無(wú)刷旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-21所示。其結(jié)構(gòu)分靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分。靜止部分包括機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、交流勵(lì)磁機(jī)定子和端蓋等;轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括轉(zhuǎn)子鐵芯、磁極繞組、電機(jī)軸(轉(zhuǎn)軸)、軸承、交流勵(lì)磁機(jī)的電樞、旋轉(zhuǎn)整流器和風(fēng)扇等。

(1) 靜止部分

①定子定子由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組所組成。定子鐵芯及定子繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流的部分,故亦稱其為電樞。

機(jī)座是交流同步發(fā)電機(jī)的整體支架,用來(lái)固定電樞并和前后兩端蓋一道支承轉(zhuǎn)子。機(jī)座通常有鑄鐵鑄造和鋼板焊接兩種。鑄鐵鑄造的機(jī)座內(nèi)壁一般分布有筋條用以固定電樞,兩端面加工有止口及螺孔與端蓋配合固定,機(jī)座下部鑄有底腳,以便將發(fā)電機(jī)固定。機(jī)座上一般有電源出線盒,其位置通常在機(jī)座的右側(cè)面(從軸伸端看)或者位于機(jī)座上部,出線盒內(nèi)裝有接線板,以便于引出交流電源。位于機(jī)座上部的出線盒一般均裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,用于調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓。鋼板焊接結(jié)構(gòu)的機(jī)座是由幾塊罩式鋼板、端環(huán)和底腳焊接而成,具有省工省料、重量輕和造型新穎等特點(diǎn)。

定子鐵芯是交流同步發(fā)電機(jī)磁路的一部分。為了減小旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子鐵芯中所引起的渦流損耗和磁滯損耗,定子鐵芯采用導(dǎo)磁性能較好的0. 5mm厚,兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。鐵芯開(kāi)有均勻分布的槽,以嵌放電樞繞組。為了提高鐵芯材料的利用率,定子鐵芯常采用扇形硅鋼片拼疊成一個(gè)整圓形鐵芯,拼接時(shí)把每層硅鋼片的接縫互相錯(cuò)開(kāi)。較大容量發(fā)電機(jī)的鐵芯,為了增加散熱面積,通常沿軸向長(zhǎng)度.上留有數(shù)道通風(fēng)溝。有些發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均采用硅鋼片沖制,其定子鐵芯是用整圓硅鋼片疊壓,再與壓圈一道用CO2氣體保護(hù)焊接成一體。這種結(jié)構(gòu)具有材料利用率高,容易加工等特點(diǎn)。

定子繞組是交流同步發(fā)電機(jī)定子部分的電路。定子繞組由線圈組成,線圈采用高強(qiáng)度聚酯漆包圓銅線繞制,并按一定方式連接, 嵌人鐵芯槽中。線圈采用導(dǎo)線的規(guī)格、線圈匝數(shù)和并聯(lián)路數(shù)等由設(shè)計(jì)確定。線繞形武有雙層疊統(tǒng)、單層鏈?zhǔn)郊皢坞p層式等,三相繞組應(yīng)對(duì)稱做放,彼此相互差120°電氣角度。定子繞組嵌放在鐵芯槽中,必須要有對(duì)地絕緣、層間絕緣和相間絕緣,以免發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)鐵芯出現(xiàn)擊穿或短路故障。主絕緣材料主要采用案酯薄膜無(wú)紡布復(fù)合館,棲絕緣通常采用云母帶。山于定子線圈在鐵芯槽內(nèi)受到交變電做力及平行導(dǎo)線之間的電動(dòng)力作用,造成線圈移動(dòng)或振動(dòng),因此,線圈必須堅(jiān)固。般用玻璃 布板做槽楔在槽內(nèi)壓緊線圈,并且在兩端部用玻璃纖維帶扎緊,然后把整個(gè)電樞進(jìn)行絕緣處理,使電樞成為一個(gè)堅(jiān)固的整體。

②交流勵(lì)磁機(jī)定子交流勵(lì)破機(jī)產(chǎn)生的 交流電,經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后,供同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁使用。為了避免勵(lì)磁機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁極武發(fā)電機(jī)用電刷、集電環(huán)(滑環(huán))提供勵(lì)做電流,因此,交流勵(lì)磁機(jī)的定子大多為磁極,而轉(zhuǎn)子為電樞。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的定子鐵芯通常有兩種做法。一種是用1mm厚的低碳鋼板疊壓制成,它有若干對(duì)磁極,每個(gè)磁極均套有集中式的勵(lì)磁線圈,并用槽槐固定,然后進(jìn)行漫漆烘干絕緣處理。另一種是用硅鋼片疊壓而成,其勵(lì)做線圈先在玻璃布板預(yù)制的框架上繞制,經(jīng)浸漆絕緣處理后套在勵(lì)磁定子鐵芯上,并用銷釘固定。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的定子繞組也有多種做法。有的發(fā)電機(jī)勵(lì)做機(jī)的定子繞組有兩套勵(lì)做繞組,即電壓繞組和電流繞組,具有電流復(fù)勵(lì)作用,以改善發(fā)電機(jī)性能和增大過(guò)載能力。為了便于起勵(lì),有的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁的定子鐵芯里理設(shè)有三塊永久磁鋼。為防止漏磁,磁鋼與定子鐵芯之間用厚絕緣紙板進(jìn)行磁隔離。勵(lì)磁機(jī)的定子均用緊固螺釘或環(huán)鍵固定在兩端間的鑄造筋條上或焊接在支承件上。

