一种转子上具有三套对称绕组的双轴励磁汽轮发电机转子绕组结构

摘要

本发明揭示了一种转子上具有三套对称绕组的双轴励磁汽轮发电机转子绕组结构，在转子表面均匀开槽并放入绕组，所述转子为两极隐极式结构，转子槽中有三套均匀分布且对称的绕组，所述三套绕组的轴线在空间互差120°；所述三套绕组分别通过6个滑环及相应的碳刷引出。所述双轴励磁汽轮发电机两套绕组施加励磁电流时，第三套绕组短接作为阻尼绕组；所述双轴励磁汽轮发电机可以用于研究双轴励磁汽轮发电机的励磁系统控制策略，也可以用于研究双轴励磁汽轮发电机对电力系统稳定性的影响。

说明书

技术领域

本发明属于双轴励磁汽轮发电机的励磁绕组结构和通电方式技术领域，特别涉及一种转子上具有三套对称绕组的双轴励磁汽轮发电机转子绕组结构。

背景技术

电力系统发生严重故障导致普通发电机停机后，双轴励磁汽轮发电机仍可继续运行，双轴单向励磁的功角可达180°，双轴正负交替励磁则可异步运行；双轴励磁汽轮发电机的高稳定性决定了它在电力系统中的独特地位。它可以用于对关键用户及特殊重要场所的高可靠供电；在发生大面积停电的情况下，可以为事故后续处理提供电力。此外，它还可以运行于深度进相状态，在输出有功功率的同时，大量吸收无功功率；双轴励磁汽轮发电机对提高电力系统安全运行水平，保障要害区域的可靠供电具有重大意义。

发明内容

为了研究双轴励磁汽轮发电机的运行特性及稳定运行能力，本发明提供了一种转子上具有三套对称绕组的双轴励磁汽轮发电机转子绕组结构。

本发明采用的技术方案为：

一种转子上具有三套对称绕组的双轴励磁汽轮发电机转子绕组结构，在转子表面开槽并放入绕组，所述转子为两极隐极式结构，转子槽中有三套均匀分布且对称的绕组，所述三套绕组的轴线在空间互差120°；所述三套绕组分别通过6个滑环及相应的碳刷引出。

进一步，所述转子开槽中的每套绕组分别设置流入端和流出端。

进一步，当发动机单轴励磁时，一套绕组通过滑环和碳刷接直流电源，另外两套绕组通过滑环和碳刷短接。

进一步，当发动机双轴励磁时，两套绕组通过滑环和碳刷接直流电源，通过改变电流流入绕组的大小和方向实现合成励磁磁场位置在0-360°空间范围内变化，第三套绕组通过滑环和碳刷短接，作为阻尼绕组。

进一步，当第一套和第二套绕组按照正方向分别通入空载励磁电流i_f1和i_f2时，产生的气隙基波磁动势分别为F_f1和F_f2，两者共同作用产生的合成气隙基波磁动势大小满足：

$F_f=\sqrt{F_{f1}^2+F_{f2}^2-F_{f1}{F}_{f2}}---\left(1\right)$

其中，F_f1和F_f2分别为当第一套和第二套绕组通入空载励磁电流i_f1和i_f2时，

产生的气隙基波磁动势幅值。

进一步，当第一套绕组按照正方向单独通入空载励磁电流i_f1，产生的气隙基波磁动势为F_f1，第二套绕组按照反方向单独通入空载励磁电流i_f2，产生的气隙基波磁动势为F_f2时，两者共同作用产生的合成气隙基波磁动势大小满足：

$F_f=\sqrt{F_{f1}^2+F_{f2}^2+F_{f1}{F}_{f2}}---\left(2\right)$

其中，F_f1和F_f2分别为当第一套和第二套绕组通入空载励磁电流i_f1和i_f2时，产生的气隙基波磁动势幅值。

本发明的有益效果为：

当电网发生扰动时，所述双轴励磁汽轮发电机可通过调节任意两套绕组中电流的大小和方向，实现励磁磁场大小和方向的改变，促使发电机内部电磁量和机电量向有利于系统稳定的方向发展。

所述双轴励磁汽轮发电机可以运行在深度的进相状态，在电网无功过剩的情况下，不仅能够向电网输送足够的有功功率，还能吸收过剩的无功功率；这种深度进相运行的能力可以弥补普通发电机进相运行能力不足，防止电网在用电低谷时出现过电压等情况。

