交流电机绕组理论问题，你提问，大家解答，OK？

long98194

什么是波绕组的合成节矩?合成节矩中的数值各代表什么意义?
    答：合成节矩是用来表征波绕组连接规律的参数。它表明波绕组将各个线圈串接成完整绕组沿绕制方向前进的槽数，为相邻两线圈的对应边相隔的槽数。如在发电机定子绕组图纸上，我们看到绕组参数栏内标有类似1-7—14这样的参数，这个参数就是绕组的合成节矩。
    合成节矩Y=y1+y2；其中节矩y1，表明一个定子线圈的一根线棒在N极下而另一根线棒处在s极下，两端相隔的定子槽数，1-7表示这个线圈一端在第1槽而另一端在第7槽，y1=
6：节矩y2，表示该线圈从第7槽出来后下一个相连的线圈槽号是第14槽，y2=7，则合成节矩Y=13。

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分数槽绕组有何优缺点?
    答：大型水轮发电机多采用分数槽绕组，其优点有：①能削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波电势；②能有效地削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形；③减小了因气隙磁导变化引起的每极磁通的脉振幅值，减少了磁极表面的脉振损耗。
    其缺点是分数槽绕组的磁动势存在奇数次和偶数次谐波，在某些情况下它们和主极磁场相互作用可能产生一些干扰力，当某些干扰力的频率和定子机座固有振动频率重合时，将引起共振，导致定子铁芯振动。因此，分数槽q值选择不当也可能带来很多隐患，这在实际发电机的运行中是有例子的。

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什么是齿谐波电势?削弱齿谐波电势有哪些方法?
    答：在发电机绕组电势的分析中，首先是假定定子绕组的铁芯表面是平滑的，但实际上由于铁芯槽的存在，铁芯内圆表面是起伏的，对磁极来说，气隙的磁阻实际上是变化的。磁极对着齿部分，则磁阻小，对着铁芯线槽口部分的气隙磁阻就大，随着磁极的转动，就会由于气隙磁阻的变化在定子绕组中感应电势。这种由于齿槽效应在绕组中感生的电势就称为齿谐波电势。
    削弱齿谐波电势的方法有：
    (1)采用斜槽，即定子或转子槽与轴线不平行。把定子槽做成不垂直的斜槽或将磁极做成斜极，当然这在大型发电机中是无法做到的。在小型电机如异步鼠笼电动机中，转子绕组采用的就是斜槽。在一些中小型发电机中也采用了定子斜槽的方式，一般斜度等于一个定子槽距。
    (2)采用磁性槽楔，即改善磁阻的大小。但目前没有成熟技术，也只限于中、小型电动机上应用。
    (3)加大定、转子气隙也能有效地削弱齿谐波，但会使功率因数变坏，故一般也不采用。
    (4)采用分数槽绕组。这是目前大型水轮发电机广泛采用的方法。

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什么是电晕?电晕对发电机有什么危害?
    答：发电机内的电晕(Corona)，是发电机定子高压绕组绝缘表面某些部位由于电场分布不均匀，局部场强过强，导致附近空气电离，而引起的辉光放电。可见，电晕是发电机局部放电的一种。它产生在绝缘的表面，它与我们所熟悉的一般户外高压电场下的导体附近的电晕是有所不同的。
    与其他形式的局部放电相比，电晕本身的放电强度并不是很高，但电晕的存在大大的降低了绝缘材料的性能。表面电晕使绝缘表面局部温度升高，电晕的热效应及其产生的03和N2的化合物(03极易分解与空气中的氮N2及水分化合生成酸)也会损坏局部绝缘，对黄绝缘来说是将绝缘层变成白色粉末，其程度的深浅与电晕作用时间有关，材料表面损坏后，放电集中于凹坑并向绝缘材料内部发展，严重时发展为树枝放电直到击穿。此外，电晕还使其周围产生带电离子，各种不利因数的叠加，一旦定子绕组出现过电压，则就有造成线棒短路或击穿的可能。黄绝缘的击穿场强随温度的升高而略有下降，当温度超过180℃时，其击穿
场强将急剧下降。

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发电机内哪些部位易产生电晕?
    答：发电机一般在机内可能产生外部电晕的部位有：①线棒出槽口处。绕组出槽口处属典型的套管型结构，槽口电场非常集中，是最易产生电晕的地方。②铁芯段通风沟处。通风槽钢处属尖锐边缘，易造成电场局部不均匀。③线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有气隙处。④端箍包扎处。⑤端部异相线棒间。绕组端部电场分布复杂，特别是线圈与端箍、绑绳、垫块的接触部位和边缘，由于工艺的原因往往很难完全消除气隙，在这些气隙中也容易产生电晕。