③端蓋端蓋用于與機(jī)座配合并支承轉(zhuǎn)子,因此在端蓋的中心處應(yīng)開(kāi)有軸承室圓孔,以供安裝軸承。端蓋的端面有止口與機(jī)座配合,與柴油機(jī)專配發(fā)電機(jī)在軸伸出端的端蓋兩端面均有端面止口,以保證轉(zhuǎn)子裝配后同軸度的要求。般來(lái)說(shuō),小功率發(fā)電機(jī)的端蓋用鑄鐵鑄造,而大功率發(fā)電機(jī)的端蓋則采用鋼板焊接而成。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)部分

①轉(zhuǎn)子鐵芯旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn) 子鐵芯可分為兩種形式:凸極式和隱極式。其申凸極式轉(zhuǎn)子鐵芯又可分為分離凸極式和整體凸極式兩種。

分離凸極式轉(zhuǎn)子鐵芯的磁極沖片疊壓緊后用鉚釘和壓板鉚合在一起制成磁極鐵芯。磁極鐵芯套在磁極線圈上后,用礅極螺釘固定在做領(lǐng)上或者用特定的鋼制螺釘固定。

整體凸極式轉(zhuǎn)子鐵芯采用整體凸極式?jīng)_片,這種微極結(jié)構(gòu),是磁極和做軛為一體,用0. 5mm厚硅鋼片整片沖出極身,然后直接與端板、鉚釘、阻尼條及阻尼環(huán)焊接成一個(gè)整體形成轉(zhuǎn)子鐵芯。這種結(jié)構(gòu)有以下三個(gè)特點(diǎn):

第一,勵(lì)磁繞組直接繞在磁極上,散熱效果好,機(jī)械強(qiáng)度高;

第二,沒(méi)有第二氣隙,可減小勵(lì)磁的安匝數(shù);

第三,制造時(shí)安放阻尼繞組方便。

隱極式轉(zhuǎn)子是將整圓的轉(zhuǎn)子沖片直接裝在轉(zhuǎn)軸上,其兩端有端板和支軍來(lái)支撐轉(zhuǎn)子線圈,并用環(huán)健固定,為了削羽發(fā)電機(jī)榆出電壓波形中出觀的諧波分量,隱極武轉(zhuǎn)子快芯通常做成斜情,并且在鐵芯齒部沖有陽(yáng)尼孔,供理設(shè)阻尼繞組,以提高并聯(lián)話行性他和承受不平衡負(fù)載運(yùn)行及消除振蕩的能力。

②磁極繞組同步 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極繞組用絕緣的銅線繞成,與極身之間有絕緣,各磁極上勵(lì)磁繞組間的連接通過(guò)勵(lì)磁電流后,相鄰做極的極性必然量N與S交替排列。根據(jù)轉(zhuǎn)子鐵芯的結(jié)構(gòu)形式可分為隱極式做極繞組和凸極武做極繞組兩種。
隱極式磁極一般采用單層同心式繞組,用漆包圓銅線繞制。制造時(shí)先在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中放好絕緣材料,然后將磁極繞組嵌人槽內(nèi),并在后端部用玻璃纖維管與支架扎牢,再用無(wú)紡玻璃纖維帶沿圓周捆扎,最后整體浸漆烘干成為個(gè)堅(jiān)固的整體。

凸極式磁極繞組一般采用矩形截面的高強(qiáng)度聚酯漆包扁銅線繞制或者用聚酯漆包圓銅線繞制,但空間填充系數(shù)較差。由于凸極式磁極繞組是集中式繞組,因此可在預(yù)先制好的鐵板框架四周包好云母片、玻璃漆布等絕緣材料,上下放上玻璃布板襯墊,然后繞制線圈,再浸烘絕緣漆,最后將成形磁極繞組套在磁極鐵芯上,再用螺釘固定在磁軛上。對(duì)于整體凸極式是在預(yù)先鉚焊好的整體轉(zhuǎn)子上,將極靴四周包好絕緣,而后整體用機(jī)械方法繞制線圈,最后經(jīng)F級(jí)絕緣浸烘處理,形成堅(jiān)固的磁極整體,用熱套方法套入轉(zhuǎn)軸。這種線圈結(jié)構(gòu)具有散熱條件好,絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度和可靠性高等特點(diǎn)。

