定子鐵芯基本介紹

定子鐵芯是定子的重要部件，也是電機(jī)磁路的主要組成部分。它是由扇形片、通風(fēng)槽片、定位筋、上下齒壓板、拉緊螺栓及托板等零件組成。定子鐵心是用硅鋼片沖成扇形片疊裝于定位筋上，定位筋通過(guò)托板焊于機(jī)座環(huán)板上，并通過(guò)上、下齒壓板用拉緊螺栓將鐵心壓緊成整體而成。鐵心也是安放繞組的部分，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，鐵心將受到機(jī)械力、熱應(yīng)力及電磁力的綜合作用。

基本結(jié)構(gòu)

鐵芯沖片

1.鐵芯沖片材料

水輪發(fā)電機(jī)鐵芯沖片材料，通常采用硅鋼片。硅鋼片是一種含碳量很低的薄型鋼板。為了得到可行的低磁滯損耗．在特殊控制條件下進(jìn)行生產(chǎn)。一般純鐵不適用于交變磁場(chǎng)中，主要因?yàn)槠潆娮杪市?，?huì)引起大的渦流損耗。加入硅元素后，由于硅與鐵形成固溶體型合金，因而提高了電阻率。硅鋼片就是利用電阻率增加，減少由于厚度方向引起的渦流損耗。渦流損耗是與硅鋼片的厚度成比例的，通常鐵心用的硅鋼片厚度為0.35～0.5mm。

在電機(jī)中應(yīng)用的硅鋼片分冷軋和熱軋兩種。冷軋的硅鋼片又分為有取向和無(wú)取向兩種。有取向硅鋼片即是各向異性，當(dāng)磁通方向與軋制方向平行時(shí)，其單位損耗特別低，因此是變壓器鐵心的一種理想材料，但在發(fā)電機(jī)內(nèi)應(yīng)用時(shí)。其范圍極其有限。無(wú)取向硅鋼片即是各向同性，用與各向異性硅鋼片類似的方法軋制而成，在軋制質(zhì)量、電氣性能等方面與有取向的硅鋼片相比較，具有優(yōu)越性。因此，在大型水輪發(fā)電機(jī)的定子鐵心沖片上采用各向同性的冷軋硅鋼片，已成為普遍的做法。有關(guān)發(fā)電機(jī)使用的硅鋼片牌號(hào)及性能可參考有關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。

2.扇形沖片

設(shè)計(jì)扇形沖片時(shí)．每張沖片上的槽數(shù)必須為整數(shù)，并使片間接縫處不在齒上。為避免相鄰扇形沖片邊緣搭疊，接縫處應(yīng)留有0.2～0.25mm的間隙。另外，為防止接縫處槽底錯(cuò)牙損傷繞組絕緣，應(yīng)將接縫處的槽底直角處沖成30°倒角2mm，

為了裝壓扇形沖片，在沖片上開(kāi)有鴿尾槽或平行四邊形槽。

考慮到疊片方便，扇形片鴿尾槽應(yīng)比鴿尾筋尺寸大1～1.5mm。通常每張扇形片上開(kāi)有兩個(gè)鴿尾槽，即每張沖片上有兩根鴿尾筋。但有一些電機(jī)因選擇槽數(shù)的原因，也用一個(gè)半槽，即每張沖片上只能布置一根半鴿尾筋。設(shè)計(jì)時(shí)，兩根鴿尾筋之間的距離控制在350～450mm，如果尺寸太小，在結(jié)構(gòu)布置上會(huì)造成一定的困難。大型水輪發(fā)電機(jī)也有采用每張扇形片上開(kāi)有三個(gè)鴿尾槽，如三峽水電站發(fā)電機(jī)沖片弦長(zhǎng)1069.9mm，每張扇形片上布置三個(gè)鴿尾槽。

設(shè)計(jì)扇形沖片時(shí)，首先要考慮其疊裝條件，同時(shí)必須合理地選擇扇形沖片的數(shù)目和尺寸以及每片的槽數(shù)。每張扇形沖片可選的槽數(shù)為6、7、8、9、10、11、12、13。但一般情況下，都選用9、10、11、12等槽數(shù)。定子裝壓時(shí)．為了避免扇形沖片的接縫不集中在一處，造成不必要的附加氣隙而影響電磁性能，在疊裝沖片時(shí)需要交錯(cuò)疊裝。為了方便疊裝，通常采用1/2交錯(cuò)疊裝，但并不十分適合。這樣交錯(cuò)疊裝，由于接縫面的原因使定子軛截面減少了一半，所以在可能的情況下，采用1/3、1/4和1/5的交錯(cuò)疊裝方法為宜。

從產(chǎn)生軸電流的角度來(lái)看，扇形沖片上、下層之間的交錯(cuò)疊裝的數(shù)值影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。扇形沖片疊裝時(shí)，接縫面的數(shù)目(N)將直接影響軸電流的產(chǎn)生。當(dāng)t0為2p和N的最大公約數(shù)時(shí)，最適合的情況是  為奇數(shù)，  為偶數(shù)時(shí)就不利。式中：t0為2p與N的最大公約數(shù)。

