隐极同步发电机的设计.doc

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哈尔滨理工大学学士学位论文

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毕业设计

题目:

隐极同步发电机的设计

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隐极同步发电机的设计

摘要

随着我国国民经济的迅速增长，电力的需求也在不断的增加，电网的建设规模也在不断扩大，而我国80%的发电量来自于隐极同步发电机，所以隐极同步发电机在电力工业的发展中占有及其重要的位置，本文采用传统的计算方法对200MW空冷隐极同步发电机进行了设计。

首先，综述了隐极同步发电机的国内、外的发展现状以及现代电网对隐极同步发电机的要求。

然后介绍了隐极同步发电机的基本结构，通风系统及其设计原理，并结合现有的设计技术进行了详细的电磁设计，包括基本尺寸的确定、磁路计算、电机的温升和损耗计以及电抗、时间常数和短路电流等的计算。

通过计算，电机的温升、效率等性能指标均达到设计要求，最后对所有的计算做了总结，分析了影响电机性能指标的一些参数，论文的结尾对我国的隐极同步发电机工业的发展进行了展望，使整篇文章的结构更加紧凑。

通过本课题的研究进一步加深了对隐极同步发电机设计的基本方法的理解，尤其是对影响电机性能的参数分析，为以后的学习和工作奠定了良好的基础，有助于提高计算的精度，对电机参数的选取也会更加准确。

关键词隐极同步发电机；电磁设计；温升；效率

Turbo-generatorDesign

Abstract

WiththerapidgrowthofthenationaleconomyinChina,thedemandforelectricityareconstantlyincreasing,theconstructionofthepowergridisgrowing,and80%electricityfromtheturbinegenerator,sotheturbogeneratorinthedevelopmentofelectricpowerindustryoccupiesanimportantposition,andbasedonthetraditionalcalculationmethodof200MWair-cooledturbinegeneratortocarryonthedesign.

First,summarizedthedomesticandforeignturbinegeneratorandthedevelopmentstatusofmodernpoweronsteamturbinegenerator.Thenintroducesthebasicstructureofsteamturbinegeneratoranditsdesignprinciples,ventilationsystem,combiningthecurrentdesigntechniques,includingthedetaileddesignofelectromagneticbasicdimensions,themotortemperaturecalculation,themagneticcircuitreactance,projectandlossandthetimeconstantofshort-circuitcurrentcalculationandetc.Throughthecalculationoftemperature,efficiency,motorperformanceindexesmeetthedesignrequirementsforallthecalculation,andfinallysummarizes,analyzedtheinfluenceofsomeparametersofthemotorperformanceattheendofthepaper,thesteamturbinegeneratorinourindustrydevelopmentprospects,makethewholearticleismorecompactstructure.

Throughthistopicresearchfurtherdeepenedtosteamturbinegeneratordesignmethod,especiallyfortheunderstandingoftheeffecttheperformanceofmotorparameteranalysisforthefuturestudyandworkhaslaidagoodfoundation,whichhelpstoimprovethecalculationaccuracyofmotor,theparameterselectionwillalsomoreaccurate.

