即当其他条件相同时，片间绝缘损坏处所能产生的最大损失与空气隙铁心轭高成正比。大家知道，只有汽轮发电机才有很大的空气隙和很大的轭部径向尺寸，在极数很少的条件下，容量增加时h值就显然的

6、增长。对于2KW左右的大型异步电动机，空气隙的数值近似δ=0.2cm和hj=10cm，得到Qhm=0.34×0.2×10=0.68kW对于中型汽轮发电机，应该用δ=2.8cm和hj=30cm代入。这样就得到最大的损失：Qhm=0.34×2.8×30=28.6kW因此，在汽轮发电机钟，当片间绝缘损坏时，损失要比其它的电机中大数十倍。电机的运行经验及制造过程中试验数据都指出，只有在汽轮发电机中才有可能发生和片间绝缘损坏有关的严重故障。在我国类似事故发生过多起有机毁人亡的例子，凡遇到铁心短路排除不了，制造厂家通常不敢怠慢，总是要求发电机全部拆开。必须指出，在

7、工厂和电站中的铁损试验，所得到的数值是和真实的情况不相同的。（1）非常运行时的汽发铁心与异步电机不同的是，后者是在三相基本平衡的状态下运行的，尽管前面我们说过，即使在正常工况下，汽发铁心短路引起的后果，也要比异步电机严重的多。尽管他们从表面结构上看来那么相似。发电机运行时条件又远比异步电机要恶劣得多。发电机运行时如果近端发生短路（包括两相短路、单相对地和对称、三相短路，其中两相短路最恶劣），或者线路故障切除又自动重合闸的冲击，或误同期等，均引起很大的过电流和转矩，对电机的机械强度和电气强度都是很严峻的考验。电网也是一个振荡系统，当他的振荡频率与定子的自

8、振频率合拍时，产生耦合振荡（共振）。定子铁心的振动原因是多方面的，主要有基频振动和倍频振动，还