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摘要：文章以国产600MW汽轮发电机为研究对象，针对定子绕组端部结构，提出了采用镜像法原理、毕奥萨戈尔定律和叠加原理计算端部电磁力密度的方法。计算仿真结果展示了发电机端部结构电磁力分布特点，并对定子绕组端部结构优化提供了参考。
关键词：汽轮发电机；定子绕组端部；电磁力
1 前言
大型汽轮发电机定子端部绕组是一组庞大的载流导体，运行时这种载流体在端区强大的漏电磁场环境中将受到很大的电磁力作用，进而产生相应的振动[1]。因此研究发电机定子绕组端部电磁力分布特点有很大的意义。
2 定子绕组端部电磁力计算模型
1.1 数学模型
以哈尔滨电机厂某600MW大型发电机为原型，建立了大型汽轮发电机定子绕组端部电磁场和电磁力分析计算的数学模型。
对端部磁场进行一定的简化，作以下假设：1）不计位移电流，忽略绕组电流高次谐波； 2）设铁磁介质的导磁系数为无穷大，忽略护环、中心环、端部压指、压圈、压指（或压板）、磁屏蔽、转轴、端盖及气隙的影响[2]；3）不计端部结构件中的涡流损耗 ，忽略磁滞效应并设铁心材料各向同性，具有单值的B-H曲线；4）忽略转子绕组的影响；5）同层线棒的形状相同，以线棒的中心线代替实际的线棒，每根线棒上的圆弧区域以直线段代替。
根据绕组端部渐开线部分的特点，采用一种较简单的直线段拟合渐开线部分的方法［3］。每根上、下层线棒各划分为28个单元，其中，出槽口直线段各分为4个单元，渐开线各分为20个单元，鼻端各分为4个单元。定子绕组端部线棒分段及力的方向示意图如图1所示。
式中：Fr, Fθ, Fz-分别是该线棒在某一时刻所受的径向、切向和轴向电磁力密度；m-被计算线棒的28个单元，m=1,2,…,28；kr1 ,kr2, kr3, kθ1, kθ2, kθ3, kz1, kz2, kz3-系数。
3 电磁力计算结果与分析
通过对整个绕组的电磁力密度进行计算发现，处于相带交界处的线棒在相带电流达到最大值时的电磁力密度是相带内最大的。故在做最大电磁力密度分析时，选取绕组电流达到最大值时的线棒为例，以S代表上层线棒，X代表下层线棒，绘制其各自绕组电流最大时线棒不同段处的最大电磁力密度曲线，如图3所示。
图3 最大电磁力密度曲线
从图3可见，轴向电磁力密度在出槽口和鼻端部分是0，在渐开线部分变化趋势是相反的，在鼻端连接处有突变；径向电磁力密度在出槽口部分变化趋势是相同的，在渐开线和鼻端部分变化趋势是相反的；切向电磁力密度在鼻端部分变化趋势是相反的。且从图3可以看出，三个方向的电磁力密度在不同段位置处会发生力方向的突变，故在发生力方向变化的位置处应注意加强监测，预防疲劳磨损等情况。
对线棒在绕组电流达到最大时不同段位置处的最大电磁力密度进行比较。单根线棒上各个方向的电磁力密度最大值所在的位置是不同的，但就大小上来说，各个方向的电磁力密度大小是一个数量级的。就线棒最大值所在的段数来说，一般位于出槽口直线段向渐开线过渡的位置、渐开线中间位置、渐开线部分向鼻端直线段过渡的位置或鼻端直线段向鼻端连接处过渡的位置。
4 结论
本文通过对某大型汽轮发电机定子绕组端部结构进行简化，建立了定子绕组端部电磁力计算的数学模型，并给出了电磁力密度解析式，在此基础上对各个方向的最大电磁力密度进行计算与分析，所得结论为后续发电机定子绕组端部线棒的绑扎固定与振动分析提供一定的理论依据。
参考文献：
[1]刘进强，韩 东，王瑞发．大型汽轮发电机定子绕组端部振动测量研究[J]．大电机技术，2000(4)： 11-15．
[2] 师楠， 梁艳萍， 朱显辉． 空冷汽轮发电机端部磁场计算研究[J]．防爆电机，2006，41(6)：34-36，43．
[3] 刘明丹，刘念．发电机端部绕组电动力计算及振动分析[J]．电力系统自动化，2005，29（15）：40-44.
[4] 单继聪．大型汽轮发电机定子端部绕组电磁力的解析计算[D]．杭州：浙江大学电气工程学院，2008.
作者简介及联系方式：
姚肖方，硕士研究生毕业，工作于海南核电有限公司，从事汽轮发电机检修工作。
朱建斌，本科毕业，工作于海南核电有限公司，从事性能试验工作。
论文作者:姚肖方,朱建斌
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/7
标签：绕组论文; 电磁论文; 定子论文; 密度论文; 汽轮发电机论文; 渐开线论文; 线棒论文; 《电力设备》2016年第16期论文;