KeywordsTurbo-generatoi；ElectromagneticDesign；Temperaturerising；Efficiency

III

目录

摘要 I

Abstract Ⅱ

第1章绪论 1

1.1课题研究的目的和意义 1

1.2隐极同步发电机的国内、外发展现状 2

1.3课题的研究内容 3

第2章隐极同步发电机的基本结构及设计原理 4

2.1隐极同步发电机的基本结构 4

2.1.1定子铁心 4

2.1.2定子绕组 4

2.1.3定子机座与端盖 5

2.1.4转轴 5

2.1.5转子绕组 6

2.1.6护环和中心环 6

2.1.7转子槽楔 6

2.1.8风扇和通风系统 7

2.2现代电力系统对隐极同步发电机的要求 7

2.2.1隐极同步发电机轴系自然扭振频率和承受电网冲击的能力 7

2.2.2大机组应具备承受高压线路单相重合闸和误并列的能力 7

2.2.3隐极同步发电机组的频率变化能力和快关问题 8

2.2.4大机组应具备吸收无功功率调峰能力和失磁异步运行能力 8

2.3大型隐极同步发电机的设计原理 8

2.3.1主要尺寸的确定 9

2.3.2磁路的分析 9

2.4通风系统 10

第3章隐极同步发电机的电磁设计 12

3.1基本数据 12

3.1.1额定数据 12

3.1.2定子绕组数据 13

3.1.3转子绕组数据 15

3.2磁路计算 16

3.2.1磁路尺寸 16

3.2.2空载磁势计算 21

3.2.3负载磁势计算 25

3.3有效材料的重量及电机常数 27

3.4损耗计算 29

3.4.1短路损耗 29

3.4.2空载损耗 31

3.4.3励磁损耗 33

3.4.4机械损耗 33

3.4.5总损耗和效率 34

3.5温升计算 34

3.5.1定子绕组和铁心的温升 34

3.5.2转子绕组的温升 38

3.6电抗、时间常数及短路电流的计算 42

3.6.1电抗 42

3.6.2时间常数 43

3.6.3短路电流 44

3.7电磁计算结果的分析 46

3.8本章小结：

47

结论 49

致谢 50

参考文献 51

附录A 52

附录B异步电动机的直接转矩控制原理与展望 63

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

进入21世纪，电力仍然是最现代化的动力，是衡量一个国家经济发展水平的重要标志，到2000年底中国大陆发电设备总装机容量达到3.16亿KW,年发电量达13500亿KWh均列世界第二位，但我国的人均发电装机容量只有0.24KW，世界排名第80名以后年人均用电量1042kWh不到世界平均水平的一半；全国还有近10个无电县，还有近6000万人口没有用上电。

从1996年下半年开始，全国发电量增长速度有所减缓，电供过于求。

这是与我国用电结构及工业调整有关，并非电力供应已真正满足。

发达国家人均发电设备占有量为2~3KW，人均年用电量9000-20000KWh,中国大陆目前人均发电设备及发电占有量，与之相差10倍以上，比香港、台湾地区也相差5倍以上[1]。

2003年初国家调整电力建设规划，计划“十五”后3年内每年新开工电源建设不少于2.5万MW，因此，全国掀起了电源建设的热潮，2003年进入电力建设市场的资金超过2000亿元，许多省市都提出了庞大的电力建设规划，2003年内蒙古半年内就提出规划项目50个，规划装机容量达4万MW。

2004年全国发电设备产量达到7.13788万MW，又较2003年增长92.9%。

上海隐极同步发电机有限公司2003年生产了10100MW隐极同步发电机，2004年生产了15080MW隐极同步发电机[3]。

至2004年底上海共生产了约10万MW隐极同步发电机。

因此需要我国电力行业的人才在本国技术的基础上引进并消化吸收国外的先进技术自主创新，使我国的发电技术得到提高。

隐极同步发电机是发电厂的关键设备，是电能的直接生产者，我国约有80%发电量来自于隐极同步发电机，所以隐极同步发电机的发展在电力工业的发展中占有重要地位。

目前由我国自主制造的超超临界1000兆瓦隐极同步发电机是国际上功率最大、最先进的巨型火力发电机，每年可节约2亿吨煤炭，但面对激烈的市场竞争，我国的技术能力与发达国家相比仍有很大的差距，发达国家在80年代之后隐极同步发电机技术就已经成熟，并实现了系列化、标准化，已能满足电力工业的需要，这就要求我们要在深入了解国家产业结构的基础上提高企业的核心竞争能力、提高我们的原创能力，把我国的隐极同步发电机产业做的更大更强，这也是当务之急，本论文针对大容量隐极同步发电机的基本结构及其设计发法进行了研究进行了设计鼓励我们这些电机专业的毕业生也应该对自己提出了更高的要求，不断学习，积极进取，加强创新能力，为我国的电力事业贡献自己的力量。

1.2隐极同步发电机的国内、外发展现状

近年来，一些发达国家可开发的水力资源日趋枯竭，火电站又有建厂快、投资少的优点，因而大多数国家以建设火电站为主，而石油资源日趋枯竭，有些国家又缺乏石油资源，迫使许多国家发展原子能电站，这些都促使隐极同步发电机的发展蒸蒸日上。

在产品方面：

50年代，大型隐极同步发电机的单机容量多在100~200MW，60年代增至300~600MW，70年代起，已先后制成800~1300MW的机组。

建国以来我国的隐极同步发电机产业有了飞速的发展，70年代以前的发展情况如表1-2-1所示，其中大部分隐极同步发电机是我国自行研制或在国外先进技术的基础上结合中国的国情优化设计的，我国在1986年研制成300MW双水内冷和全氢冷隐极同步发电机的基础上，1989年又研制出了优化型300MW水氢冷隐极同步发电机，并投入运行，600MW的单机也逐渐进入倒了电力系统。

这些电机的主要性能也达到了国际先进水平我国的发电机制造业也达到了国际先进的水平[2]。

预计到2050年我国约有70%的发电量仍是由隐极同步发电机发出的，在不断发展的大机组、高参数、高度自动化的大电网中大型隐极同步发电机的设计制造，还有很多新的问题有待研究。

表1-2-1国产隐极同步发电机单机容量增长情况

时间

1954

1959

1960

1969

1970

1971

型号

QF-6-2

QFQ-50-2

T