汽轮发电机的定子铁芯设计

汽轮发电机的定子铁芯设计
摘要：在科学技术飞速发展的今天，人们对电力的需求逐步的增大，发电机也在逐步的改善和变化之中，在这种背景之下，汽轮发电机也逐步的涌现而出。

本文通过作者多年工作经验对汽轮发电机定子铁芯设计做一简短的分析探讨。

关键词：发电机；定子铁芯
1、定子铁芯的作用
定子是发电机静止不动的部分，是发电机中主要的元件和部位，是发电机在使用的过程中产生旋转力的磁场所在地。

发电机转子的旋转主磁通在定子绕组中感应电势，产生发电机的负载电流。

在定子发生作用的过程中是通过电流产生电枢磁势来形成转子磁势的总和。

在定子铁芯、气隙和转子构成的磁回路中形成和合成磁通，建立起发电机电压。

定子铁芯的作用是使发电机总磁通获得低磁阻的磁路，同时起着固定定子绕组的作用。

由于该磁通随着转子绕组在定子内旋转，它在铁芯中产生磁滞损耗和涡流损耗。

磁滞损耗取决于冲片的性能和通过冲片的磁通密度，它在电机施加励磁时，始终存在。

定子铁芯不仅是磁路的一部分，而且也是良好的导电体，因此由上述总磁势形成的主磁通也在定子铁芯中产生涡流，为了减少涡流损耗，要把铁芯分成许多薄片，而且各片之间彼此绝缘，以防止各叠片之间流过电流。

每一硅钢薄片厚度的选择与涡流的透入深度有关。

2、定子铁芯冲片材料
发电机定子铁芯的冲片材料目前采用冷轧或热轧的电工钢片，冷轧的电工钢片又分为有取向和无取向两种。

世界上冷轧硅钢片发展最快是日本，而且其性能是最好的，就无取向电工硅钢片而言，目前已生产出H6高牌号产品。

除日本外，德国的硅钢片性能较好，我国硅钢片
的电磁性能可以与其他发达国家相媲美。

取向的冷轧硅钢片内损耗和导磁率与轧制方向有关，当磁通顺轧制方向通过时，导磁率高、损耗小，垂直通过时则反之。

定子铁芯的整圆由多块扇形硅钢片组合而成。

通常定子铁芯轭部重量比齿部重得多，为了减少总的铁耗，取向硅钢片尽量使冲片轭部与轧制方向一致，齿与轧制方向垂直，夹角不宜小于70度。

损耗随着磁通与轧制的方向之间的夹角的增大而增加，为了有效地降低轭部损耗或损坏相同的情况下，显著提高磁通密度、节约硅钢片和缩小发电机直径，较重视机械振动问题，为减少定子是各铁芯振动。

随着工业迅速的发展，汽轮发电机的剪冲车间冲剪扇形冲片一般是自动化的，生产线由硅钢片卷料或片料剪成扇形料、自动冲片、冲片传送接出装置，去毛机及冲片堆迭装置等组成。

扇形片冲制后，每张冲片均需经过严格去毛刺，使冲制过程中产生的毛刺控制在最小的范内，国外一般是连续去毛刺两次，即在冲片自动化生产线上将两台去毛刺机排成直线。

3、冲片的涂漆绝缘
定子硅钢片在制造时即涂一层无机绝缘漆，在扇形冲片去毛刺后，必须双面涂复高电安。

阻的绝缘层，使叠片层间保持良好的绝缘性能，以避免发生短路的危险。

这绝缘层要求薄、耐温、损耗降到最小而且达到上述的作用。

4、定子铁芯的装配
定子铁芯是由多个扇形的硅钢片和硅钢网叠装而成的组合体。

装配完成的定子铁芯要求槽形平直、槽壁平整、有足够的紧力，以保证铁芯的刚度和避免电磁力引起片间振动，还要注意片间绝缘不应受损，通风道均匀整齐，不变形等。

定子铁芯主要构件除硅钢片外，有定位筋、通风道片、绝缘垫片。

虽然部件不多，但是装配成定子铁芯并嵌装定子绕组后，如有故障必须撤除定子绕组，那是非常麻烦的，所以定子铁芯装配的质量是非常重要的。

4.1定位肋
固定定子叠片的定位肋一般为方形带鸠尾的剖面，沿轴向放置，均匀分布，固定在机座横隔的内圆上，每张扇形冲片必须不少于两个定位肋，定位肋有组合式和整体式两种，但现在大型汽轮发电机中定位肋大都采用整体式。

