定子绕组设计

定子绕组设计（精选七篇）

定子绕组设计 篇1

因此改进绕线模设计, 削弱甚至消除绕线模的力臂波动量显得很有必要。笔者就消弱绕线模的力臂波动量, 进行探讨。

1 传统的绕线模

1.1 单层绕组绕线模

传统单层绕组的绕线模形状如图1:

其中L为直线部分, C为端部弧长, T为节距, R为端部圆弧半径, O是其圆心 (有时候O点会落在线段AB中点上) 。

在设计该绕线模的施工图样时, 半匝长Lz (=L+C) 和节距T是事先经过电磁计算, 然后调整后给定的。特殊地, 交叉式和同心式绕组的每个线圈大小不一样, 但每个线圈的结构是大体相似的, 只是需要给出不同的数据而已。

1.2 双层叠绕绕线模

传统双层叠绕组绕线模形状如图2:

其中L为直线部分, L1为端部斜边长, T为节距。

在设计该传统绕线模的施工图样时, 半匝长Lz (=L+2L1) 和节距T须事先经过电磁计算, 然后调整后给定的。

2 力臂波动的削弱

由于这些传统绕线模都是“死模”, 形状是不能调整的。那么怎么来削弱甚至消除力臂的波动呢?

重新设计圆形“死模”, 可以完全消除力臂波动, 但是这样的话, 绕出来的线圈几乎无法嵌线的。挖肉补疮是不可取的。

设计形状可以随意调整的“活模”, 绕线时把模型调整成圆形, 绕制完后保证周长不变, 改变绕线模的形状, 涨形成适合嵌线的梭形, 这样就可以完全消除力臂波动。但是设计这种“活模”的技术成本和经济成本目前足以令广大电机制造厂家望而却步的。 (当然这种“变形金刚”式的理念是值得肯定的, 目前已经有这样的尝试。)

对于技术相对较成熟的中小型三相异步电动机来说, 由于原材料成本大幅度增加, 产品价格下滑, 其利润目前普遍处于低迷状态。在这种情况下, 各厂家都在尽可能地降低成本以维持利润。根据我国的国情, 另起炉灶地花大成本重新设计活绕线模, 至少在目前, 不可能被广大电机制造厂家接受。

经过分析, 笔者认为在几乎不增加成本的前提下, 对传统绕线模进行适当优化, 可以有效缓解由于绕线模力臂波动而带来的种种弊端。

3 优化思路及数学模型的建立

3.1 单层绕组绕线模

对于这种绕线模 (见图1) , L不能变, 它是根据铁心长和定子绕组绝缘规范确定的;C也不能变, 因为半匝长Lz不能变, Lz=L+C, Lz直接影响定子相电阻, 进而影响满载电动势标幺值、最大转矩倍数、启动总电阻等指标;而启动总电阻又影响堵转转矩倍数和堵转电流倍数等指标。但是T和R是可以变动的。由于这种线圈属于软线圈, T和R的变化基本上不会影响嵌线。我们可以对这种绕线模做如下优化:

在图1中, 当圆弧 的圆心O位于绕线模的形心时, 可以消除端部的力臂波动, 见图3。

在图3中, 由几何知识知; ;

但是R也是未知量, 所以还要求得R值, T值才能确定。

由图3可知, (A为弧度) …………………… (2) ;

又弧长C=R×A, 代入方程 (2) 得:

将 代入方程 (3) , 得:

在方程 (4) 中, 只有R是未知量, 解出R值, T值也可被确定。但方程 (4) 属于超越方程, 没有解析解, 只有数值解。

手工解方程 (4) 是相当困难的, 需要借助软件才能轻松求解。能解超越方程的软件很多, 比如Matlab, Microsoft Excel等。考虑到Microsoft Excel在PC上的普及率极高, 就以Microsoft Excel (本文使用Microsoft Excel 2003) 来解方程 (4) 。

为了使演示得以进行, 先把已知量C、L赋予数值, 今赋予C=50 (单位mm, 下同) , L=60。要解超越方程, 需要对未知量假定合适的初值, 才能得到满意的结果。因此在计算前我们须尽可能找出未知量R的所有约束条件, 一是为了保证方程本身有意义 (比如分母不能为0、负数在实数范围内不能开平方等等……) , 否则Excel直接报错, 拒绝运行;二是保证未知量R对物理模型 (绕线模) 有意义。

把方程 (4) 变形, 得:

在方程 (5) 中, 未知量R处于分母上, R≠0;又4R2-L2处在平方根下, 4R2-L2≥0, 即2R≥L (本案例中, L=60, 所以R≥30) ;又T是C的弦长, 所以T

综合之, R的约束条件是: 。

下面用Excel来解方程 (5) , 步骤如下:

1) 、新建一个.xsl文档, 在Sheet1中A1单元格输入C, B1单元格输入L, C1单元格输入R, D1单元格输入“Sin (C/2R) -√4R2-L2/2R=0”, 输入这些内容的目的是起提示的作用, 见图4;

2) 、在A2单元格输入50, B2单元格输入60, C2单元格输入一个符合约束条件30≤R<5≈39.0512的初步假定值, 这里取32, D2单元格输入

3) 、点选D2单元格, 点击“工具”—“单变量求解”, 弹出“单变量求解”对话框, 此时“单变量求解”对话框中的“目标单元格”项显示为“D2”, 见图5;

4) 、在“单变量求解”对话框的“目标值”项中输入方程 (5) 等号右边的值0, 在“可变单元格”中点选C2单元格, 此时在“单变量求解”对话框的“可变单元格”项里显示“$C$2”, 也可直接在“可变单元格”项里输入C2单元格的列标题和行标题“$C$2”或“C2”, 如图6;

5) 、点击确定, 出现图7所示“单变量求解状态”对话框。

此时Excel根据R的初步假定值32, 已经通过数值迭代计算收敛到目标值的逼近值0 (图7中的当前解:0) , 逼近值和目标值的误差0-0=0≤0.001 (该误差限值为Excel默认, 可通过“工具”—“选项”—“重新计算”下的“迭代计算”更改设定值) , 满足Excel的要求, 所以“单变量求解状态”对话框提示:“对单元格D2进行单变量求解求得一个解。”, 此时C2单元格中的值37.93916就是Excel解方程 (5) 得到的一个解R=37.93916。

