水轮发电机磁极五段弧极靴结构制造技术

本实用新型专利技术的目的是公开一种水轮发电机转子磁极极靴结构。该结构中，每一个转子磁极极靴表面由五段圆弧平滑过渡连接而成，其中，中部圆弧的对称中心线与转子磁极中心线重合；与中部圆弧相邻的左右两侧圆弧关于磁极中心线镜像对称；磁极最外两侧圆弧关于磁极中心线镜像对称。水轮发电机转子磁极极靴采用五段弧结构，气隙磁场更接近正弦分布，减少了谐波损耗，提高了发电机运行效率；电压波形以及电流波形更接近正弦，改善了电能质量，降低了转矩脉动，提高了发电机运行稳定性；节省了转子励磁，减轻了发电机重量，降低了发电机制造成本。

【技术实现步骤摘要】
水轮发电机磁极五段弧极靴结构
： 本技术涉及电机转子磁极极靴设计领域，特别涉及一种水轮发电机转子磁极 极靴结构。
技术介绍
： 目前，与火电、核电、太阳能、风能、地热能等多种发电方式相比，水力发电是唯一 技术已发展成熟、可以大规模开发的清洁可再生能源，其发电成本也较其他发电方式低。在 面对温室气体过度排放的威胁以及节能减排等政策的贯彻之下，水力发电成为各国优先 考虑的发电方式。 传统的水轮发电机转子磁极极靴设计为变气隙单圆弧结构，其最大气隙与最小气 隙之比常取为1. 5,虽然在一定程度上能够减少气隙磁密谐波含量，满足电机基本性能要 求，但随着对水轮发电机电压谐波畸变率、电话谐波含量（THF)等性能要求的提高，传统的 转子磁极极靴结构已难以满足水轮发电机电气性能和机械性能等方面的技术指标。特别 地，在诸如发电机风洞规模、水轮机运行转速等客观条件无法变更的前提下，发电机极槽选 择可能无法达到最佳匹配值，从而造成气隙磁密中谐波含量增加，使得水轮发电机定子绕 组中谐波电流增大，定子绕组铜耗及铁芯损耗增加，甚至在转子励磁绕组、阻尼绕组以及铁 芯中也产生大量谐波损耗，进一步降低了水轮发电机实际运行效率。另外，谐波磁场和谐波 电流还会产生额外的转矩脉动，致使发电机产生振动与噪声，影响发电机安全稳定运行。对 于抽水蓄能机组等采用高速水轮发电机的水电机组，由于电机转速的提高，上述问题造成 的负面影响将更加突显，其对水轮发电机的各项技术指标要求也更加严格，因此，高指标的 要求以及新产品的开发都亟需各种有效措施的提出。 针对上述可能存在的问题，现有解决方法中已有采用转子磁极极靴三段弧设计结 构，包括均匀气隙设计和非均匀气隙设计两种结构形式。相较于传统磁极极靴结构，三段弧 极靴结构中，每个转子磁极极靴表面由三段圆弧构成，即中部圆弧和磁极两端圆弧，该结构 能够减少极间漏磁，减轻极靴重量，减少极靴部位的风摩损耗，但该结构得到的气隙磁场中 谐波含量以及极间漏磁仍相对较高，谐波磁场与漏磁场对水轮发电机性能的影响仍较大， 在高转速水轮发电机应用中仍受到限制。
技术实现思路
： 为满足抽水蓄能等高转速机组的水电形势需求，提高水轮发电机性能，本实用新 型针对上述现有技术存在的不足，从降低水轮发电机电压谐波畸变率、电话谐波含量，改善 水轮发电机运行稳定性，提高水轮发电机运行效率等指标要求出发，提出一种水轮发电机 磁极五段弧极靴结构。本技术的技术方案如下： -种水轮发电机磁极五段弧极靴结构，该结构由五段圆弧平滑过渡连接而成，中 部圆弧AB的对称中心线与转子磁极中心线重合；圆弧AB左右两侧的圆弧AC和BD关于磁 极中心线镜像对称；磁极最外两侧圆弧CE和DF关于磁极中心线镜像对称。 所述的圆弧AB为圆心与定子铁芯内圆圆心同心，且半径与转子外圆半径相等 的圆弧段。 所述的圆弧AC与BD的圆心0%与02K分别位于端点A、B与圆心的连接线A〇i与 BOi上，其位置取决于圆弧AB的张角大小以及圆弧AC与BD的半径大小。 所述的圆弧CE与DF的圆心0%与03K分别位于权利要求3所述的端点C与圆弧 AC圆心0%的连接线C0a上及端点D与圆弧BD圆心02Κ的连接线D02K上，其位置取决于极 靴最大高度的大小以及圆弧CE与DF的张角大小。 所述的五段圆弧的张角大小之和为180°机械角度。 对于所述的五段弧极靴结构，通过调整中部圆弧AB的张角大小、极靴最大高度的 大小以及圆弧CE与DF的张角大小，构成不同的五段圆弧组合方式，从而得到不同形式的水 轮发电机磁极五段弧极靴结构。 技术效果： 1.水轮发电机转子磁极极靴采用五段弧结构，气隙磁场更接近正弦分布，减少了 谐波损耗，提高了发电机运行效率。 2.由于气隙磁场接近正弦分布，水轮发电机电压波形以及电流波形更接近正弦， 改善了电能质量，降低了转矩脉动，提高了发电机运行稳定性。 3.节省了转子励磁，减少了极间漏磁，减轻了发电机重量，降低了发电机制造成 本。 