關(guān)于發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子間氣隙的計算方法簡介

1、關(guān)于發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子間氣隙的計算方法簡介1. 關(guān)于定、轉(zhuǎn)子間氣隙結(jié)構(gòu)的介紹水輪發(fā)電機的定轉(zhuǎn)子間的空氣間隙，顧名思義就是發(fā)電機定子與轉(zhuǎn)子間的間隙。具體一點就是定子鐵芯壁與轉(zhuǎn)子磁極表面之間的間隙。其示意圖如下：圖1 發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子間的氣隙結(jié)構(gòu)2. 氣隙的狀態(tài)監(jiān)測方法首先要明白，測量轉(zhuǎn)子的不圓度以及偏心距和偏心角是對某一個氣隙傳感器而言的；定子的不圓度是對某一個磁極而言的。2.1鍵相同步目前在發(fā)電機的定子內(nèi)壁上裝有四個平板電容式位移傳感器（后面簡稱為：氣隙傳感器），和一個電渦流傳感器。其安裝方位如下圖所示：圖2 氣隙測量示意圖就上圖所示的安裝方位而言，電渦流傳感器W的作用是使鍵相同步，即當電渦流傳感器

2、轉(zhuǎn)一圈后接到電信號時，此時的1號磁極正好經(jīng)過B號氣隙傳感器，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈后，電渦流傳感器再次接收到電信號時，此時1號磁極再次經(jīng)過B號氣隙傳感器。這就是鍵相同步。有了鍵相同步的測量基點后，我們就可以推算出每一個氣隙傳感器在不同時刻測得的氣隙值所對應(yīng)的是哪一號磁極。2.2氣隙測量在確定鍵相后，就可以通過氣隙傳感器測出每一號磁極與該傳感器的氣隙大小，最后可以作出轉(zhuǎn)子輪廓的大致結(jié)構(gòu)。當我們在定、轉(zhuǎn)子之間裝有足夠多的氣隙傳感器時，就可以測出同一個磁極在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈的過程中與每一個氣隙傳感器的氣隙大小，這樣就可以大致描繪出定子的內(nèi)壁輪廓。在氣隙傳感器測得一段信號后，下面將簡單介紹怎樣在這組信號中提取出氣隙

3、的值。如下圖所示，為B號氣隙傳感器在渦流傳感器W接收到信號時刻開始測得的信號波形圖。圖3 B號氣隙傳感器檢測到的信號波形上圖是根據(jù)圖2所對應(yīng)的磁極關(guān)系來確定的B號氣隙傳感器的信號波形，即當渦流傳感器接收到信號時，正好是1號磁極經(jīng)過B號氣隙傳感器。此后依次是2、3、4號磁極經(jīng)過該傳感器。我們所要測量的氣隙值就是上圖所示的波形的每一個“波谷”，即每一個最小值對應(yīng)的就是該磁極與定子間的氣隙值。如下面所示，為某一水電站的發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子間氣隙圖，該圖是就同一傳感器（如圖2 中的B號傳感器）所測的各磁極氣隙大小。圖4 B號傳感器下測得各個磁極的氣隙大小從上圖可以看出，該傳感器對應(yīng)的氣隙最大值，發(fā)生在6號磁

4、極上，氣隙最大值為26.27mm；最小氣隙值為23.79mm，發(fā)生在29號磁極上。平均氣隙為25.03mm。根據(jù)鍵相同步，還可以測得此時轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)速為136.3r/min。同理我們可以就某一磁極得到該磁極與定子之間一周的氣隙大小。這里就不重復(fù)舉例說明。3. 關(guān)于定、轉(zhuǎn)子的輪廓不圓度分析這里分析不圓度采用的是最小二乘圓法（下一節(jié)具體介紹）。首先關(guān)于評定圓的不圓度的定義，即圓度誤差：圓的形狀偏離幾何圓的程度。其具體的表示方法是將實際輪廓夾在兩同心圓之間，當這兩幾何圓的間隙為最小時，用這兩個幾何圓的半徑只差來表示該輪廓的圓度誤差。根據(jù)上一節(jié)得到的定、轉(zhuǎn)子輪廓后，就要用最小二乘圓法得到該輪廓的最小二

5、乘圓。確定圓心坐標，與實際的測量中心（在轉(zhuǎn)子上就是轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)軸線）的相對位置，可以確定轉(zhuǎn)子的偏心距和偏心角，最后可以求出輪廓上的點與最小二乘圓的圓心之間的最大距離Rmax和最小距離Rmin，這兩個值就可以認為是前面提到的兩個同心圓的半徑，那么這個差值e就是該輪廓的不圓度。結(jié)合上一節(jié)關(guān)于氣隙的測量方法，到現(xiàn)在我們就可以知道定、轉(zhuǎn)子間的氣隙大小，最大氣隙、最小氣隙，以及對應(yīng)的磁極號；還可以知道平均氣隙，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；以及定子不圓度；轉(zhuǎn)子不圓度、偏心距、偏心角。4. 最小二乘圓法最小二乘圓是一個理想圓，得到最小二乘圓的原理是使從輪廓上的個點到圓的距離的平方和最小。即： （i=1，2，n）式中：Ri實際

6、被測的輪廓上各點到最小二乘圓心的距離 R最小二乘圓的半徑按最小二乘圓法評定圓度誤差的原理如下圖所示：圖5 最小二乘圓法評定圓度誤差根據(jù)英國國家標準，以及美國國家標準，確定最小二乘圓的公式如下：上面公式不多作說明，但需要指出的是，坐標原點的選取就是轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的軸線（并不一定是轉(zhuǎn)軸的幾何軸心），而輪廓上每一點（xi，yi）就是根據(jù)所測氣隙值以及相應(yīng)磁極的方位角求得。5. 總結(jié)上面分別介紹了氣隙的測量，定、轉(zhuǎn)子輪廓的得出（這里就是求出輪廓上個點的坐標），然后求得定、轉(zhuǎn)子的最小二乘圓，最后分析定、轉(zhuǎn)子的不圓度以及偏心距和偏心角。下面就圖4所示的實例，依據(jù)上面的步驟進行完整的分析。根據(jù)圖3得到對應(yīng)于B號氣隙傳感器的所有磁極氣隙大小，可以繪制出轉(zhuǎn)子的輪廓，如下圖所示：圖6 定、轉(zhuǎn)子輪廓以及所得最小二乘圓這里定子輪廓的得到，是根據(jù)