6) 、验证R=37.93916的合理性:

R=37.93916满足R的约束条件 , 所以R=37.93961满足物理模型 (绕线模) 的要求。

7) 、假如第6) 步中的R不满足约束条件30≤R<5≈39.0512, 须打开“工具”—“选项”—“重新计算”, 将“迭代计算”下“最多迭代次数”、“最大误差”适当调整, 重新计算;若R值仍不符合要求, 须重新假定R的初值重新计算另外的解 (方程的解可能不止一个) , 直至满足要求。

3.2 双层叠绕绕线模

对于这种绕线模 (见图8) , 跟单层绕组绕线模一样, L也不能变;L1也不能变, 因为半匝长Lz=L+2L1。Lz对电机性能的影响同上述单层绕组电机。但是T可以变动。T的变动会稍微影响嵌线, 尤其是对于尺寸较大的线圈, 不过可以通过稍微校形消除这种影响。

我们可以对这种绕线模做如下优化, 见图8:

图8中, 由几何知识知: ;

当L2=L3时, 即

可以消弱端部的力臂波动, 见图9。

方程 (6) 只有T是未知量, 且不是超越方程, 有解析解。

解方程 (6) 并舍去不符合物理模型的负根得,

根据“两点之间线段最短”, 知T≤2L1, 这是T的一个重要约束条件, 根据此约束条件进一步舍去不符合要求的解。

4 效果验证

我公司按照上述方法, 挑选了几种规格, 新制了一批绕线模, 有单层模, 有双层模。工人在用这些新的绕线模绕制线圈时, 虽然力臂波动仍然存在, 但是有所缓解, 尤其是尺寸较大的绕线模, 比如中心高H200及以上的绕线模, 这些绕线模属于双层模, 六个拐点力臂相同, 部分规格铁心较短, 外形接近正六边形, 转动时, 力臂波动有了显著的缓解。

根据电机学知识我们知道, 电机电磁转矩∝主磁通, 主磁通∝线圈匝数的倒数。而同样极数下, 电磁功率∝电磁转矩∝线圈匝数的倒数。即小功率电机匝数多, 但外形尺寸小, 槽型也小, 所以线规较细, 绕制的线圈比较柔软;大功率电机匝数少, 但外形尺寸大, 槽型也大, 往往并绕的根数也多, 线规较粗, 绕制的线圈柔软度较低。用这种新绕线模绕制的大功率电机的线圈嵌线时, 需要适当校形。

5 结语

优化设计是直接提高产品设计性能的有效设计方法。优化设计使科学技术不断向前发展, 人们生活质量不断得到改善。

中小型三相异步电动机市场需求量大面广, 电机厂家的生产纲领大都属于“大量生产”。这就要求各个生产环节在成本允许的前提下, 力求提高生产效率。比如金加工方面尽量使用制造电机的专用机床而不用通用机床来提高金加工效率。线圈制造方面同样也有提高生产效率的需求, 就线圈绕制这一环节来说, 由于绕线模呈梭形, 绕制时绕线模的力臂波动大大限制了线圈绕制速度, 制约了线圈制造效率的提升。笔者从几乎不提高成本的前提下, 对传统绕线模提出了可行性优化方案。这些方案理论上简洁正确, 实践上简单可行, 经样品验证, 均有不同程度的优化效果, 尤其是对于大尺寸、短铁心的规格, 效果最显著。

参考文献

[1]汤蕴, 电机学, 机械工业出版社, 2011年7月第四版;

[2]李庆扬王能超易大义, 数值分析, 清华大学出版社, 2008年12月第五版;

[3]戴文进张景明, 电机设计, 清华大学出版社2010年6月第一版;

定子绕组类故障及维护 篇2

定子绕组带来的故障有很多种, 大多数的故障是因为绕组的的接地, 短路。以及断路。

1 绕组接地短路现象

1.1 绕组接地短路

绕组接地是指电动机的绝缘层破损, 导致里面的导体和铁芯相连接。

1.1.1 现象

机壳和控制线路失去控制, 绕组系统短路并散发热量, 导致电动机正常运转受到限制, 严重时导致定子绕组局部烧毁。

1.1.2 原因

绕组的潮湿使得绝缘电阻下降造成绝缘击穿;电动机长期的持续过载的运行, 使得绕组热量上升, 以至于绝缘老化, 变脆, 裂开, 分层以至于绝缘性部分或完全丧失;在绕组制造过程中, 由于人员的疏忽作业, 把定子绕组绝缘层破损, 或是一些金属屑或导体进入绕组的内部, 引起了绝缘层的损坏;部件之间的相互摩擦和外壳的碰撞, 引出了绝缘体的损坏。

1.1.3 方法

1) 观察接地的方位一般在绕组槽内或接近槽口的地方, 并且有磨损和表面碳化变黑的现象。所以要先找到接地的地点。如果槽口没有接地点, 说明位置在槽内的线圈也铁芯接触部位;

2) 灯泡检查法检查之前首先要把所有绕组的接头逐个分开, 使它们互相不连接, 逐一用灯泡进行检查。检查的时候把灯泡和电源进行串联的连接, 和电动机铁芯或外壳进行连接, 如果灯亮了, 就说明绕组是接地的;如果发线有火花或者烟雾的产生, 那么说明该处有故障;或者是找到接地的部位之后, 把连线拆开, 寻找绕组的接地点, 并注意灯泡的亮度。采用这种方法要特别的注意安全, 一旦停止检查, 马上对电源进行切断;

3) 电流的串烧用一台可调变压器, 将电源接上, 接地之后会很快的发热, 定子绕组冒烟的部位就是接地点, 要特别的注意电动机的电流不能超过额定的2倍, 时间不能超过5分钟, 大功率电动机的所通电流应当为额定的电流的20%~50%。使用逐渐增大电流的方法, 接地点冒烟的时候应当立刻做断电的处理。

1.1.4 处理的过程

1) 将接地处进行烘干处理, 冷却到60~70摄氏度时, 涂抹上绝缘的油漆再进行烘干的处理;

2) 绕组的端口损坏时, 在接地的部位要进行再次的绝缘处理, 烘干;