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发电机电晕与哪些因素有关系?
    答：(1)与海拔高度有关。海拔越高，空气越稀薄，则起晕放电电压越低。
    (2)与湿度有关。湿度增加，表面电阻率降低，起晕电压下降。
    (3)端部高阻防晕层与温度有关。如常温下高阻防晕层阻值高，则温度升高其起晕电压也提高。常温下如高阻防晕层阻值偏低，起晕电压随温度升高而下降。
    (4)槽部电晕与槽壁间隙有关。线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕层和铁芯间产生电火花放电。环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙在是O．2～0．3mm左右。目前我国高压大电机采用的环氧粉云母绝缘的线膨胀系数很小，在正常运行条件下，环氧粉云母绝缘的线棒的膨胀量不能填充线棒和铁芯间的间隙。这是与黑绝缘区别比较大的地方。
    (5)与线棒所处部位的电位和电场分布有关。越高越易起晕，电场分布越不均匀越易起晕。

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什么是电腐蚀?什么是内腐蚀和外腐蚀? 防止电腐蚀的措施有哪些?
    答：电腐蚀是发生在发电机槽部定子线棒防晕层表面和定子槽壁之间因失去电接触而产生的容性放电，从而引起线棒表面的腐蚀和损伤。这种容性放电的放电能量比纯电晕放电要大得多，严重时发展为火花放电。火花放电温度可高达摄氏几百度至上千度。同样，放电使空气电离产生的臭氧与空气中的氮、水分产生化学作用，对线棒表面和铁芯产生腐蚀。电腐蚀轻者，使线棒防晕层及主绝缘表面变白并有不同程度的蚕食；严重者防晕层损坏，主绝缘外露或出现麻点，引起线棒表面防晕层乃至主绝缘、垫条的烧损。这种引起线棒防晕层、主绝缘、垫条等损伤的情况统称为“电腐蚀”。
    根据电腐蚀产生的部位分外腐蚀和内腐蚀。外腐蚀指发生在防晕层和定子槽壁之间的电腐蚀；内腐蚀是指发生在防晕层和主绝缘之间的电腐蚀。内腐蚀的原因是由于线棒的表面防晕层与线棒主绝缘之间粘接接触不好，存在微小空气气隙的缘故，如主绝缘表面不平整，半导体漆没有浸透或半导体漆本身的问题等。随着发电机制造技术的发展，“内腐蚀”基本上已成为了一个历史名词。
    防止电腐蚀的措施有：①定子槽内在下线前喷低阻半导体漆。②选择合适的低阻半导体垫条，打紧槽楔，保证线棒直线部分表面防晕层的完好，使线棒表面防晕层与垫条或铁芯壁有良好的接触。③改进线棒槽内固定方式。④改进制造工艺水平，如线棒的尺寸和平直度、铁芯的制造和叠片公差等。良好的线棒制造工艺和整机制造水平是减少电腐蚀发生的有力保证。
    目前我国在线棒防晕和防止电腐蚀方面有了长足的进步，如主绝缘和防晕层同时热压成型、半导体适型毡工艺、线棒采用半导体槽衬槽内固定等。

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什么是发电机定子绕组的主绝缘?
    答：线棒是组成发电机定子绕组的基本构件，发电机定子绕组的主绝缘就是指发电机线棒的绝缘。组成发电机线棒的各根股线(自带绝缘层的导线)经过编织、换位和胶化成型后，然后整体连续包绕绝缘层，以某种工艺固化成型。

