高壓發(fā)電機(jī)同樣適用于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，因此在商壓發(fā)電機(jī)中只有跟電機(jī)定子結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)需要改進(jìn)。

　　為了使發(fā)電機(jī)獲得高電壓輸出，電樞鐵芯的桁形開得很深，以保證每梢中能 夠安放足夠的電纜匝數(shù)。高壓發(fā)電機(jī)的定子由疊裝鋼片組成的層疊鐵芯組成，定 子槽的齒由外向內(nèi)指向電機(jī)的轉(zhuǎn)子。為適應(yīng)繞組絕緣厚度逐匝遞增的需要，槽型由多個(gè)直徑逐個(gè)遞增的圓相串而成，每個(gè)圓中安放一根電纜，這樣齒的寬度由里到外基本相等，使其中的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持均勻，降低齒中的損粍。高壓發(fā)電機(jī)定子 的剖視圖及定子槽的溫度分布如圖1-4所示。

　　對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)磁路的槽和齒是其中非常關(guān)鍵的步驟。 對(duì)于像高壓發(fā)電機(jī)這樣的高壓發(fā)電機(jī)，串聯(lián)繞組匝數(shù)更多，需要有很深的槽。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)將槽齒設(shè)計(jì)得盡可能寬，以降低電機(jī)內(nèi)部的勵(lì)磁量和損耗。對(duì)電纜線圈而言，靠近轉(zhuǎn)子側(cè)部分不需要很厚的絕緣層，因此向著轉(zhuǎn)子方向槽的橫截面可以設(shè)計(jì)得較小;而對(duì)于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的電纜線圈，其所需的絕緣層比較厚，在背著轉(zhuǎn)子方向，槽的橫截面應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)得較大。

　　事實(shí)上，高壓發(fā)電機(jī)繞組由大量不同尺寸的電纜繞制而成，繞組加工中的處理能力決定了每根電纜所能達(dá)到的最大長(zhǎng)度，而電纜接頭的數(shù)目則取決于每根電纜的長(zhǎng)度。用成型的高壓XLPE電纜制作定子繞組，同時(shí)在電纜和槽壁之間插入一個(gè)三角形硅橡膠管,以保證電纜的固定。每個(gè)槽里相隔一定距離就有一個(gè)圓形孔，兩圓孔之間形成窄的腰，像車鏈條，并且固定電纜的一側(cè)圓弧較小，造成其定子結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)明顯不同。特殊的定子槽形及采用多層同心式繞組，使得高壓發(fā)電機(jī)端部結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)復(fù)雜。

　　由于定子繞組電纜采用分級(jí)絕緣，定子齒寬的均勻性可以得到保證，通過這樣的設(shè)計(jì)，即使是疊壓鐵芯也可以得到優(yōu)化利用。電纜穿過定子梢就可以形成繞 組，它的尺寸由系統(tǒng)電壓和電功中的最大值決定。定子繞組中的各匝繞組對(duì)地電位各不相同，因此各處繞組的尺寸也不相同。雖然電纜繞組不會(huì)出現(xiàn)槽內(nèi)氣隙的放電和槽口處的電暈放電，但是最外層的股線應(yīng)該有一個(gè)或者幾個(gè)采用不絕緣設(shè)計(jì)，使得內(nèi)部半導(dǎo)體層 和股線的電勢(shì)相等。隨歡離壓發(fā)電機(jī)定子電壓的大幅提高,定子電流顯著低于同功率的常規(guī)發(fā)電機(jī)，這意味著端部繞組承受的機(jī)械力降 低，相對(duì)于常規(guī)發(fā)電機(jī)，繞組端部的固定問題得到明顯簡(jiǎn)化。繞組電纜在高壓發(fā)電機(jī)定子槽中的固定方式如圖1-5所示。

　　對(duì)常規(guī)發(fā)電機(jī)而言，其定子繞組采用雙層設(shè)計(jì)，槽齒比較短。相比之下,高壓發(fā)電機(jī)采用多層繞組設(shè)計(jì)，定子開槽很深, 而且齒很長(zhǎng)，從機(jī)械角度而言，容易造成齒彎曲和剛度下降,導(dǎo)致低頻共振的產(chǎn)生。從確保電纜與疊壓鐵芯間具備有良好電接觸的角度出發(fā),同時(shí)減少由于電纜在槽中振動(dòng)所引起的半導(dǎo)體層磨損，電纜必須固定在齒槽內(nèi)部。

　　設(shè)計(jì)常規(guī)電機(jī)的原則是：以在滿足電機(jī)性能指標(biāo)為前提,確定最佳幾何尺寸和參數(shù),使制造成本最小化,這屬于優(yōu)化設(shè)計(jì)的范疇。同樣地,高壓發(fā)電機(jī)的設(shè) 計(jì)也需要優(yōu)化。例如,定子鐵芯和定子繞組的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題、較佳的性價(jià)比的選擇問題等。

　　作為近年發(fā)展起來的新型發(fā)電設(shè)備,高壓發(fā)電機(jī)在提高機(jī)組容量和增加耐壓等級(jí)時(shí)需要首先解決一些理論問題,其中機(jī)械強(qiáng)度和機(jī)械振動(dòng)是定子齒設(shè)計(jì)時(shí)首 要關(guān)心的問題,而機(jī)組的發(fā)熱和冷卻問題等也需要開展進(jìn)一步的研究。

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