水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的是公開一種水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極極靴表面由五段圓弧平滑過渡連接而成，其中，中部圓弧的對(duì)稱中心線與轉(zhuǎn)子磁極中心線重合；與中部圓弧相鄰的左右兩側(cè)圓弧關(guān)于磁極中心線鏡像對(duì)稱；磁極最外兩側(cè)圓弧關(guān)于磁極中心線鏡像對(duì)稱。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；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；節(jié)省了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，減輕了發(fā)電機(jī)重量，降低了發(fā)電機(jī)制造成本。
【專利說明】水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 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)】：
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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)得到的氣隙磁場中 諧波含量以及極間漏磁仍相對(duì)較高，諧波磁場與漏磁場對(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】
：
[0005] 為滿足抽水蓄能等高轉(zhuǎn)速機(jī)組的水電形勢需求，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：
[0006] -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。
[0007] 所述的圓弧AB為圓心與定子鐵芯內(nèi)圓圓心同心，且半徑與轉(zhuǎn)子外圓半徑相等 的圓弧段。
[0008] 所述的圓弧AC與BD的圓心0%與02K分別位于端點(diǎn)A、B與圓心的連接線A〇i與 BOi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。
[0009] 所述的圓弧CE與DF的圓心0%與03K分別位于權(quán)利要求3所述的端點(diǎn)C與圓弧 AC圓心0%的連接線C0a上及端點(diǎn)D與圓弧BD圓心02Κ的連接線D02K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。
[0010] 所述的五段圓弧的張角大小之和為180°機(jī)械角度。
[0011] 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)。
[0012] 技術(shù)效果：
[0013] 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。
[0014] 2.由于氣隙磁場接近正弦分布，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。
[0015] 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。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 圖3水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖。
[0019] 附圖中部件標(biāo)號(hào)說明：
[0020] 1.轉(zhuǎn)子磁極極靴；2.轉(zhuǎn)子磁極極身；3.轉(zhuǎn)子磁極T尾

【具體實(shí)施方式】：
[0021] 針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)電壓諧波畸變率、電話諧波含量、振動(dòng)與噪聲等性能高指標(biāo)要求， 通過合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子磁極極靴結(jié)構(gòu)是一種有效的解決措施。本實(shí)用新型提出的水輪發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)基于水輪發(fā)電機(jī)電氣性能與機(jī)械性能相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，借鑒轉(zhuǎn) 子磁極極靴三段弧設(shè)計(jì)思想，將傳統(tǒng)變氣隙單圓弧極靴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為五段弧極靴結(jié)構(gòu)(如圖1 和圖2所示)，五段弧極靴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理如圖3所示。
[0022] 由圖1、圖2和圖3可知，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴1表面由中部圓弧AB、圓弧AB 左右兩側(cè)圓弧AC和BD、磁極最外兩側(cè)圓弧CE和DF，共五段圓弧平滑過渡連接而成。圓弧 AB的對(duì)稱中心線與轉(zhuǎn)子磁極中心線重合；圓弧AC和BD關(guān)于磁極中心線鏡像對(duì)稱；圓弧CE 和DF關(guān)于磁極中心線鏡像對(duì)稱。圓弧AB的圓心h與定子鐵芯內(nèi)圓圓心同心，其半徑與 轉(zhuǎn)子外圓半徑相等；圓弧AC和BD的圓心0 a和02K分別位于端點(diǎn)A和B與圓心的連接線 A〇i和叫上，其具體位置取決于圓弧AB的張角大小2 a i以及圓弧AC和BD的半徑大小r2 ; 圓弧CE和DF的圓心0%和03K分別位于端點(diǎn)C與圓弧AC圓心0a的連接線C0%上及端點(diǎn) D與圓弧BD圓心02K的連接線D02K上，其具體位置取決于極靴的最大高度大小Hps以及圓弧 CE和DF的張角大小α3。
[0023] 由圖3可知，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴1結(jié)構(gòu)表面五段圓弧AB、AC、BD、CE和DF的 張角大小ct ρ α 2、α 3滿足關(guān)系式：
[0024] 2 · α ^2 · α 2+2 · α 3 = 180 (1)
[0025] 或
[0026] a α 2+ α 3 = 90 (2)
[0027] 如圖3所示，通過調(diào)整水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴1中部圓弧ΑΒ的張角大小2 α ρ 極靴的最大高度大小Hps以及磁極最外兩側(cè)圓弧CE和DF的張角大小α 3，構(gòu)成不同的五段 圓弧組合方式，即可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)。本實(shí)施例中，水輪發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極極靴1的寬度W ps為920mm，最大高度Hps為129. 72mm，中部圓弧ΑΒ的半徑Γι 為2313. 5mm，中部圓弧ΑΒ的張角2 a i為14. 538°，與中部圓弧相鄰的左右兩側(cè)圓弧AC和 BD的半徑r2為351. 577mm，圓弧AC和BD的張角α 2為22. 73Γ，磁極最外兩側(cè)圓弧CE和 DF的半徑r3為77. 391mm，圓弧CE和DF的張角α 3為60°。
[0028] 這里以本實(shí)用新型的實(shí)施例為中心展開了詳細(xì)說明，所描述的優(yōu)選方式或某些特 性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)理解為本說明書僅僅是通過給出實(shí)施例的方式來描述本實(shí)用新型，實(shí) 際上在組成、構(gòu)造和使用的某些細(xì)節(jié)上會(huì)有所變化，這些變形和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本實(shí)用新 型的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，其特征在于，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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的圓弧 AB為圓心與定子鐵芯內(nèi)圓圓心同心，且半徑與轉(zhuǎn)子外圓半徑相等的圓弧段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的圓弧 AC與BD的圓心0%與02K分別位于端點(diǎn)A、B與圓心的連接線A〇i與叫上，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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的圓弧 CE與DF的圓心0%與03K分別位于權(quán)利要求3所述的端點(diǎn)C與圓弧AC圓心0%的連接線 C0a上，端點(diǎn)D與圓弧BD圓心02Κ的連接線D02K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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的五段 圓弧的張角大小之和為180°機(jī)械角度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電機(jī)磁極五段弧極靴結(jié)構(gòu)，其特征在于，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)。
【文檔編號(hào)】H02K1/24GK203850937SQ201420067085
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】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)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司