所述双轴励磁汽轮发电机双轴励磁时气隙基波磁动势最大可为单轴励磁时气隙基波磁动势的1.732倍。

所述双轴励磁汽轮发电机转子上具有三套均匀分布且对称的绕组，在系统动态过程中两套绕组施加励磁电流提供励磁磁场，第三套绕组短接起阻尼绕组作用，可以进一步提高发电机在动态过程中的稳定性。

所述双轴励磁汽轮发电机可以实现对电网中无功功率的动态补偿，快速实时响应电网无功功率的需求，且无功补偿特性具有连续性。

所述双轴励磁汽轮发电机可用于研究电机实际结构和各种非线性因素影响的发电机机网协调运行特性及励磁控制策略，为进一步研制大功率双轴励磁汽轮发电机及更高水平的励磁控制提供新的支持。

附图说明

图1为根据本发明设计的10kW双轴励磁汽轮发电机转子的二维界面示意图。

图2为转轴上的集电环和碳刷架结构。

图3为双轴励磁汽轮发电机转子一套绕组施加7.4A空载励磁电流时，气隙磁密波形和气隙磁密基波分量。

图4为双轴励磁汽轮发电机两套绕组按照规定的正方向分别通入7.4A空载励磁电流时，气隙磁密波形和气隙磁密基波分量。

图5为当双轴励磁汽轮发电机第一套绕组按正方向通入7.4A空载电流，而第二套绕组按反方向通入7.4A空载电流励磁电流时，气隙磁密波形和气隙磁密基波分量。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供一种转子上具有三套绕组的双轴励磁汽轮发电机转子绕组结构，在转子1表面开槽并放入绕组2，所述转子为两极隐极式结构，转子槽中有三套均匀分布且对称的绕组，所述三套绕组的轴线在空间互差120°；所述三套绕组分别通过6个滑环及相应的碳刷引出。所述定子绕组结构与传统电机相同。

所述转子开槽中的每套绕组分别设置流入端和流出端。

当发动机单轴励磁时，一套绕组通过滑环和碳刷接直流电源，另外两套绕组通过滑环和碳刷短接。

根据双轴励磁汽轮发电机的动态运行工况，当发电机双轴励磁时，将任意两套绕组接直流电源，通过改变电流流入绕组的大小和方向实现合成励磁磁场位置在0-360°范围内的改变，同时第三套绕组通过短接作为阻尼绕组。

实施例：

根据本发明技术方案设计一种10kW双轴励磁汽轮发电机，该发电机的转子横截面如图1所示，转子1为两极隐极式结构，转子上的三套绕组2在空间互差120°；转子三套绕组采用双层分布短距的叠绕组结构，每极每相槽数为8，绕组节距为20，可以有效改善三相励磁电流单独作用和共同作用时的气隙磁场波形；图1中转子虚线表示的区域3和区域4为转子第一套绕组的流入端和流出端，区域5和区域6为转子第二套绕组的流入端和流出端，区域7和区域8为转子第三套绕组的流入端和流出端。

转子三套绕组通过6个滑环和碳刷接出，图2所示为滑环和碳刷架的结构。单轴励磁时，只有一套绕组通过滑环和碳刷接电源，另外两套励磁绕通过滑环和碳刷接短路开关形成闭合回路；双轴励磁时，两套绕组通过滑环和碳刷接电源，第三套绕组则通过滑环和碳刷短接形成闭合回路。

当双轴励磁汽轮发电机仅有一套绕组施加7.4A空载励磁电流时，不计铁心饱和时的气隙磁密波形和气隙磁密基波分量，如图3所示，气隙磁密基波幅值为0.3655T。当双轴励磁汽轮发电机两套绕组按照规定的正方向分别通入7.4A空载励磁电流时，不计铁心饱和时的气隙磁密波形和气隙磁密基波分量。如图4所示，气隙磁密基波幅值为0.3655T，由于线性情况下基波磁动势与其产生的基波磁密成正比，因而上述磁密对应的磁势满足公式其中，F_f1和F_f2分别为当第一套和第二套励磁绕组通入空载励磁电流i_f1和i_f2时，产生的气隙基波磁动势幅值。当双轴励磁汽轮发电机第一套绕组按正方向通入7.4A空载励磁电流，而第二套绕组按反方向通入7.4A空载励磁电流时，不计铁心饱和时的合成气隙磁密波形和气隙磁密基波分量如图5所示，气隙磁密基波幅值为0.6324T，。由于线性情况下基波磁动势与其产生的基波磁密成正比，因而上述磁密对应的磁势满足公式其中，F_f1和F_f2分别为当第一套和第二套励磁绕组通入空载励磁电流i_f1和i_f2时，产生的气隙基波磁动势幅值。

如上所述，对本发明进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。