3) 当绕组的接地部位在槽的内部的时候, 应将绕组重新绕制进行更换。

1.2 绕组内部的短路

绕组的内部短路多由于电机内部的电流过大、电源的电压幅度变化较大等很多不良原因导致绕组绝缘破损所而造成的。一般分为绕组匝间的短路和绕组之间的短路两种情况。

1.2.1 现象

当绕组发生短路的时候, 磁场的分布不均匀, 导致电流的不平衡和电动机的噪音和振幅加大, 严重的时候机器不能启动, 在短路的线圈中产生很大的电流, 导致线圈的发热并烧毁。

1.2.2 原因

电动机长期的过载运转, 绝缘失去了绝缘的效果, 造成绝缘层的破损;槽口和绝缘材料有损坏或者没有垫好;转子和定子绕组的槽口由于摩擦造成绝缘的损坏;电动机的内部的异物过多破损绝缘。

1.2.3 检查方法

1) 外部的观察

将电动机拆开, 检查绕组的烧焦和冒烟的地方, 因为在发生短路的时候, 会有火花将绝缘烧坏, 甚至导线也被烧断。一般这些痕迹的地方就是故障所发生的地方。

2) 温度检查法

通电等20min之后, 如果发生异常的情况应当立刻停止, 用手背触碰或测温枪检验绕组的每一个部分, 判断一下各部分温度是否正常。

3) 灯泡的检查方法方法和前面的一样, 灯亮的绕组是短路的信号。

1.2.4 如何处理

1) 短路的部位在端口时。可以使用绝缘的材料将短路的地方隔开, 也可以用胶布将绝缘线包起来, 再进行上漆的处理;

2) 短路在槽的内部时, 应现将其做软化的处理, 找出短路的部位进行修复, 放入槽内, 进行上漆的处理;

3) 绕组的线少于1/12时候要将切断全部的短路的线路, 当大于1/12时候, 要全部的进行拆除。

2 绕组的断路

电动机的焊接不牢固或者焊接具有腐蚀性, 以及焊接没有及时的清除干净, 就可能导致松脱、开焊, 受到碰撞时接地或者短路, 也能导致导线的烧毁, 在几根导线中, 如果有一根或者几根导线短路时, 也会引起另外的导线的温度的上升, 引起绕组的断路。

2.1 现象

电动机不能启动和运作, 有异常的噪音或者振幅特别大, 有时会有冒烟的现象。

2.2 原因

1) 在检修和维护的时候碰断了线路, 或者线路本身的质量有问题;

2) 绕组受到机械或者电磁场的力量被拉断;

3) 绕组的元件之间和绕组与接头的焊接虚焊, 长期的运行导致热量过大, 进而开焊。

2.3 检查方法

1) 观察法

发生断裂的地方大多在绕组的接头处焊接处, 检验焊接处有没有碰折, 或者接头的地方有没有断裂。

2) 灯泡检验

方法和之前的一样, 灯不亮的一段是断路

3) 电桥法

当电动机的某一位置的电阻比其他的两个电阻的数值大时, 说明该处绕组可能存在虚焊, 如不显示电阻值则说明有一些部分有断路的故障存在。

2.4 处理方法

首先将断开的线连接, 然后焊牢, 套上绝缘的材料, 最后套上绝缘套管等。

3 接错绕组

3.1 故障现象

电动机不能运作, 空载的电流很大不平衡, 温度上升的太快, 机器有剧烈的震动, 并且伴随有很大的噪音, 保险丝烧断。

3.2 产生原因

错误的将线路接错;在维护时候三相的绕组首尾接反;在起动的时候, 背部接线错误;电动机在接线时候, 绕组接线错误, 对于电动机的出头识别错误。

3.3 检修方法

1) 电流分析法

三相电机通电后, 从电流表读取绕组电机电流, 比较三相电流是否平衡。

2) 指南针方法

绕组没有接错的情况, 在另一相绕组, 指南针经过相邻的极组时候, 指向的方向应当相反, 在三相的绕组的相邻的极组也相反;比如极性的方位不变, 说明有极组的反接情况的出现, 指向不确定, 相组的内部有接反的线。

3.4 处理方法

1) 对于引线错误的, 要正确的判断出前后, 在进行连接的处理;

2) 在启动的时候接错电路, 要对照着原图或者原理图进行认真的检查后重新进行连接;

3) 定子绕组的一相错误的接反, 接反的一相电流会很大, 根据这个特点可以识别出故障的所在并进行修理。

4 结论

现如今电动机的应用十分的广泛, 但是在长期的运行之后, 绕组的各个部位会发生很多的故障。及时对绕组的故障进行判断并进行相应的处理, 使设备能够正常的工作运转, 如何快速的检查到问题的所在并进行及时的处理, 是解决问题的关键所在, 需要我们不断的积累经验和知识。

摘要：定子绕组在运行的时候, 会出现各种各样的问题。掌握电动机的运转原理和方法, 对电动机出现的故障进行处理, 对于电动机的正常工作有十分重要的作用。本文对5种不容的情况做出了分析和处理, 对故障的检查和处理手段进行可重点的介绍。

关键词：定子绕组,故障,电动机

参考文献

电动机定子绕组相电阻的测算 篇3

1 定子三相绕组Y连接时相电阻的测算

首先在定子三相绕组的引出线端U, V, W分别测量每两端之间的电阻RUV, RVW, RWU, 那么有:

式中RU, RV, RW———各相绕组的电阻。

解上述方程组得:

按式 (1) 计算, 就可求得Y连接时各相绕组的电阻。

如果所测三引出线端电阻RUV, RVW, RWU之间的最大偏差不超过2%, 则可认为三绕组的相电阻阻值相等, 那么由式 (1) 可以化简得每相绕组的电阻公式:

2 定子三相绕组△连接时相电阻的测算

2.1 算法一

同样先测量三相绕组每两个引出端之间的电阻RUV, RVW, RWU, 那么有:

解上述方程组得:

只要按式 (3) 计算, 就可以求得△连接时的相电阻。

如果所测电阻RUV, RVW, RWU之间的最大偏差不超过1.5%, 则可认为各相绕组的电阻相等, 由式 (3) 化简得每相绕组的电阻公式:

