2022年高平稳发电机的结构设计方案-科技创新论文.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高平稳发电机的结构设计 高平稳发电机的结构设计熊园梅-科技创新论文（江西清华泰豪三波电机有限公司,江西 南昌 330096 ）【摘 要】高平稳发电机采纳 2 个轴承,尾部加装飞轮盘,提升发电机的动 平稳性能；花键套一端通过平键与转轴装配、固定,另一端与柴油机接口配 合、装夹,从而将柴油机和发电机联接在一起、保持相同频率旋转；针对市场 上发电机型式的多样,文章介绍了高平稳发电机的结构设计,重点介绍了发电 机在平稳性方面的结构设计；关键词 高平稳；发电机；结构设计 作者简介：熊园梅 1988.03 ,江西南昌人,本科,主要从事发电机结构 设计讨论；

2、 0 前言 发电机是将其他形式的能源转换成电能、为其他设备供应电源的机械设备；随着数控设备的广泛运用于机加行业,产品的加工精度有了极大的提升,产品 的质量随之提高,用户对发电机性能的要求也越来越高；发电机与柴油机协作 的精度愈发精密,从而要求转子的动平稳性能和协作精度越来越高；发电机旋 转实际就是转子旋转,旋转时会产生庞大的离心力,使转子上的零、部件受到 庞大的冲击,如转子的动平稳性能不好,旋转时会产生重心偏离,使转轴和柴 油机协作不同轴、简洁将花键套扭断,损坏发电机本体； 1 高平稳发电机的概述 高平稳发电机主要由前端盖、风扇、主机定子、主机转子、励磁机定子、励名师归纳总结 - - - -

3、- - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 磁机转子、轴承和稳速盘等组成,结构简图见图 1；为了排除励磁系统与用电系统的相互干扰,进一步提高输出电压波形的品 质,提升发电机电磁兼容性；以及励磁源本身的复励特性,提升动态性能,高 平稳发电机（以下简称“ 发电机” ）采纳无刷正交凸极谐波励磁；发电机工作 环境靠近海边,空气潮湿温度高,盐雾浓度高,空气对金属的腐蚀性比内陆 强,发电机零、部件采纳真空压力浸漆工艺,具有防霉菌生长的才能,提高了 发电机的环境适应性和防护性能；零、部件大多采纳钢板材料,后端盖为铸造 成型、车工精加工保证装配尺寸；箱体总成就为钢板冲压、

4、形成需要的外形,焊接在发电机机座上；由于文章主要介绍发电机工作时,如何更好的确保转子 转速平稳升降,定子的结构设计没有转子的影响那么显著,故此次关于定子的 结构设计不绽开讲解,将转子的零、部件结构设计作为重点讨论对象； 2 结构设计特点 2.1 转子支撑设计 发电机可以简洁的划分为转子和定子两部分,其中定子静止,转子旋转,在 二者装配区域添加一个过渡支撑零件轴承；为了更好的与柴油机连接,保 证装配精度,发电机采纳双轴承支撑结构设计,轴承分别位于定子的前端盖和名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 转子的转轴协作区域、定子的

5、后端盖与转子的转轴协作区域,分布在发电机重 心的左右两侧,有效平稳转轴的受力；与单轴承支撑结构相比,双轴承支撑结 构设计更合理的将转子支撑起来,两个轴承支撑点将转子按水平方向支撑、放 置,转子接口的高度与柴油机接口高度一样,处于同一水平高度,转轴永久与 轴心平行；发电机工作时,前端盖和后端盖静止不动,确保与之装配的轴承外 圈保持静止,轴承内圈与转轴一起旋转,转子接口高度不发生偏移；轴承装配 简洁,性能稳固,接口协作精度高；高平稳设计 2.2 发电机工作时转子处于高速旋转的状态,牢靠性指标要求平均故障间隔时间 MTBF 20000h ,转子的动平稳才能和旋转稳固性能有着极高的要求；转子动 平稳校

6、正程度直接影响到发电机的振动等性能指标,而发电机的振动性能又直 接影响电机使用寿命及本身的噪声,为了提高动平稳校正精度,依据转子运行不平稳量运算公式r：转子的校正半径；其中mper ：答应不平稳量； M ：转子自身重量；n：转子的转速；G：精度等级；运算出转子不平稳量数值,在风扇、主机转子平稳环等处设置平稳块加载 点,确保转子作动平稳试验时不平稳实测值低于公式运算的数字；同时,为了 让转子运行的更平稳,在转子右端增加稳固档安装稳固盘,稳固盘可以增 大发电机的转动惯量；发电机的转动惯量主要打算发电机的机械相应速度,转 动惯量小,响应速度快,一般用于高速响应的场合；而转动惯量大有利于转子 抗外界干