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发电机使用什么类型的主绝缘材料?多胶带与少胶带有什么区别?主绝缘经历了哪些发展过程?
    答：发电机使用的主绝缘材料基本是云母制品，云母制品中主要成分是云母。发电机主绝缘由云母、胶黏剂和补强材料这三部分构成。以前主绝缘采用天然的剥片云母，为了提高原材料的性能和利用率，现广泛采用粉云母。粉云母厚度均匀，电气性能稳定，生产成本较片云母低。
    主绝缘的电气性能和机械性能在某种程度上取决于主绝缘的固化工艺和参数，而其固化的工艺参数又是由绝缘带内所含的黏接胶剂决定的。根据绝缘带内的黏接胶的含量，目前主绝缘用的云母带可分为多胶粉云母带(含胶量为32％～40％)和少胶粉云母带(6％～8％)。两者的绝缘固化成型工艺有很大的区别，其固化工艺根据胶的含量有液压和模压的方式。
    大型发电机的绝缘，欧洲在1910年，就采用了虫胶云母箔卷烘绝缘；1930开始使用以沥青及其复合物取代虫胶作为云母的胶黏剂；1954年开始使用以环氧树脂为胶黏剂的多胶云母带。我国于1966年第一台采用环氧粉云母绝缘的发电机是盐锅峡1号机(当时仅采用了1／4瓣定子线棒)，直到80年代才开发和应用了电气强度和机械强度都较高的高云母含量的F级环氧粉云母带。
    虫胶云母箔卷烘绝缘采用天然虫胶作云母的黏接剂，热压成型，未经真空处理，虫胶溶剂挥发后，则绝缘内会残留空隙。沥青浸渍云母绝缘以剥片云母为基，以沥青作云母的黏接剂。沥青胶密实性较好，但使用年限长后易干枯龟裂，内部游离腐蚀严重。从过去解剖退下来的旧线棒可见，绝缘层脱壳且间隙较大，有的大的间隙甚至可以塞进钢板尺。这两种绝缘基本上已不再用于发电机绝缘。
    在高压电机绝缘的发展过程中，曾采用过其他的材料来代替云母材料，但未能取得成功。目前大型发电机主绝缘材料普遍使用环氧玻璃粉云母带，以粉云母为基料，补强材料为玻璃布或涤纶纤维毡，黏合剂为环氧树脂黏接剂体系，耐热等级多为B、F级。现在主绝缘的特点是以热固性黏合剂取代以往使用的沥青漆和虫胶，以玻璃布代替以往的云母带纸或电话纸作衬垫补强材料，以粉云母代替片云母。与以往的纸带作衬垫补强材料相比，玻璃纤维的耐热性更好，以玻璃纤维织物作补强材料，使绝缘的耐热性和机械性能都得到了改善。用于云母制品的胶黏剂的发展主要经历了有虫胶漆、沥青漆、醇酸漆、环氧桐油酸酐胶、环氧聚酯漆及有机硅漆等。绝缘结构上的改进，使新型绝缘比以往的绝缘具有更优异的性能。虽然云母绝缘制品中的主要成分是云母，但在整个绝缘构成中，胶黏剂是影响绝缘带电气、机械性能和质量的主要因素，还决定云母绝缘的耐热等级，此外，还取决于主绝缘的固化成型工艺。定子绕组主绝缘的固化成型是一种高分子物质在高温高压状态下聚合反应的复杂过程，其加工质量与温度、时间、压力的准确控制及其有机结合密切相关，固化工艺也是各厂家的质量保证所在。目前主绝缘所采用的少胶和多胶绝缘带仍是两条平行的绝缘工艺路线。

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什么是线棒绝缘的少胶VPI工艺?其应用情况如何?
    答：VPI即“真空压力浸渍(vacuum—pressure impregnation)”之意，是针对少胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘固化成型的工艺，这种绝缘固化工艺从上世纪40年代起即开始使用。少胶VPI工艺线棒绝缘成型是在线棒上连续包绕少胶云母带完成后，在专用容器内通过抽真空将线棒绝缘层间的空气排除，用高压将无溶剂浸渍树脂注入绝缘层中，再置于模具中经过高温固化使绝缘成为一个整体。少胶VPI绝缘成型工艺的特点是生产效率高，
绝缘的整体性能好，绝缘层问可以基本做到无气隙，因而绝缘内部的气体游离放电、电晕和发热较小，绝缘寿命好；但其生产设备价格昂贵、工艺复杂。
    国外采用该绝缘工艺的厂家较多，到目前为止，已应用在额定电压为27kV的汽轮发电机组和额定电压为20kV的水轮发电机组上。国内有的厂家也开始使用VPI工艺。

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线棒主绝缘的多胶固化工艺有哪些?其应用情况如何?
    答：多胶固化工艺是针对采用多胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘成型的固化工艺。多胶连续绝缘的固化又分为多胶真空模压和多胶液压工艺，这种工艺对生产工艺和设备要求较低，在上世纪50年代已开始应用。
    线棒多胶带真空模压成型工艺，是在线棒上连续包绕多胶云母带完成后，采用真空干燥除去绝缘层和云母带中的空气、挥发成分，再置于模具中加热、加压，使云母带中多余的树脂流动，填充绝缘层中的空隙，树脂固化后，绝缘层中基本无空隙。这种方法可将半导体防晕层一次模压完成，即将防晕层与主绝缘同时包扎后一起固化，使得防晕层与主绝缘黏接为无气隙的整体，有效提高防晕效果。多胶模压方法虽然应用压模较多，生产效率较低，但线棒形状是最好的。更低一些电压等级的电机线圈，直接加热模压，不用抽真空处理。
    线棒多胶液压成型工艺，是在线棒上连续包绕多胶云母带后，将线棒送人专用液压罐，经过真空干燥处理后，以沥青为介质加温加压使绝缘固化成为一个整体。但这种工艺的线棒几何尺寸不如模压线棒精确。
    国外使用多胶液压成型工艺的厂家也有不少，目前已应用于额定电压为24kV的发电机上。
    国内生产厂家目前在大型发电机组上基本采用多胶连续绝缘和多胶热模压绝缘成型工艺。采用多胶绝缘热模压工艺生产并已投运的汽轮发电机最高额定电压达到22kV，水轮发电机最高额定电压达到20kV。

