TFW3750-6 3000kW 10.5kV IP23大功率無刷柴油發電機的設計與研制

孫英 泰豪沈陽電機有限公司

隨著國民經濟的發展，用電量在不斷增長，大功率的用電設備越來越多，只有研制開發大功率的發電機才能滿足國內外用戶需求。

一、產品適用范圍

本產品可以廣泛應用于50Hz電網供電的國家和地區的廠礦、樓宇、電信、油田、機場、體育場館等場所的大功率用電設備。

二、基本參數

產品要求值極數 6極額定功率 3000kW額定電壓 10.5kV轉速 1000r/min頻率 50Hz功率因數 0.8（滯后）相數 3絕緣等級 F/H防護等級 IP23勵磁方式 無刷勵磁（帶永磁副勵磁機）參數

三、結構介紹

（一）總體概述

本發電機為自勵型，勵磁系統中裝有電壓調節器。發電機由主機，交流勵磁機、永磁副勵磁機和控制系統組成。總體結構如圖1所示。

圖1 總圖示意圖

（二）電磁參數選擇要點

1.電機磁密取相對較高值（定子齒磁密16200），以降低負載波動對發電機的影響。2.轉子采用較多匝數，以降低勵磁電流，方便控制整流模塊的體積。3.針對柴油發動機轉矩波動的特點，加大了最大轉矩計算值，計算值取到2.3倍。

四、定子部分

（一）定子鐵心

采用漸長式的分段方式，使溫升更均勻，避免局部過熱情況的出現。為降低高次諧波，鐵心采用斜槽設計。

（二）定子線圈

采用雙層疊繞組整浸線圈，為盡可能使輸出波形為正弦波，取節距5/6。

（三）機座

由多個下料后的鋼板單件焊接而成，起承受定、轉子重量，固定定子鐵心的作用，壁板間用通長軸向方筋貫穿，使其形成穩定的框架結構。機座焊接后經消除內應力處理，減小其加工變形量。

五、轉子部分

轉子由轉軸、轉子鐵心、轉子線圈、勵磁機轉子、永磁機轉子、風扇、前、后軸承、整流模塊組成。

（一）轉軸、軸承及整流模塊

轉軸材料用直徑310mm 45#鋼，電機采用軸承結構。為了提高系統穩定性并節約空間，旋轉整流模塊直接安裝在勵磁機套筒上。

（二）轉子線圈

采用H級絕緣絲包線立繞技術，將薄膜繞包線直接繞在轉子鐵心上，線圈與鐵心間僅用兩層0.3mm諾梅克斯（Nomex）絕緣紙對其進行隔離，減小轉子繞組與鐵心之間的間隙使繞組發熱產生的熱量可快速的通過絕緣紙到達鐵心散出，提高了繞組的散熱性能。

（三）轉子鐵心

針對柴油發動機轉矩波動的特點，轉子采用凸極整體沖片設計，避免極身與磁軛的連接部件。

（四）阻尼結構

轉子采用阻尼板結構，它通過通長螺桿及螺母將整圓阻尼板固定在轉子鐵心的兩端。相比一般同步電機阻尼結構，此方式阻尼條伸出鐵心距離短，所受剪應力小，因此結構可靠，同時工序簡單，保證電機的安全運行。

（五）勵磁系統設計

電機采用無刷勵磁，裝有交流主勵磁機和永磁副勵磁機。勵磁電源由永磁副勵磁機供給，發電機通過AVR電壓調整器，使勵磁電流隨負載變化而自動調節，從而保持發電機的電壓恒定，這種勵磁方式對發電機在負載變化和短路情況下具有良好的動態特性。

六、性能指標

電機經試制試驗后，其主要性能指標如下：

試驗值效率 96% 96.3%電壓整定范圍 95%UN～105%UN 95%UN～105%UN穩態電壓調整 ≤±1 % ≤±1 %瞬態電壓調整 -15%UN～+20%UN -15%UN～+20%UN電壓恢復時間 ≤1.5 s 0.9 s短路比 ＞0.35 0.47線電壓波形正弦性畸變率 ≤5% ≤4.3%能承受熱態過載10%運行時間 1h ＞1h能承受不小于3倍額定電流的短路電流時間 2S＞2S定子溫升（電阻法） 105 83轉子溫升（電阻法） 125 117參數 設計值

七、總結

本產品經過試驗驗證及用戶使用反饋，各項指標及性能均達到要求，運行情況良好，完全滿足現場使用工況的要求。同時電機具有較高的效率，節能效果明顯。