【附图说明】： 图1水轮发电机转子向心磁极五段弧极靴结构示意图。 图2水轮发电机转子非向心磁极五段弧极靴结构示意图。 图3水轮发电机转子磁极五段弧极靴结构设计原理图。 附图中部件标号说明： 1.转子磁极极靴；2.转子磁极极身；3.转子磁极T尾 【具体实施方式】： 针对水轮发电机电压谐波畸变率、电话谐波含量、振动与噪声等性能高指标要求， 通过合理设计转子磁极极靴结构是一种有效的解决措施。本技术提出的水轮发电机 转子磁极五段弧极靴结构基于水轮发电机电气性能与机械性能相结合的设计理念，借鉴转 子磁极极靴三段弧设计思想，将传统变气隙单圆弧极靴结构设计为五段弧极靴结构(如图1 和图2所示)，五段弧极靴结构设计原理如图3所示。 由图1、图2和图3可知，水轮发电机转子磁极极靴1表面由中部圆弧AB、圆弧AB 左右两侧圆弧AC和BD、磁极最外两侧圆弧CE和DF，共五段圆弧平滑过渡连接而成。圆弧 AB的对称中心线与转子磁极中心线重合；圆弧AC和BD关于磁极中心线镜像对称；圆弧CE 和DF关于磁极中心线镜像对称。圆弧AB的圆心h与定子铁芯内圆圆心同心，其半径与 转子外圆半径相等；圆弧AC和BD的圆心0 a和02K分别位于端点A和B与圆心的连接线 A〇i和叫上，其具体位置取决于圆弧AB的张角大小2 a i以及圆弧AC和BD的半径大小r2 ; 圆弧CE和DF的圆心0%和03K分别位于端点C与圆弧AC圆心0a的连接线C0%上及端点 D与圆弧BD圆心02K的连接线D02K上，其具体位置取决于极靴的最大高度大小Hps以及圆弧 CE和DF的张角大小α3。 由图3可知，水轮发电机转子磁极极靴1结构表面五段圆弧AB、AC、BD、CE和DF的 张角大小ct ρ α 2、α 3满足关系式： 2 · α ^2 · α 2+2 · α 3 = 180 (1) 或 a α 2+ α 3 = 90 (2) 如图3所示，通过调整水轮发电机转子磁极极靴1中部圆弧ΑΒ的张角大小2 α ρ 极靴的最大高度大小Hps以及磁极最外两侧圆弧CE和DF的张角大小α 3，构成不同的五段 圆弧组合方式，即可得到不同形式的水轮发电机磁极五段弧极靴结构。本实施例中，水轮发 电机转子磁极极靴1的宽度W ps为920mm，最大高度Hps为129. 72mm，中部圆弧ΑΒ的半径Γι 为2313. 5mm，中部圆弧ΑΒ的张角2 a i为14. 538°，与中部圆弧相邻的左右两侧圆弧AC和 BD的半径r2为351. 577mm，圆弧AC和BD的张角α 2为22. 73Γ，磁极最外两侧圆弧CE和 DF的半径r3为77. 391mm，圆弧CE和DF的张角α 3为60°。 这里以本技术的实施例为中心展开了详细说明，所描述的优选方式或某些特 性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本技术，实 际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，这些变形和应用都应该属于本实用新 型的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水轮发电机磁极五段弧极靴结构，其特征在于，该结构由五段圆弧平滑过渡连接而成，中部圆弧AB的对称中心线与转子磁极中心线重合；圆弧AB左右两侧的圆弧AC和BD关于磁极中心线镜像对称；磁极最外两侧圆弧CE和DF关于磁极中心线镜像对称。

【技术特征摘要】
1. 一种水轮发电机磁极五段弧极靴结构，其特征在于，该结构由五段圆弧平滑过渡连 接而成，中部圆弧AB的对称中心线与转子磁极中心线重合；圆弧AB左右两侧的圆弧AC和 BD关于磁极中心线镜像对称；磁极最外两侧圆弧CE和DF关于磁极中心线镜像对称。2. 根据权利要求1所述的水轮发电机磁极五段弧极靴结构，其特征在于，所述的圆弧 AB为圆心与定子铁芯内圆圆心同心，且半径与转子外圆半径相等的圆弧段。3. 根据权利要求1所述的水轮发电机磁极五段弧极靴结构，其特征在于，所述的圆弧 AC与BD的圆心0%与02K分别位于端点A、B与圆心的连接线A〇i与叫上，其位置取决 于圆弧AB的张角大小以及圆弧AC与BD的半径大小。4. 根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：周波，乔照威，林雪成，明野，杨磊，罗建华，张兴旺，陈爽，宋洪占，魏玉国，
申请(专利权)人：哈尔滨电机厂有限责任公司，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23