具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机技术方案

本发明专利技术公开了具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机，它涉及电机领域。本发明专利技术为了解决现有汽轮发电机运行能力较低和温度较高的问题，四极多相汽轮发电机以2倍同步转速3000rpm运行，定子多相绕组感应出100Hz多相交流电通过变换器变换为50Hz三相交流电后与电网相连，定子铁芯直线段区域分为n个冷风区和n+1个热风区，定子铁芯齿部开设有内冷式通风道，抽出式风扇安装在发电机两侧，压入式风扇安装在两端护环的外侧，转子副槽与转子径向通风孔相连通，转子绕组下方安装有永磁体，永磁体与永磁体副槽相接触，转子副槽与永磁体副槽在发电机轴向中心位置处通过径向通风孔相连通。本发明专利技术提高了发电机的运行能力和冷却效果，结构简单，便于实现。便于实现。便于实现。

【技术实现步骤摘要】
具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机


[0001]本专利技术涉及具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机，属于电机领域。

技术介绍

[0002]近年来，随着可再生能源在输电和配电层面的增长，人们意识到传统电厂迫切需要能够以灵活的方式运行，以确保电力系统的稳定性。传统发电厂中汽轮发电机直接并电网运行，不能以独立于电网频率的速度运行，无法有效地抵御不正常以及严重的电压和频率波动事件。传统半速汽轮发电机仅采用给转子励磁绕组通入直流励磁电流的方式产生磁场且转子转速较低，导致汽轮发电机功率密度较低。大容量汽轮发电机的单机容量较大，三相发电机的每相绕组承担着较大的功率负荷，当三相发电机中某相出现故障时将导致发电机无法继续供电。此外，汽轮发电机转子的轴向长度较长，通风冷却系统设计不合理会导致发电机内产生的热量不能及时被冷却气体带走，如果超过容许温升，将会严重威胁到了汽轮发电机的安全稳定运行及寿命。
[0003]为了使汽轮发电机能够以独立于电网频率的速度灵活并网运行，扩大电网电压和频率调节范围，提高汽轮发电机的功率密度，减小定子每相绕组的功率负荷，降低大容量汽轮发电机构件的温度，可以采用具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机。将四极汽轮发电机转速增加一倍，由1500r/min变为3000r/min，经多相变换器和三相升压变压器与电网相连，通过电励磁和永磁体励磁的混合励磁来有效地提高汽轮发电机的功率密度，定子采用多相绕组，随着相数的增加每相绕组的功率负荷随之下降，与此同时，当某相绕组发生故障时，其他绕组可匹配容错控制继续工作，提高了整个系统的可靠性和冗余度。倍速四极多相汽轮发电机内交错通风冷却系统可以提高发电机内冷却气体的流量，加快四极多相汽轮发电机内流体流速，有效地降低了发电机内各构件的最高温度，减小了发电机轴向方向的温差和热应力，提高了汽轮发电机长期安全稳定运行的能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机，以解决传统汽轮发电机以独立于电网频率的速度运行和由转速升高导致构件温度高的问题，使汽轮发电机能以独立于电网频率的速度运行，还可以解决发电机内构件温度过高的问题，加快发电机内冷却气体的流动速度，有效地降低了发电机内各构件的温度，增强了汽轮发电机安全稳定运行的能力。
[0005]本专利技术的具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机，它包括冷风区入口、冷却器、热风区出口、机壳、压指、抽出式风扇、压入式风扇、定子铁芯、转子铁芯、转子副槽、转子励磁绕组、永磁体副槽、永磁体、转子绕组径向通风孔、定子绕组、定子铁芯齿部通风道、转子护环、径向通风孔、高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体，四极多相汽轮发电机以2倍同步转速3000rpm运行，定子多相绕组感应出100Hz多相交流电通过变换器变换为
50Hz三相交流电后与电网相连，定子铁芯直线段区域分为n个冷风区和n+1个热风区，定子铁芯齿部开设有内冷式通风道，抽出式风扇安装在发电机两侧，压入式风扇安装在两端护环的外侧，转子副槽与转子径向通风孔相连通，转子绕组下方安装有永磁体，永磁体与永磁体副槽相接触，转子副槽与永磁体副槽在发电机轴向中心位置处通过径向通风孔相连通。
[0006]n个冷风区的个数为3
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6个；定子铁芯径向通风沟宽度为3mm至8mm；转子副槽通风道截面为长方形，转子副槽通风道截面的长度为20mm至30mm；转子副槽通风道截面的宽度为10
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20mm；定子铁芯齿部通风道的宽度为5
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15mm；定子铁芯齿部通风道的长度为2mm至5mm。
[0007]作为优选，所述的永磁体由一个永磁体调整为由一个高矫顽力永磁体和一个低矫顽力永磁体组成，通过高矫顽力永磁体和低矫顽力永磁体可以产生更合理的磁场，改善气隙内正弦磁场的波形。