即R△= (RUV+RVW+RWU) /2 (4)

2.2 算法二

把W相绕组用导线短接, 测量U, V绕组 (或V, W绕组) 两引出线端的电阻R1, 计算出电导G1=1/R1, 那么GU+GV=G1。

同理, 把V相、U相两绕组分别短接, 测取电阻R2, R3, 计算出电导:G2=1/R2, G3=1/R3, 则有GU+GW=G2, GV+GW=G3。

联立解三电导方程组得:

那么RU=1/GU, RV=1/GV, RW=1/GW式中GU, GV, GW———各相绕组的电导。

溪洛渡左岸电站定子绕组安装技术 篇4

关键词：溪洛渡水电站,水轮发电机,定子绕组,安装,结构设计

溪洛渡水电站位于金沙江下游, 距宜宾市河道184 km。该电站是三峡公司进行金沙江流域开发的重要项目之一, 建成后将成为世界第二大水电站, 电站机组的单机容量是世界第二大水电机组。电站为地下式厂房, 左右岸各装设9台额定功率770 MW的混流式水轮机发电组, 其中左岸6台机组由哈尔滨电机厂有限责任公司安装制造。机组发电机型号为SF770-48/15300, 额定电压20 k V, 功率因数0.9, 定子铁心内径14 200 mm, 长度3 350 mm, 槽形尺寸25.72×224.58。本文阐述该发电机定子绕组安装工艺。

1 溪洛渡定子结构特点及安装流程

定子绕组为双层三相8支路Y形联接, 每极每相槽数4+1/2, 条形波绕组, 节距1-16-28, 槽数648, F级绝缘。整个定子绕组包括线棒、端箍以及铜环引线均采用空气冷却方式冷却, 线棒接头采用中频焊接方式。

定子线棒为“Roebel”线棒, 由多根单独绝缘的铜扁线采用325.95°不完全换位缠绕而成, 可有效减小槽漏磁场产生循环电流而引起的附加损耗。主绝缘材料为环氧粉云母带。线棒嵌入前用室温硫化半导体硅橡胶 (SI52 HARDENER105) 叠成三合一结构进行缠绕, 嵌入后固化膨胀, 以保证线棒嵌入后与铁心之间的紧度以及降低槽电位。定子线圈防晕材料与主绝缘一次模压成型。

定子线棒在槽内采用高强度的波纹板弹簧结构的槽楔固定, 通过斜楔打紧使波纹板达到一定的压缩量从而压紧线棒。该结构利用波纹板的弹性, 可有效防止机组长期运行造成的槽楔松动, 并且防止因电磁振动力的作用而引起主绝缘的磨损及消除电晕腐蚀[1], 以确保发电机的安全运行及提高线圈使用寿命。

定子绕组出槽口处利用“人字型”绑扎带固定斜边垫块, 此弹性的固定结构可防止线棒受电磁振动而磨损主绝缘。在端部利用5玻璃丝绳绑扎槽口垫块, 防止定子线棒在运行时电磁振动的反复作用和线圈自重产生的轴向力的影响而逐渐下沉。定子绕组安装流程如图1所示。

2 具体实施方案及难点分析

2.1 半导体硅橡胶槽衬绕包工艺

溪洛渡电站定子线棒采用绕包半导体硅橡胶槽衬槽内防晕结构[2]。在防尘封闭间内, 用专用的涂胶折边机在半导体无纺布 (规格为0.1 mm×100 mm) 表面均匀涂刷半导体硅橡胶, 半导体硅橡胶型号为SI52HANDENER105, 然后叠成50 mm宽三合一结构, 疏包在线棒槽部, 间隙3~5 mm, 每段伸出铁芯10 mm, 将带有三合一半导体槽衬的线棒嵌入定子槽内。根据线棒嵌入槽内紧度及胶流出的数量, 随时调整涂胶折边机上调胶轮和半导体硅橡胶槽衬厚度, 如表1所示, 保证线棒与铁心槽的紧密配合[3]。

mm

2.2 上下层线棒嵌装工艺

下层线棒用线棒软吊装带捆扎结实, 用环形轨道上电动葫芦吊运到定子铁心槽内指定位置, 用压线工具和假线棒压紧层间垫条及线棒。在溪洛渡电站, 首次使用假上层线棒安装工具, 该工具长度与线棒直线部分相同, 由硬木制作而成, 对下层线棒安装后, 压紧效果良好, 便于线棒置于槽底。同时, 压紧后, 应立即清理挤进通风沟及上层线棒槽内及层间垫条上的多余硅橡胶, 防止长时间固化。

上层线棒用线棒软吊装吊运到指定下线槽位置, 但在安装上层线棒150根左右时, 发现上下层线棒电接头在轴向、径向错位较大, 最大错位在20 mm, 已严重影响后序上下层线棒电接头的钎焊以及绝缘盒的挂装, 并且减少了上下层线棒间导电面积, 降低了过流电流, 进而影响交直流耐压试验[4]。

造成线棒接头超差原因为:

1) 线棒制造误差。线棒总长为4 809.69 mm, 在制作时线棒有的按正公差、有的按负公差执行, 造成上、下层线棒长度不一, 造成接头轴向错牙。线棒R部分制作时弯曲度在压模工具上难以控制, 故存在轴向错位。

2) 局部铁心槽尺寸不一。在定子冲片叠装过程中, 由于定位筋弦距误差等造成铁心槽尺寸不一, 从而造成上、下层线棒嵌装后存在径向错位。

3) 线棒变形。线棒在运输及在吊运、嵌装过程中容易在R圆弧部分变形, 也是造成线棒间错位原因之一。

根据上述原因, 采取措施为:

1) 线棒按两种标准检测后, 对长度进行调配。在专用检测平台上, 按比对法 (被检测线棒与标准线棒进行对比) 进行检测, 被检测线棒与标准线棒平行摆放, 短端冲上, 长端对齐;确定标准线棒检测点, 被检测线棒按最靠近基准点位置进行检测, 检测出短端总长尺寸偏差。线棒长度按4 807.69~4 814.69 mm和4 800.69~4 807.69 mm进行分类。在线棒嵌装时, 按照两种长度规格, 分类进行嵌装。即保证接头连接时, 长上层线棒对应长下层线棒, 短的上层线棒对应短下层线棒。