③轉(zhuǎn)軸同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸一般用特定規(guī)格的鋼制作加工而成。在發(fā)電機(jī)的軸伸端,通過(guò)軸上的聯(lián)軸器與發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)接。由此可知,它是將機(jī)械能變?yōu)殡娔艿年P(guān)鍵零件,因而,它必須具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。有些發(fā)電機(jī)往往在軸上還熱套有磁軛,用以裝配磁極鐵芯和繞組;有些發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸焊有驅(qū)動(dòng)盤和風(fēng)扇安裝板以便安裝柔性連接盤和冷卻風(fēng)扇。

④軸承發(fā)電機(jī)一般采用兩支承式,即在轉(zhuǎn)軸兩端裝有軸承。根據(jù)受力情況,其傳動(dòng)端采用滾柱軸承,非傳動(dòng)端采用滾珠軸承。軸承與轉(zhuǎn)軸之間的配合為過(guò)盈配合,轉(zhuǎn)軸用熱套法套人軸承。軸承外圈與端蓋(或軸承套)采用過(guò)渡配合,并固定在兩端蓋的軸承室或軸承套內(nèi)。軸承通常采用3號(hào)鋰基脂進(jìn)行潤(rùn)滑,并在軸承兩邊用軸承蓋密封,平時(shí)維護(hù)檢修時(shí)應(yīng)注意清潔,以減小其振動(dòng)和噪聲。

⑤交流勵(lì)磁機(jī)的電樞無(wú)刷同步 發(fā)電機(jī)是利用交流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電,經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流變?yōu)橹绷麟?,供交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁用。交流勵(lì)磁機(jī)電樞鐵芯用硅鋼片疊壓而成,然后嵌以三相交流繞組,并經(jīng)絕緣處理形成電樞。有些發(fā)電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)裝在后端蓋外部,靠電樞支架固定在轉(zhuǎn)軸上,這種結(jié)構(gòu)使發(fā)電機(jī)軸向長(zhǎng)度加長(zhǎng);有些發(fā)電機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)電樞則裝在后端蓋內(nèi)部,直接套在轉(zhuǎn)軸上,可使整機(jī)軸向長(zhǎng)度縮短。

⑥旋轉(zhuǎn)整流器旋轉(zhuǎn)整流器是與交流勵(lì)磁機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的裝置。其主要作用是將交流勵(lì)磁機(jī)電樞輸出的三相交流勵(lì)磁電流,通過(guò)整流器上的二極管轉(zhuǎn)換成直流電流,供給轉(zhuǎn)子繞組作為提供勵(lì)磁電流的電源。正是由于旋轉(zhuǎn)整流器的應(yīng)用,才使得交流同步發(fā)電機(jī)擺脫了電刷的束縛,不再有頻繁維修更換零件的麻煩,也使得交流同步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。有些交流同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)整流器安裝在交流勵(lì)磁機(jī)的外側(cè),用螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上,以便安裝與維修。有些發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)整流器則安裝在后端蓋的內(nèi)側(cè),直接固定于勵(lì)磁機(jī)電樞鐵芯伸出的螺栓上,使結(jié)構(gòu)更為緊湊。旋轉(zhuǎn)整流器電路有三相半波和三相橋式整流電路兩種。若采用三相橋式整流電路,為便于安裝,減小整流元件之間的連接線,提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性,其整流二極管用正、反向兩種管型,兩者正負(fù)極正好相反,便于接線。

⑦風(fēng)扇發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生各種損耗并以熱量形式散發(fā)出去。如果沒(méi)有足夠的冷卻通風(fēng)量,將引起線圈和內(nèi)部器件過(guò)度發(fā)熱,輕則將損壞內(nèi)部元器件,重則將破壞繞組絕緣,對(duì)機(jī)組甚至人身造成危險(xiǎn)。因此發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上通常裝有風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)冷卻。為了提高通風(fēng)效率,通常采用裝在前端蓋內(nèi)的后傾式離心風(fēng)扇。對(duì)專配的柴油發(fā)電機(jī)組也有裝在前端蓋外的,風(fēng)扇裝在軸伸的半聯(lián)軸器上。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,冷空氣由后端蓋和機(jī)座兩側(cè)進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部,吸收電樞繞組、磁極繞組、定子與轉(zhuǎn)子鐵芯等部件的熱量,然后通過(guò)前端蓋蓋板上的窗孔將熱風(fēng)排出機(jī)外,以保證其溫升控制在允許范圍內(nèi)。