3.扇形沖片絕緣

由于沖頭和沖模之間必須有間隙，在沖剪時(shí)模具的刃口處產(chǎn)生剪切和彎曲，因此沖片的一邊總是有毛刺，即使在新模具開(kāi)始使用時(shí)也存在，有時(shí)沖片的毛刺最大可達(dá)0.08mm左右。扇形沖片在除去毛刺后即進(jìn)行絕緣，即將扇形沖片在涂漆機(jī)上涂上一層硅鋼片漆，常用牌號(hào)有1611號(hào)漆，屬于A級(jí)。F級(jí)牌號(hào)為133號(hào)漆，漆膜厚度在0.015～0.02mm范圍內(nèi)。扇形沖片的絕緣用來(lái)限制鐵心中的軸向/徑向渦流。

通風(fēng)槽片

大、中型水輪發(fā)電機(jī)大都采用徑向通風(fēng)系統(tǒng)。因此，在定子鐵心段必須設(shè)計(jì)有一定數(shù)量的由通風(fēng)槽片構(gòu)成的通風(fēng)溝。通風(fēng)槽片由扇形沖片、通風(fēng)槽鋼及襯口環(huán)組成，見(jiàn)圖3.3-21。通風(fēng)槽片用的扇形沖片材料一般為0.65mm厚的酸洗鋼板。酸洗鋼板表面要求平整、光滑、不得有氧化皮或其他污跡。通風(fēng)槽片在點(diǎn)焊通風(fēng)槽鋼時(shí)，齒部易產(chǎn)生變形致使碰上定子繞組。因此，通風(fēng)槽片的槽型需要擴(kuò)孔，以避免損傷繞組。一般槽型擴(kuò)孔在直徑方向增加2mm，槽寬方向也增加2mm左右。通風(fēng)槽片在齒部槽楔部分的尺寸，通常依據(jù)比例圖來(lái)選取，倒角也為60°，選取尺寸的原則是通風(fēng)槽片在槽口部分不碰槽楔。

通風(fēng)槽鋼是形成定子通風(fēng)溝的主要零件。采用的通風(fēng)槽鋼高度規(guī)格有4mm、6mm、8mm和10mm四種，材料有普通Q235鋼和非磁性鋼兩種。通風(fēng)槽鋼表面要求光滑，沒(méi)有縱向擦傷、裂縫、毛刺和其他外部缺陷；鋼條必須平直，無(wú)論是側(cè)面或水平面都不允許有波浪形彎曲；鋼條上不允許有氧化膜妨礙點(diǎn)焊；每米長(zhǎng)度內(nèi)鋼條繞縱軸扭轉(zhuǎn)角度不允許大于5°。

過(guò)去中、小型水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)槽鋼常用的材料為低碳鋼。近年來(lái)，在大、中型水輪發(fā)電機(jī)中，特別是內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，電磁負(fù)荷值越來(lái)越高，端部漏磁通和電樞電流在繞組邊中產(chǎn)生的漏磁通，使通風(fēng)槽鋼中存在著相當(dāng)大的漏磁通。尤其是當(dāng)齒部的磁通密度很高(B0>1.5T)時(shí)．在沖片齒部的通風(fēng)槽鋼對(duì)磁通形成相當(dāng)大的分支路，造成通風(fēng)槽鋼內(nèi)損耗增加和發(fā)熱。采用非磁性的合金鋼作為通風(fēng)槽鋼，對(duì)減少損耗將起到很大的作用。所以，一些電磁負(fù)荷較高的水輪發(fā)電機(jī)，都采用非磁性的合金鋼作為通風(fēng)槽鋼。為了降低成本，非磁性通風(fēng)槽鋼可只用于齒部。因?yàn)殍F心軛部的漏磁通是很小的，可以采用普通的通風(fēng)槽鋼。

通風(fēng)槽鋼和襯口環(huán)現(xiàn)都采用點(diǎn)焊的方法固定于扇形沖片上，點(diǎn)焊間距一般在50～60mm為宜。為了減小風(fēng)阻，靠近齒部通風(fēng)槽鋼應(yīng)彎成內(nèi)徑為R14的圓弧。注意焊通風(fēng)槽鋼時(shí)的槽鋼彎頭不能伸出沖片，以免損傷繞組。襯口環(huán)位于扇形沖片的鴿尾槽處，點(diǎn)焊3點(diǎn)。襯口環(huán)的形狀，見(jiàn)圖3.3-21。點(diǎn)焊通風(fēng)槽鋼和襯口環(huán)后，在通風(fēng)槽鋼表面噴鐵紅醇酸底漆和淺灰色硝基內(nèi)用磁漆各一層，或按工廠的專門規(guī)范噴漆。