TFW3750-6 3000kW 10.5kV IP23大功率无刷柴油发电机的设计与研制

孙英 泰豪沈阳电机有限公司

随着国民经济的发展，用电量在不断增长，大功率的用电设备越来越多，只有研制开发大功率的发电机才能满足国内外用户需求。

一、产品适用范围

本产品可以广泛应用于50Hz电网供电的国家和地区的厂矿、楼宇、电信、油田、机场、体育场馆等场所的大功率用电设备。

二、基本参数

产品要求值极数 6极额定功率 3000kW额定电压 10.5kV转速 1000r/min频率 50Hz功率因数 0.8（滞后）相数 3绝缘等级 F/H防护等级 IP23励磁方式 无刷励磁（带永磁副励磁机）参数

三、结构介绍

（一）总体概述

本发电机为自励型，励磁系统中装有电压调节器。发电机由主机，交流励磁机、永磁副励磁机和控制系统组成。总体结构如图1所示。

图1 总图示意图

（二）电磁参数选择要点

1.电机磁密取相对较高值（定子齿磁密16200），以降低负载波动对发电机的影响。2.转子采用较多匝数，以降低励磁电流，方便控制整流模块的体积。3.针对柴油发动机转矩波动的特点，加大了最大转矩计算值，计算值取到2.3倍。

四、定子部分

（一）定子铁心

采用渐长式的分段方式，使温升更均匀，避免局部过热情况的出现。为降低高次谐波，铁心采用斜槽设计。

（二）定子线圈

采用双层叠绕组整浸线圈，为尽可能使输出波形为正弦波，取节距5/6。

（三）机座

由多个下料后的钢板单件焊接而成，起承受定、转子重量，固定定子铁心的作用，壁板间用通长轴向方筋贯穿，使其形成稳定的框架结构。机座焊接后经消除内应力处理，减小其加工变形量。

五、转子部分

转子由转轴、转子铁心、转子线圈、励磁机转子、永磁机转子、风扇、前、后轴承、整流模块组成。

（一）转轴、轴承及整流模块

转轴材料用直径310mm 45#钢，电机采用轴承结构。为了提高系统稳定性并节约空间，旋转整流模块直接安装在励磁机套筒上。

（二）转子线圈

采用H级绝缘丝包线立绕技术，将薄膜绕包线直接绕在转子铁心上，线圈与铁心间仅用两层0.3mm诺梅克斯（Nomex）绝缘纸对其进行隔离，减小转子绕组与铁心之间的间隙使绕组发热产生的热量可快速的通过绝缘纸到达铁心散出，提高了绕组的散热性能。

（三）转子铁心

针对柴油发动机转矩波动的特点，转子采用凸极整体冲片设计，避免极身与磁轭的连接部件。

（四）阻尼结构

转子采用阻尼板结构，它通过通长螺杆及螺母将整圆阻尼板固定在转子铁心的两端。相比一般同步电机阻尼结构，此方式阻尼条伸出铁心距离短，所受剪应力小，因此结构可靠，同时工序简单，保证电机的安全运行。

（五）励磁系统设计

电机采用无刷励磁，装有交流主励磁机和永磁副励磁机。励磁电源由永磁副励磁机供给，发电机通过AVR电压调整器，使励磁电流随负载变化而自动调节，从而保持发电机的电压恒定，这种励磁方式对发电机在负载变化和短路情况下具有良好的动态特性。

六、性能指标

电机经试制试验后，其主要性能指标如下：

试验值效率 96% 96.3%电压整定范围 95%UN～105%UN 95%UN～105%UN稳态电压调整 ≤±1 % ≤±1 %瞬态电压调整 -15%UN～+20%UN -15%UN～+20%UN电压恢复时间 ≤1.5 s 0.9 s短路比 ＞0.35 0.47线电压波形正弦性畸变率 ≤5% ≤4.3%能承受热态过载10%运行时间 1h ＞1h能承受不小于3倍额定电流的短路电流时间 2S＞2S定子温升（电阻法） 105 83转子温升（电阻法） 125 117参数 设计值

七、总结

本产品经过试验验证及用户使用反馈，各项指标及性能均达到要求，运行情况良好，完全满足现场使用工况的要求。同时电机具有较高的效率，节能效果明显。