[0008]作为优选，所述的定子铁芯齿顶处的定子铁芯齿部通风道的截面由长方形变为圆形，进一步加快了定子铁芯齿顶周围冷却气体的流速，提高了冷却气体带走定子铁芯热量的能力，进一步降低了定子铁芯的最高温度。
[0009]作为优选，所述的定子铁芯齿部通风道调整为一个截面为长方形的齿部通风道，有效地降低了制造成本，还能够保证定子铁芯齿部的冷却效果。
[0010]本专利技术的优点：传统电厂半速四极汽轮发电机直接并电网运行，不能以独立于电网频率的速度运行，无法有效地抵御不正常以及严重的电压和频率波动事件，功率密度较低，且半速四极汽轮发电机内部构件温度高。本专利技术通过汽轮机将半速四极汽轮发电机的转速由1500r/min提高至3000r/min，即转速提升一倍，定子多相绕组感应出100Hz多相交流电，经多相变换器和三相升压变压器转换为50Hz三相交流电与电网相连，从而构成的倍速四极汽轮发电机能以独立于电网频率的速度运行，有效地减小了汽轮发电机的体积，降低了加工制造成本；通过永磁体和电励磁的混合励磁来提高汽轮发电机的功率密度；定子采用多相绕组，随着相数的增加，每相绕组的磁链和反电动势会成比例降低，供电电压会随之下降，由此可实现低压大功率输出，当定子某一相绕组发生故障时，其他绕组可匹配容错控制策略继续工作，提高了整个系统的可靠性和冗余度；在通风冷却方面，倍速四极汽轮发电机护环外侧新增有压入式风扇，原来发电机两侧鼓风式风扇变为抽出式风扇，并将原发电机单一通风系统变为交错式通风系统，加快了冷却气体的流动速度，有效地降低了各构件的温度，减小了发电机轴向方向的温差和热应力。本专利技术所述具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机的功率密度、通风冷却效果以及对电网的改善效果明显优于传统汽轮发电机，且具有容错能力，与传统汽轮发电机相比，可靠性更高，易于实现。
附图说明
[0011]为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0012]图1为本专利技术所述具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机的剖视图。
[0013]图2为本专利技术所述具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机转子区域径向截面图。
[0014]图3为本专利技术所述具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机定子
区域和转子区域径向截面的局部放大图。
[0015]图4为本专利技术所述具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机N
‑
N处截面图。
[0016]图5为本专利技术具体实施方式二所述的具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机定子区域和转子区域径向截面的局部放大图。
[0017]图6为本专利技术具体实施方式三所述的具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机定子区域和转子区域径向截面的局部放大图。
[0018]图7为本专利技术具体实施方式四所述的具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机定子区域和转子区域径向截面的局部放大图。
[0019]图中：1
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冷风区入口、2
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冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有抽出式交错通风冷却系统的倍速四极多相汽轮发电机，其特征在于：它包括冷风区入口（1）、冷却器（2）、热风区出口（3）、机壳（4）、压指（5）、抽出式风扇（6）、压入式风扇（7）、定子铁芯（8）、转子铁芯（9）、转子副槽（10）、转子励磁绕组（11）、永磁体副槽（12）、永磁体（13）、转子绕组径向通风孔（14）、定子绕组（15）、定子铁芯齿部通风道（16）、转子护环（17）、径向通风孔（18）、高矫顽力永磁体（19）和低矫顽力永磁体（20），四极多相汽轮发电机以2倍同步转速3000rpm运行，定子多相绕组感应出100Hz多相交流电通过变换器变换为50Hz三相交流电后与电网相连，定子铁芯直线段区域分为n个冷风区和n+1个热风区，定子铁芯齿部开设有内冷式通风道（16），抽出式风扇（6）安装在发电机两侧，压入式风扇（7）安装在两端护环的外侧，转子副槽（10）与转子径向通风孔（14）相连通，转子绕组下方安装有永磁体（13），永磁体（13）与永磁体副槽（12）相接触，转子副槽（10）与永磁体副槽（12）在发电机轴向中心位置处通过径向通风孔（18）相连通。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩继超，邱家玉，郑萍，孙玉田，李桂芬，边希兆，戚海铭，滕明轩，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：