2) 线棒嵌装时, 调整上下端长度。在上层线棒嵌装时, 根据上、下层线棒的长度偏差均匀平分给上、下端, 以减少轴向错位量。

3) 对于轴向错位小于3 mm, 采取专用校形工具整形处理。利用专用校形工具套装于上、下层线棒接头, 用适当力度进行调整, 在调整过程中注意线棒绝缘搭接处的变形, 以免损伤线棒主绝缘。

4) 线棒错位大于7 mm以上的采用铜楔或三角块进行补偿, 并更换长的绝缘盒挂装。为保证上、下层间的导电面积, 在错位处中频焊接铜楔或三角块, 采取过渡联接上、下层线棒。用C型夹配合大力钳子夹装铜楔或三角块于短线棒上面, 用中频焊机进行焊接。通过此方式补偿焊接后, 绝缘盒与电接头的搭接距离远不能满足大于50 mm, 所以又更换比原来长10 mm的绝缘盒进行挂装, 满足了绝缘搭接距离。

2.3 波纹板弹簧结构槽楔安装

定子线棒采用波纹板弹簧结构槽楔固定于定子槽内, 该结构可有效避免机组运行时因温度变化造成的槽楔松脱现象, 其安装方法为:

1) 楔下垫条厚度的确定, 如图2所示。在上层线棒放置适当厚度垫条, 专用的主副槽楔与波纹板紧度检查样板一同装入槽内, 副楔放在两者中间, 用打槽楔工具将副槽楔打紧, 露出长度在100~125 mm为宜, 用深度表从专用主副楔上面的孔处对波纹板的压缩量进行测量, 保证槽楔紧量达到规定的弹簧压缩85%的波纹幅度 (不包括材料厚度) [5]。径向高度在1.25~1.40 mm合格。利用游标卡尺测量楔下的垫条厚度。

2) 按确定的厚度垫条安装其余槽楔。槽内安装材料从内往外依次为垫条、波纹板、副槽楔、主槽楔。用专用槽楔打紧工具打紧。

3) 槽楔紧度检查。用0.5 kg小锤轻敲槽楔声响, 除槽楔两端无空哑声外, 中部槽楔允许有1/3的空哑声[6]。这只是辅助判断槽楔紧度的方法, 另外, 也可利用专用检查工具通过通风沟测量波纹板的压缩量, 从而检查波纹板紧度。

2.4 铜环引线装配

溪洛渡定子铜环共10层布置, 在工地安装时, 部分铜环连接处配割余量过大, 现场处理困难。原因为:

1) 铜环运输变形。由于铜环半径达R=7 955 mm, 弦长C=4 993 mm, 弧度较大, 在运输过程中存在一定的变形, 铜环张开。

2) 铜环制造偏差, 部分铜环在弯形时按照极限正公差制造, 累积偏差较大。

解决措施:

1) 提制专用的扩孔特殊工具, 铜环配割余量处的扩孔深度由90 mm加长为150 mm。

2) 后序机组厂内预装, 并作好预装标记。

3 结语

溪洛渡首台定子绕组安装后, 一次性顺利通过了交直流耐压试验, 各项技术指标均达到了《溪洛渡电站安装标准》的优良。在引进国外先进设计理念及制造经验基础上, 总结溪洛渡的定子安装工艺, 可提高巨型机组绕组安装制造质量, 为百万机千瓦机组定子绕组的安装积累了经验。

参考文献

[1]白延年.水轮发电机设计与计算[M].北京:机械工业出版社, 1990.

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定子绕组设计 篇5

结构参数:

本型汽轮发电机机座长达11540mm, 高5120mm, 铁心长6400mm, 铁心内径达2070mm, 定子共分48个下线槽, 槽内线圈每4槽为一组, 共分12组, 96根线棒, 单机容量1250MW, 为哈电机公司投入生产的最大单机容量汽轮发电机。

主要结构及工艺:

此型号发电机结构上有众多变化, 端部上下层线圈的连接不再采用焊接结构, 而是用连接片和螺栓把合连接, 端部渐开线部分的固定采用了三菱的注胶固化结构, 尺寸也大大超出以往生产的各型汽轮发电机, 一系列新结构给定子下线的生产带来了很大的挑战。

工艺技术方面为学习三菱技术, 经过大量的工艺准备和生产服务工作, 最终圆满完成的此型发电机的定子绕组装配工作。

工艺准备:

在准备期间, 工艺人员共提制一百一十九套专用工具, 另提制非标工具3套, 并提制大量常用工具及仪表设备, 确保了生产的顺利进行。对三菱文件的理解和下线守则文件的编制, 做到字斟句酌, 力图开工前吃透细节过程。在生产中, 工具的使用效果基本达到了预期要求。转化编制了17个三菱技术文件, 并结合哈电机公司内实际设备厂房情况, 编制了长达44页的详细的汇总性文件《核电半速1250MW定子下线守则》, 并编制多达12个质量过程控制卡, 准备了大量仪表设备和消辅材料。

工艺生产服务:

核电定子装配生产服务中, 突出的工艺技术工作可以分以下几个方面:

定子机座配重工具的设计达到预期目标。该机座结构存在偏重的问题, 我们设计的机座配重工具在实际应用中达到了预期目标, 机座可以在滚动搁板上顺利转动, 并停留在任何角度。

锥环装配施工顺利。为了顺利完成锥环装配, 我们工艺员提制的装锥环吊具的高架子工具实际证明在操作者进行高空作业时是必须的, 在拆卸时, 采用手动葫芦的方法避免了吊装工具从锥环上卸下时, 突然冲击对锥环的损伤。轴向、周向定位工具, 在结构上自行设计, 在使用中达到工艺定位的要求。

定子下线小车成功在核电中应用。哈电机的工艺员在三菱电机培训期间, 对三菱电机的小车进行了详细的测绘, 回国后, 按其使用原理, 并结合秦重装定子下线间的结构, 与非标室合作设计了新的小车, 其结构简洁、实用。在实践中证明效果比较理想, 解决了核电定子线棒 (重达230Kg) 的运送问题。