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什么皂黑绝缘?什么是黄绝缘?
  答：黑绝缘是以前发电机定子绕组主绝缘采用沥青云母绝缘的俗称，而黄绝缘是主绝缘采用环氧玻璃粉云母绝缘的俗称。目前，黑绝缘已经淘汰，黄绝缘广泛用于B级和F级发电机绝缘。

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条形定子线棒由哪些部分组成?
    答：定子波绕组条形线棒由多股铜导线和主绝缘构成，线棒的两端设有连接接头。水内冷机组的线棒内部还有空心导线或空心不锈钢冷却水管。其中，编织导线本身也是自带绝缘的导线，导线绝缘材料包括股间绝缘材料、排间绝缘材料、换位绝缘材料、换位填充材料等，此外在主绝缘包绕前，还有导线外表均匀电场分布的内均压层材料等。

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什么是线棒的内均压层?其作用是什么?
    答：线棒的内均压层是在线棒各股线编制组合并胶合成为一体后，在主绝缘包绕前，进行的半导体均压处理层。线棒内均压层的作用与高压电力电缆的内屏蔽层的作用类似。电缆内屏蔽的作用是使导体与绝缘层良好接触，消除导体表面因不光滑引起的局部电场畸变。
    内均压层的作用主要有两个：一是均匀导体外部电场，并消除主绝缘与导体间的气隙；二是相当于加大了导线的圆角半径，可以改善角部电场分布，起到降低最大电场强度的目的。
    内均压层结构上有涂刷半导体漆(胶)或包绕半导体带的方式。因此，这种线棒如果在现场作局部修理时，应注意保持其结构上的完整性。

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什么是涡流?什么是集肤效应?发电机线棒如何克服涡
流和集肤效应?
    答：当交流电流通过导线时，在导线周围产生交变的磁场。处在交变磁场中的整块导体的内部会产生感应电流，由于这种感应电流在整块导体内部自成闭合回路，形似水的旋涡，所以称做涡流。因为金属导体电阻很小，因此这种感生电流很大，造成发热损耗。
    在直流电路内，均匀导线的横截面上的电流密度是均匀的，而当交流电通过导线时，由于交变磁场的作用，在导线截面上各处电流分布不均匀，中心处电流密度小，而越靠近表面电流密度越大，这种电流分布不均匀的现象称为集肤效应(也称趋肤效应)。集肤效应的原因也是因为涡流的存在。交流电的频率越高，则集肤效应越严重。此外集肤效应也使得线棒内部的导线载流能力下降。
    发电机的线棒截面都比较大，涡流和集肤效应都会使线棒造成严重的发热，所以克服发电机线棒发热的办法是将线棒内的导体设计成由若干股相互绝缘的细小导线并联组成。如某发电机其设计的支路电流为2000A，其每根线棒由44股2．5×8mm规格的双玻璃丝包线并联并经换位编织而成。

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什么是循环电流?发电机线棒如何克服循环电流引起的损耗?
    答：定子绕组的线棒是由多股相互绝缘的导线组成的，线棒放置在线槽中，由于每根导线所处的位置不一样，则其所交链的磁通也不一样，故感应的电势也不一样。由于组成线棒的各根股线在线棒两端是并联在一起的，因而会在单根线棒内产生环流，引起附加的发热和损耗，这个环流称为循环电流。由循环电流引起的附加损耗比集肤效应产生的附加损耗大得多。因此，发电机线棒通过内部导线换位来减少这种由循环电流引起的损耗。

