1．成型繞組發(fā)電機的設計

 

成型繞組發(fā)電機與散嵌繞組發(fā)電機的設計不同之處在于成型繞組發(fā)電機定子的銅繞組是由銅棒而不是漆包銅線(xiàn)束組成。定子繞組由精確成型裝入槽中的銅棒集合組成，另外繞組與槽的大小比較顯示，對于相似的繞組大小，為了使銅棒更容易插入槽中，成型繞組的定子槽開(kāi)口必須較大，這樣相對來(lái)說(shuō)，散嵌繞組（圖3-3b）的定子槽開(kāi)口會(huì )較小，漏電抗較小，輸出電壓波形中的諧波失真也較低，這是散嵌繞組發(fā)電機與成型繞組發(fā)電機比較，最重要的性能優(yōu)勢。

 

發(fā)電機組定子結構圖

 

2．散嵌繞組的設計

 

發(fā)電機繞組通常是繞線(xiàn)機繞制的預制漆包銅線(xiàn)束，漆包銅線(xiàn)束再嵌入定子槽中。散嵌繞組設計的定子槽開(kāi)口非常小，每個(gè)繞組由許多小截面積的漆包銅線(xiàn)組成。同時(shí)散嵌繞組間占用的絕緣空間比成型繞組更小。

 

發(fā)電機繞組展開(kāi)圖

 

 

3．性能差異

 

1）一般來(lái)說(shuō)，銅棒比漆包銅線(xiàn)束更加堅硬，因此成型繞組發(fā)電機比散嵌繞組發(fā)電機更容易提供堅固耐用的機械結構，但散嵌繞組中新材料、新工藝的使用以及設計改良也一樣可以提供耐用的機械結構，所以不能說(shuō)散嵌繞組發(fā)電機耐用性一定比成型繞組發(fā)電機差。例如，CGT所有大于250kVA的發(fā)電機均采用真空壓力浸漆（VPI）工藝，這使得定子繞組絕緣漆填充充分，無(wú)氣泡堆積，且比其他發(fā)電機生產(chǎn)商只采用普通浸漆設計具有更強的機械性能。因此，CGT散嵌繞組發(fā)電機能夠應用于除油田鉆機等極端非線(xiàn)性沖擊負載應用之外的絕大多數應用。

2）成型繞組發(fā)電機線(xiàn)圈之間比散嵌繞組發(fā)電機具有更多的絕緣間隙，中壓/高壓發(fā)電機導體之間的電壓差更大，需要更多的絕緣材料。

3）成型繞組發(fā)電機采用了更多的絕緣材料，使得發(fā)電機的冷卻難度加大，這就需要更多的銅棒材料（減少銅耗發(fā)熱）來(lái)達到相同的溫升等級。

4）一般情況下，更大的空氣間隙和定子槽開(kāi)口會(huì )導致更大的固有電壓波形諧波失真（特別是在較高頻率下），所以在機械性能相差不多的情況下，成型繞組發(fā)電機比散嵌繞組發(fā)電機電壓波形質(zhì)量較差。

5）由于散嵌繞組發(fā)電機的定子槽開(kāi)口較小，定子與轉子之間的磁路磁阻較低，而且成型繞組往往比散嵌繞組的端部長(cháng)，上述兩個(gè)因素導致在采用了相似材料情況下，散嵌繞組總體性能比成型繞組好。通常情況下，散嵌繞組的電抗比同容量的成型繞組發(fā)電機低，因此成型繞組需要較多的銅和鋼，以達到與散嵌繞組相同的短路水平和電機啟動(dòng)能力。

6）除了上述材料利用率的差異，成型繞組發(fā)電機比散嵌繞組發(fā)電機組裝工藝復雜。這些因素導致成型繞組發(fā)電機單位容量的制造成本較高，零部件更換較困難。

總之，成型繞組發(fā)電機比散嵌繞組發(fā)電機容易達到更好的機械性能和介電強度指標，但新材料和新工藝的采用大大縮小了這些差距，現在上述兩項指標基本相當，但是成型繞組發(fā)電機比散嵌繞組發(fā)電機在電壓波形質(zhì)量、電機啟動(dòng)性能和短路性能方面表現較差。

 

4．應用

 

根據兩種類(lèi)型的電機物理特性和性能的不同，成型繞組在中壓/高壓和特別大容量的發(fā)電機中應用更加理想，這種結構使得發(fā)電機匝間絕緣更好，可靠性更高，并且成本相對較低。

通常情況下，成型繞組的設計適合于需要較強的機械性能的主用電站應用，特別是存在非線(xiàn)性負載持續、重復地沖擊的應用。沖擊負載引起定子繞組特別是端部的電磁反應，容易使繞組變形甚至損壞。用剛性和加強固定設計，這些機械應力可以大幅度減小，從而提高發(fā)電機的可靠性，延長(cháng)發(fā)電機的壽命。

成型繞組發(fā)電機一般應用于存在持續的負載突加過(guò)程的油田鉆井作業(yè)。

發(fā)電機散嵌繞組設計能夠提供最好的電壓波形質(zhì)量、抗非線(xiàn)性負載諧波導致的波形畸變、短路電流性能（以便配電系統斷路器能夠進(jìn)行選擇性保護，及時(shí)切斷故障點(diǎn)）和電動(dòng)機啟動(dòng)性能。因此，散嵌繞組是在緊急/備用情況下的最佳選擇。

散嵌繞組發(fā)電機非常適合于數據中心的不間斷電源、水處理和污水凈化等應用。這些應用主要是整流負載，不論使用市電還是發(fā)電機組供電，負載的加載過(guò)程都是漸進(jìn)的，以盡量減少對電源的沖擊，相應減少瞬間電壓的驟降和驟升，這與油田鉆井應用是不同的。例如，當市電發(fā)生故障，發(fā)電機組啟動(dòng)后，不間斷電源（UPS）在維持后端負載不斷電的同時(shí)，將輸入電源由市電切換到發(fā)電機組供電，然后逐漸加大發(fā)電機組的負載（UPS后端負載電流和UPS配套蓄電池組充電電流），當UPS后端負載突然增大時(shí)，UPS配套蓄電池組將分擔這部分沖擊，以減少UPS后端負載突加負載對發(fā)電機組的瞬間沖擊。這些發(fā)電機組承受的負載沖擊比鉆井應用中的大功率變頻器頻繁啟動(dòng)產(chǎn)生的沖擊要小得多，相應地，對發(fā)電機繞組的機械應力也要小得多。因此，上述應用并不需要成型繞組發(fā)電機，散嵌繞組發(fā)電機效率高的優(yōu)點(diǎn)更實(shí)用。

兩種繞組各具優(yōu)缺點(diǎn)，很多情況下兩者均可使用，可根據性?xún)r(jià)比進(jìn)行選型?？偟膩?lái)說(shuō)，對于相似的機型，成型繞組發(fā)電機更適合中壓/高壓，以及非線(xiàn)性、沖擊負載迫使交流發(fā)電機受到較大機械應力的應用；散嵌繞組發(fā)電機適用于在電動(dòng)機啟動(dòng)能力要求高和對波形失真要求高的應用。

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