下线小车顺利使用, 节省了人力, 为高质高效地下入线圈提供了保障。

定子嵌线工艺的设计。哈电机工艺员结合三菱电机和哈电机的经验, 土洋结合, 使定子线棒嵌入后, 轴向、径向、周向位置均达到较高的精度, 在后序配装鼻端连接板时, 因线圈装配位置优良, 连接板没有1件需要现场实配钻孔。

端部注胶封闭良好。此型号发电机的定子端部采用的是灌胶固化结构, 从而具备了更好的抗电磁振动和传导热量的功能, 但在生产过程中, 则需要操作细致, 尤其灌胶前, 形成一个密闭的可供灌胶的腔室, 否则注胶过程中会发生泄漏, 造成生产停滞, 引起诸多麻烦, 因此, 灌胶前, 首先是端部封闭较好, 间隔块与适型毡结合紧密, 并多次用强光手电检查漏点。本台发电机定子注胶时, 无一处漏点, 令现场指导的三菱专家称奇。

汇流管装配顺利。核电汇流管体积大, 结构特殊, 分上下两半, 装配空间狭窄, 由于哈电机工艺员提前准备了多种手拉葫芦、链式紧固器、吊带, 并设计了安装方法, 在实际装配时进行得较为顺利。

施工期间, 各防护工作做到位。除了主序, 哈电机工艺员对提高制造质量的防护工具格外重视, 在工艺守则中对此做了详细、严格的规定。在施工时, 施工班班长带领班组成员, 严格地执行了防护工作, 无论是对机座的防护, 还是对施工现场平台, 和胶时使用纸盒等, 使定子防护工作可称今后施工的典范。

总结:

三门2#核电半速1250MW汽轮发电机是哈电机生产的首台此型号发电机, 定子绕组装配部套过程复杂, 难点分散而众多, 准备任务繁重, 工期长达半年, 经过上述多个难点的突破, 过五关斩六将终于成功完成了此产品的定子下线任务, 为哈电机公司积累了大量宝贵的经验, 为下一台及其他型号发电机的生产提供了大量可借鉴的知识积累。通过这个新产品的准备和生产过程, 使哈电机在核电生产上的知识水平上了一个新台阶, 获得的知识是干多少台老型号机组都不能比拟的, 虽然路走的也有一些曲折坎坷, 但毕竟是全新产品, 顺利生产出来给哈电机带来的成就是极其巨大的, 对国家对社会的贡献都是显著的。通过此项工作的完工, 解决了生产准备及制造过程中的诸多难题, 为将来这一型号汽轮发电机的大批量生产铺平了道路;通过这个新产品的准备和生产过程, 使哈电机在核电生产上的知识水平上了一个新的台阶, 为广大业主持续的提供优质可靠的发电设备。此新型发电机投入运营后, 额定输出功率高达125万千瓦, 将为公司、业主和社会创造巨额财富。我公司通过此台发电机所掌握的一套完整的生产技术, 将持续发挥它的经济效益, 甚至对其他型号的发电机也有借鉴作用。同时, 也填补了我公司大型核电机组制造技术的一项空白, 使哈电在核电汽轮发电机制造行业占据国内领先地位。

哈电机公司此型号汽轮发电机定子装配的顺利完成, 成功突破了在这一等级的汽轮发电机的空白。通过此项工作的完工, 解决了生产准备及制造过程中的诸多难题, 为将来这一型号汽轮发电机的大批量生产铺平了道路;通过这个新产品的准备和生产过程, 使哈电机在核电生产上的知识水平上了一个新的台阶, 为广大业主持续的提供优质可靠的发电设备。核电定子装配技术为研制开发更大型汽轮发电机组奠定了扎实的技术基础, 使大型核电站的开发制造有更可靠的技术保障, 可为用户提供优质、高性能的核电发电设备, 也将带来巨大的社会效益。

低压三相异步电动机定子绕组重绕法 篇6

低压三相异步电动机绕组重绕的时候用到的绝缘材料较多, 以下需要用到的绝缘材料 (见表1) 。

需要注意的是, 所选择的材料有的时候并不一定与原来的相同, 但是还要有一定的标准限值, 一般情况下只需要绝缘的等级是相同的就可以, 但是其绝缘材料的厚度还是要按照电机槽的大小来决定。

2 重绕时用到的特殊工夹具

在低压三相异步电动机定子绕组进行重绕操作的时候, 需要用到一些比较特殊的工夹具, 比如引线锤和引线钩, 这两样工具的主要作用是在定子线圈成型的时候用的, 挑线钩则是用与铜导线成型以及线圈结线的时候使用的。而压匀夹线板的主要作用是将槽内的铜导线理顺, 它能够做到线圈匝与匝之间闭合的作用, 它的使用不会让匝与匝之间出现缝隙。而压线板的作用则是将槽内的铜导线压实。电动剥皮刀的用途是剥掉铜线外皮。这些特殊的工具还只是整个重绕过程当中使用的一小部分工具, 还有一些工具我们在平时处理电气设备故障的时候也会用到。

3 定子绕组的重绕方法

3.1 操作顺序

首先是检查电动机的额定值, 在检查完之后拆卸电动机, 将电动机拆成转子和定子, 在拆卸完之后查找出原因, 以定子故障为例, 决定只修定子, 此时需要查明毁坏的原因, 制定相应的修理方针, 在决定重绕线圈的相应步骤, 要先查明接线的方法, 然后拆除之前在电动机上边的旧的线圈, 此时需要准备好新的导线和绝缘材料, 先制作一个绕线的模型, 按照模型进行线圈的绕制, 然后剪绝缘纸, 用剪好的绝缘纸做一个槽楔。