7、扰,即转动惯量大,相应速度相对较慢,但是受外界扰动影响小,转子旋转更平稳；依据转动惯量运算公式I=mr2 ,稳固盘质量增加,转动惯量随之增加；但是稳固盘质量增加,转矩亦随之增大,转轴的剪切力也增大,依据名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 转轴,肯定要确保稳固盘增加后转子总质量在转轴可 承担的范畴内； 2.3 花键套结构设计 花键套是发电机和柴油机联接的零件；花键套有效将发电机和柴油机转轴联 接,保持二者同频率、同向旋转,花键套机加精度的等级打算了与二者的协作 精度,特殊是内花键的加工精度和硬度直接打算了花键套使用寿命；

8、花键套设 计初期,我们参考了许多齿轮协作案例,第一时间请工艺人员审图、提看法,为了提高台阶孔与发电机转轴的协作精度,增大受力才能,防止二者在工作中 产生相对旋转,在转轴和台阶孔上增开了键槽,引入平键协作；内花键的规格 为 DIN 5480/ N45 2 30 21 9g ,不是国际通用标准,网上查询不到花键 参数,客户只有一台配套的柴油机,通过走访、询问多家制造厂家,打算采纳 投影制造法；通过一台高精度投影设备,投影与花键套协作的连接套,用设备 采集连接套外花键的投影参数,推算出花键套内花键的参数,通过半精加工高频淬火精加工,并将精加工之后的花键套与连接套装夹、检验；在后 期产品跟踪中,发电机

9、噪音小,花键套的使用成效良好； 2.4 转子结构设计 该发电机转子分为主机转子和励磁机转子,均是由冲片迭压、线圈绕制而 成；此次冲片采纳整体式冲片,取消转子支架,通过平键与转轴固定,提升转 子冲片与转轴的协作精度,削减空间占有率；主机转子为了确保冲片间线圈之 间不干涉,保持肯定的外形和间距,待线圈绕制在冲片上终止后,在线圈之间 安装 3 个撑块装置, 4 个冲片槽之间均需安装,通过撑块装置中的撑杆将两瓣 撑块逐步撑开,保持肯定的角度和距离,使线圈张开,导线不会相互接触；励名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 磁机转子上设

10、有通风孔,并且安装有旋转整流模块；主机转子和励磁机转子之间的导线通过 70 喉箍固定在转轴上,当转子高速旋转时,导线和转轴一起旋转,防止在离心力的作用下显现不规章的甩动,排除安全隐患； 2.5 防护罩防水设计发电机技术要求外壳防护等级为IP23 ,外壳需能防止手指或长度不超过80mm的类似物体触及或接近壳内带电或转动部件,能防止直径大于12mm的固体异物进入壳内,并与垂直线成60 角范畴内的淋水应无有害影响,即垂直线成 60 范畴内防淋雨进入；发电机的钢板外壳除了防护罩有通孔,其余部位均为实体,所以外壳的防护等级依靠防护罩保证；为了防止异物进入,我们将防护罩上最小槽口设计为11 30 ,并通过

11、专用模具冲压防护罩形成局部百叶窗,以防护罩安装在前端盖上为例,水平上方部位不开槽；水平方向下面百叶 窗单侧形成夹角为 70 ,其余部位匀称开小槽口,可以防止垂直线成 60 范畴 内防淋雨进入电机内部,并经雨淋试验验证发电机外壳防护等级满意 IP23 的要 求；风扇设计 2.6 风扇放置在前端盖内,为了有效的提高发电机的散热速度,我们将风叶按一 定角度摆放,这种设计不仅使发电机的结构紧凑,也有利于散热风道的流畅,有效提高散热速度；发电机中风扇最大的作用就是降低发电机的温度,最大流 量 qvm=0.42A DN/60 ,风扇的尺寸越大,最大流量越大,散热速度越快；技术要求 明确了 转速为 同理转子

12、转速越快, 散热速 度 越快； 由 于发电机 1500r/min, 所以在转轴承担范畴内,我们将风扇的尺寸设计偏大,并将叶片下 部镂空,降低风扇重量,增大风扇散热效率；由于焊接风扇存在焊接应力,容名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 易产生加工质量问题,并且长期工作后易显现开裂现象,故而发电机采纳铸铝风扇； 3 结论通过上述方案的实施,我公司设计制造了30kW 三相无刷同步发电机,该发电机平稳性能明显优于同类型产品,噪声小,振动小,防雨淋成效好,与柴油 机协作精度高,承担突加突减才能突出,各项电气性能指标良好,抗腐蚀性能 好,环境适应性和防护性能强,市场应用领域宽阔；参考文献陈世坤 . 电机设计 M. 北京：机械工业出版社,2004. 杨万青 ,陈兴卫 . 电机有用设计技术 M. 北京：机械工业出版社,2022. 黄国治 . 傅丰礼 . 中小型旋转电机手册 2007. 责任编辑：曹明明S. 北京：中国电力出版社,名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页