定子铁芯的冲片是经良好绝缘处理的，但叠装于定位肋上该点绝缘有可能破坏，经过定位肋使叠片在外短路，所以在定子铁芯内圆的任何处不允许片间短路。

4.2定子铁芯冲片及绝缘垫片
铁芯叠装时，每张冲片都有一个压装标记，应辨别放置冲片的正确方向，避免可能由剩余毛刺而产生的短路。

由于涂漆时，总是轭部先进入涂漆机，轭部的漆膜比齿部厚，所以在齿部需加垫垫片或冲齿片。

据国外考察报告，GE公司是垫三聚氰胺聚酯玻璃布板，其形状和尺寸与齿形相同，厚度是内圆的一端0．1毫米至槽底一端O，粘接在冲片上，按设计注明的部位放人。

该公司产品汽端放4层垫片，励端共放6层垫片，其中为每四档铁芯放一层。

我国电机制造厂在制造过程中，为保证片间压力，防止局部松弛，很注意冲片去毛刺后造成边缘偏薄的状态(尤其在齿部，更容易发生)，并用绝缘冲片或局部点焊的冲片加以补偿，有的工厂采用根据冲片堆积厚度，测量中部与边缘的高度差，点焊冲片予以填充的方法。

在分段加压时很注意测量压力下的铁芯各部高度差(表现为倾斜或波浪形)并加以补偿。

还用斜口工具，插入铁芯，检查压装完工后的铁芯紧度。

定子铁芯每层由数张扇形片组成一个圆形，然后一层层交错叠装，通常有1／2或1／3及以上汽交错法，交错处必须在槽中心，见图24。

为减少铁芯内磁阻，引进国外制造技术后，300MW及以上容量的定子铁芯采用一片一叠的工艺方法，经试验证明，可使基本铁耗减少10％～15％。

5、定子铁芯端部结构件的发热问题
大型汽轮发电机受最大几何尺寸的限制，所以采用高参数，气隙磁密高，线负荷高，又两极电机定子线圈节距大，每个相带线圈数量多，导致绕组端部长，这样定子线圈端部。

此外隐
极式转子在转子线圈端部也有一个随转子旋转的漏磁场。

以上两个旋转漏磁场在端部形成一个合成的旋转漏磁场，其中定子端部漏磁场为主要成分，转子端部绕组距定子铁芯较远，转子漏磁通只占合成磁通的30一40％。

端部漏磁场分布比较复杂，影响因素也多，如定子线负载、短路比、端部结构、材料、距离、视在功率以及功率因数等都会影响到漏磁场的分布。

如短路比小的发电机，端部漏磁就大；滞后功率因数运行时，定子和转子的合成磁通相减，端部漏磁较少；越前功率因数运行时，定子和转子的台戚磁通相加，端部漏磁就增多，因此发电机进相运行时端部易发热。

端部漏磁通总是要沿磁阻最小的路径通过，因此，定子和转子漏磁通的耦合主要集中在定子的压圈内圆、压指和端部最边段铁芯齿处，导致这些部位附加损耗增大，温度升高。

附加损耗主要是漏磁通在金属材料内引起的涡流损耗。

涡流透入的深度与频率和材料的电阻有关，也和金属部件在漏磁场中的位置和距离有关，附加损耗约占总损耗的20％。

在同一台汽轮发电机中不容的冷却方式和冷却媒介对发电机的效率造成极大的变化。

显然空气冷却时．端部温度高；氢气压力增大时，温度降低。

附加损耗：在端部引起的发热问题，对设计和运行单位来说，都是需要重视的问题。

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