3.2 注意要点

其一, 修理方法。我们的工作人员将电动机进行拆卸, 要先检查明白线圈的损毁情况, 然后再根据电动机修理的急迫程度来最终决定是进行局部的修复还是进行重绕修复。而且在修理的过程当中还要检查明白电动机烧毁的原因, 如果是因为过度使用而造成的损坏, 就需要进行全方位的考虑, 是要提高绝缘的等级还是局部地更换绝缘的材料。此外还有一种情况就是小型的电机是属于一般电机范畴的, 这时就要决定是买新的电机还是进行重绕, 这里就会涉及一个经济问题, 如果重绕的费用和新买电机的费用差不太多, 我们还是要从电机的使用年限来考虑, 新的电机使用年限一定是比重绕电机的使用年限更长, 如果说重绕的费用只是比新买电机的费用少一点, 那还是会从长远的角度进行考虑, 选择新买一个小型的电机, 这种情况只限于小型的电机, 因为大型电机的重绕和新买的费用是有非常大的区别, 大型电机的造价是极高的, 一般情况下大型电机在出现状况需要修理的时候都是选择重绕, 除非是大型电机已经没有重绕的价值, 这时才会考虑新买大型电机。

其二, 检查接线方法。先查是否有中性点, 如果存在, 说明是星形接法, 否则是三角形接法。通过接引出线和连接线来进一步判断接线方法。

其三, 拆除旧的绕组。要查清以下几项原始数据并记录:一是下线的槽形状以及槽数。二是线圈的实际绕线情况。三是线圈的形状。四是导线的不同种类及尺寸等。对修理的记录要进行保存, 以便后续人员参考。为了制作绕线模, 需要取下一个完整的线圈, 剩下的部位可以用刀切断, 这样做是为了方便拆卸。可以用燃烧器来烧线圈, 将绝缘漆和铜线软化。在软化过程当中, 不要让内部铁芯过热, 因为铁芯在121℃的时会发生变态情况, 会改变铁芯内部磁性。可以选择逐渐加热办法。

其四, 绕线模的制作。绕线模要符合拆卸下来的线圈尺寸要求。利用橡木是层压板进行制作, 用绕线机在木模上绕成串接线圈。

其五, 线圈嵌入定子槽。嵌入线圈是重绕操作中较为重要环节。注意不要划伤导线外皮, 导线在槽内是不可以有交叉现象。

其六, 测量绕组电阻和绝缘电阻。在测量电阻和绝缘电阻时, 采用直流电测量, 测量方法是电桥法和电位降法。都是低压电阻测量法范畴。通常用双电桥法进行。实际测量时, 一般是不接触电阻的, 因为一旦接触电阻就有可能会出现较大误差, 影响测量准确性。在测量三相电阻时, 如果出现不平衡情况, 有可能是线圈匝数错了, 也有可能是接线接错了。在实际操作中, 一旦遇到不平衡情况, 就可以从上述两点查找原因。

其七, 电动机的组装和试验。在组装成电动机之后, 要先进行3h左右的空载运行, 主要是为了测量绕组电阻以及绝缘电阻, 测量空载特性, 检查电动机的整体振动情况等, 在全部没有问题之后, 再投入生产使用。

摘要：低压三相异步电动机定子绕组重绕时, 需要用到的绝缘材料较多, 并且需要用到一些比较特殊的工夹具, 例如引线锤、引线钩。在进行重绕时, 还需要注意操作顺序。

关键词：低压,三相异步,定子绕组

参考文献

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[2]才家刚.电动机试验技术及设备手册[K].北京:机械工业出版社, 2004.

定子绕组设计 篇7

本文在变压器绝缘薄弱点定位装置研究的基础上,根据电机定子绕组的特点,配合脉冲电流法通过电场检测法来判断局部放电位置。也就是在对高压电机定子绕组在进行传统脉冲电流法局部放电测量的同时,配合电场传感器对局部放电信号图谱进行综合分析。从而实现脉冲电流法进行定量、电场信号检测法定位的目的。

1 电场信号定位检测原理

高压电机定子绕组绝缘薄弱处发生局部放电时,产生纳秒级的脉冲电流,根据麦克斯韦电磁理论,在持续如此短的时间内会激发超高频电磁波向周围空间辐射,产生电磁信号频带很宽可达到几十到数百兆赫兹。由于高压电机定子端部结构复杂,通常电磁波在定子中传播时会发生反射、折射和衰减,这些都增加了高压电机定子绝缘薄弱点定位的难度[4,5]。

经过加压测试,磁场探头能收到1 000 p C放电量,而电场探头对于内部放电和表面放电都很灵敏,达到20 p C,所以采用电场探头作为电信号传感器来定位高压电机定子绝缘薄弱点。高压电机局部放电产生300 Hz ~ 1 MHz的电信号,所以选择频带为50 Hz ~ 100 MHz的电场探头。电场探头的结构类似于天线,由三个正交的偶极子天线组成,接收到空间里的电场信号后经屏蔽线传输到后面信号处理电路。这种探头相应速度快,灵敏度较高,动态范围广,适合用作探测绝缘薄弱点的传感器。

2 局部放点位置探测系统设计

高压设备内部发生放电时,会向空间辐射高频电磁波信号。如图1 所示,局部放电探测器利用电场信号定向传感器接收局放电场信号,将电场信号经放大处理后,通过光纤传输到局放分析仪,完成对电场信号幅值和时差变化的分析,确定放电部位的三维空间位置。

如图2 所示,局部放电定位探测器在整体结构上采用一体式设计,利用高压绝缘手柄和光纤隔离高压,保证操作安全可靠。探测器壳体外部安装高压绝缘护套,保证试品和仪器的安全。探测器内安装了电场信号传感器,通过对电场信号幅值和时差变化的分析,可准确定位放电点的三维空间位置。探测器采用可充电电池或一次性电池供电。

局部放电定位探测器电场信号调理模块,由阻抗匹配、前置放大、极性判别、带通滤波、宽带检波和电光转换等模块组成,如图3 所示。

阻抗匹配部分把超声波传感器和后续电路连接起来,确保信号的无损传输;由于接收到的信号一般比较微弱,所以需要前置放大电路对信号进行放大;信号放大后,通过极性判别电路抑制外界的干扰信号;带通滤波电路初步滤除信号中的噪声,提高信噪比;滤波后的信号通过后置放大电路放大后再经过电光转换电路转成光信号再向外面传输。电光转换模块主要是考虑保护操作人员和设备安全而设。由于电场信号频率较高(100 k Hz ~ 100 MHz),大于传统局放仪的通道频带,所以增加了宽带检波电路,对输入信号进行降频处理。