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发电机有哪些防晕材料?
  答：(1)防电晕漆。防电晕漆是防电晕的主要材料，按其电阻值高低可分为低阻、中阻、高阻漆。按漆基不同可分为醇酸防晕漆、环氧防晕漆，前者目前已淘汰。防晕漆由漆基、导电材料、填料、溶剂混合经球磨后过滤而成。在使用前加入干燥剂，以适量溶剂调整黏度，再搅拌均匀。一般要求防晕漆的黏结性好、漆的固体含量不于50％、表面电阻率符合要求，低阻漆表面电阻率应为1×103～l×105Q；高阻漆表面电阻率应为1×109～1×1012Q，非线性高阻漆还要要求阻值能随场强变化。
   (2)防晕带。分为低阻带和高阻带，低阻带主要有含铁石棉带和浸半导体低阻漆的无碱璃纤维带。铁质石棉带由石棉纤维纱编织而成；低阻带用于线棒线槽部分。高阻带采用浸半导体高阻漆的无碱玻璃纤维带制成，用于线棒端部部分。
(3)低阻材料。主要有乙炔黑，它是气态、液态或固态有机物不完全燃烧时析出的碳，用作防电晕漆的导电基。此外还有石墨，它是碳的一种结晶体。

(4)高阻材料。主要是碳化硅，用于配制高阻非线性漆。碳化硅具有非线形电阻特性，其电阻率随外施场强下降，也即具有调节场强的能力，使槽口外端部线棒表面电位均匀分布。对于端部采用的碳化硅涂层，中电阻采用320～400目碳化硅配制，高电阻采用1600～1800目碳化硅配制。

(5)半导体槽衬材料。半导体布、纸如半导体聚脂无纺布等；半导体硅橡胶、橡皮；半导体玻璃布板；现场配制的半导体适形毡、半导体胶等。各厂家的材料区别较大。

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定子线棒的防晕结构是怎样的?
    答：根据发电机绕组电晕的特点，发电机线棒的防晕结构采用的都是直线段防晕和端部防晕相结合的方式，具体的结构和尺寸因厂家而异，各厂家都采用了不同的材料和防晕方式。还有重要的一点是，线棒的防晕结构是和线棒在槽内的固定方式密切相关的。线棒防晕结构示意图见图2-7(图中高阻防晕保护区的厚度为夸大画出)；线棒外表防晕层见图2-8。
    (1)线棒直线段部分(即线棒与铁芯线槽相接触的部分)防晕晕。这个直线段的长度比铁
                    
2—7线棒防晕结构示意图
     

                        图2—8线棒外表防晕层
芯线槽长度略长，需进行低阻防晕处理，主要是采用低阻防晕带和低阻防晕漆(半导体槽衬结构是配合线棒进行处理的)进行防护。
    (2)线棒端部防晕。线棒上下端部防晕是指线棒出线槽后(低阻区结束)的一段经R弯部到线棒端部斜边这一部分进行防晕处理，端部为高阻防晕段，高阻区与低阻区还有一小段高低搭接区。端部防晕也是采用防晕带和防晕漆。不同的厂家其线棒防晕结构在直线低阻区差别不大，但在端部材料的使用上有较大的区别。有的利用碳化硅的非线形特点采用单级防晕或多级防晕结构，也有的使用多种端部防晕漆多级结构。目前也有厂家对自高低阻搭接区直至线棒电接头部分的全部端部进行高阻防晕处理。

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定子线棒的防晕处理有哪些方式?
  答：常用的方式有刷包型、涂敷型和随线棒主绝缘一次成型等。
  (1)刷包型防电晕处理。线棒主绝缘压型固化完成后，线棒经修饰尺寸，线棒表面刷防晕漆，干后平包低阻石棉带或半迭包低阻无碱玻璃纤维带，再刷防晕漆。
    (2)一次成型防电晕处理。在包完主绝缘后，在槽部和端部主绝缘外面分别包低电阻防晕带和高电阻防晕带，同时在高电阻防晕带外面加包一定层数的附加绝缘(附加绝缘材料与主绝缘材料相同，层数与定子电压等级有关，但也有的厂家工艺不采用附
加绝缘)。然后防晕层、主绝缘一起放人模具中一次热压成型。
    (3)涂敷型防电晕处理。线棒在主绝缘固化成型后，在线棒表面涂敷高低电阻防晕漆。国外一些厂家采用涂敷型防电晕处理，结合半导体槽衬结构使用。

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什么是定子端部整体防晕?
    答：定子端部线棒的防晕为高阻区域，但是，一般高阻防晕层只从线棒直线段低阻防晕层搭接开始到线棒端部斜边的某一尺寸止，即属于区域防晕。所谓定子端部整体防晕结构，是将高阻防晕区域扩大到定子整个端部，即端部的线棒部分、口部垫块、
斜边垫块(及其适形毡)、端箍等均喷涂高阻半导体漆(或其浸渍带、毡)，有的连定子汇流环也采用了同样的工艺。这种结构能更有效地防止端部电晕和端部异相间的电晕，是目前为止对端部防晕考虑得比较周详的一种方式。