2.1 极性判别电路设计与实现

极性判别原理如图4 所示。现定C1为试品电容,C2为耦合电容。R1和R2为两个阻值相等的电阻,放大器A1和A2的放大增益相同。由平衡电路原理,局部放电、外部放电、空间电磁场干扰都会在R1、R2间产生一个呈指数衰减的脉冲电压。在图4 中当试品电容C1发生放电时,会在回路中产生脉冲电流I1,I1会在R1和R2上分别形成正负不同的脉冲电压。I2为高压端产生的干扰局部放电电流,其在R1和R2两个阻抗上形成相同的脉冲电压。通过极性判别很容易分辨哪个是局放信号,哪个是干扰信号[6,7]。

极性判别电路的原理图如图5 所示。该电路由四个比较器、一个OPA放大器、一个三输入或非门、一个与门电路、一个双路单稳态触发器和一个双路双向模拟开关组成。

2.2 带通滤波电路设计与实现

带通滤波电路如图6 所示。本文中的滤波器采用商用集成滤波器, 采用TI公司的MAX275 滤波器。MAX275 滤波器内含两个独立的二阶有源滤波电路,可分别同时进行低通和带通滤波,也可通过级联实现四阶有源滤波,中心频率可达300 k Hz。

前端电场探头检测到的信号非常微弱( 微伏级),未经阻抗变换和放大时无法通过示波器或局放仪检测到;经过处理的波形通过局放仪检测到的信号如图7 所示。

3 软件设计

局放仪软件系统共有八个模块构成:参数配置模块、数据采集模块、数据提取模块、消干扰模块、统计分析模块、专家智能判断模块、数据分析模块、数据导出及生成报告模块,各模块主从关系如图8 所示。

参数配置模块:用来配置系统的一些主要参数,参数完全开放,人机交互方便;数据采集模块及数据提取模块:模拟信号转化成数字信号,在由数字信号转化成幅值信号供计算机处理;消干扰模块功能:具有静态消干扰、动态消干扰、天线消干扰、极性消干扰、频域消干扰、小波消干扰、数字滤波;统计分析模块功能:提供各种图谱分析,二维图谱(φ-Q图、Q -N图、φ-N图)、三维图谱(φ-Q-N图)、指纹图、时频图等;数据分析模块功能:电压局放趋势图分析,时域图能够任意展开,能够频谱分析、相位分析;专家智能判断系统模块功能:通过波形数据和统计分析数据来判断放电类型及放电严重程度,借助神经网络判断发生那种放电的概率;数据导出及生成报告模块功能:监测数据可以导出,可以保存各种统计图形、趋势图形、时域图形,并且根据用户要求生成报告。软件流程图如图9 所示。

1) 系统初始化。该段程序主要完成微处理器的初始化,如设置处理器的工作频率、配置系统的终端方式、设置状态寄存器的相关标志位等。2)数据采集。通过数据采集通道,独立采集经过处理的电场信号。在采集之前完成数据存储器的清零等工作。3) 数据分析。通过读取数据和设定阈值相比较,判断哪些是有用的放电信号,哪些是杂散信号,从而记录放电信号与系统中预先存储的放电信号对比,找出放电类型和放电程度。

4 现场检验

高压电机定子绝缘薄弱点定位试验包括两个过程,即定相试验和定位试验。定相试验是指采用脉冲电流法分别对电机的三相绕组试验,找出放电量大的绕组,从而可以确定该相绕组存在绝缘薄弱点;定位试验是指针对定相试验找出的绝缘薄弱相,采用电场探测器来逐一检测电场信号强度大的点,从而可以定位绕组的绝缘薄弱点。

4.1 绝缘薄弱点定相试验(脉冲电流法)

采用脉冲电流法进行绝缘薄弱点定相试验,试验前先进行打方波,给出校准值(500 p C),再增加电压进行测试( 每次改变接线方式需重新进行校准)。测量一相绕组的放电量时其他两相绕组接地。

由表1 可以看出U相的放电量最小为1 300 p C,最大为5 000 p C,明显比其他两相大,故在下面的定位试验中用定位探测器来准确定位到U相的绝缘薄弱点。

4.2 绝缘薄弱点定位试验(局放定位探测器)

1) 利用手持式局放定位探测器进行绝缘薄弱点定位:加压过程中U相绕组共测出三处绝缘薄弱位置。

如图10 所示,加压1 500 V时,点1 处:最大处,4 000 p C ;最小处,无。现象:最大处出现绝缘漆破损情况。点2 处因与1 点近,放电情况相近。

如图11 所示,点3 处:最大处,2 000 p C ;最小处,80 p C。

加压2 000 V时,通电线圈槽处,200 p C ;无电处,80 p C。点1 处:4 400 p C ;点2 处:3 900 p C ;点3处:4 400 p C。

现象:出现在垫块处。幅值变化不大,但是放电根数增加。分析:如果是传过来的放电,图像相位分布应近似。图形对称,周围介质均匀。放电出现在1、3 象限,此时是电压升高处;2、4 象限电压降低,不放电。

2) 测三个放电点处在不同电压下的放电情况:定位试验数据如表2 所示,这三组数据都是测量U相绕组所得,从这三组图中可以看出放电最大处都在3 000 p C之上,且都快接近最大放电量,所以这三个最大放电处就是U相的绝缘薄弱处。

5 结语

由绝缘老化破损需要大修的高压电机无论是从财力还是时间上讲都耗费巨大。例如本次试验的江都站共33 台高压电机,近20 年共发生16 次因电机绝缘老化损坏进行大修处理或更换,通常返厂维修需要数月时间。按现行情,一台主机组大修费用约在23 ~ 40 万元,主机定子根据损坏程度修复费用约在10 ~ 55 万元。平均计算,一台主机组大修费用30 万元,电机绝缘修复费用30 万元,共需960 万元。如能及时发现电机缺陷并及时处理,按30% 计,可节省费用288 万元。

本文根据高压电机局部放电的特性研制出一种手持式局部放电探测器,配合局放仪进行电机定子绝缘薄弱点的定位。从探测试验结果来看,手持式局部放电探测仪能准确的定位到定子端部的绝缘薄弱点位置,从而能采取有效的措施来弥补绝缘薄弱处,降低电机因绝缘故障而出现问题的几率,大大减少由于电机返厂带来的不必要损失。

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