关于发电机定、转子间气隙的计算方法简介

关于发电机定、转子间气隙的计

算方法简介

1.关于定、转子间气隙结构的介绍

水轮发电机的定转子间的空气间隙，顾名思义就是发电机定子与转子间的间隙。具体一点就是定子铁芯壁与转子磁极表面之间的间隙。其示意图如下：

图1 发电机定、转子间的气隙结构

2.气隙的状态监测方法

首先要明白，测量转子的不圆度以及偏心距和偏心角是对某一个气隙传感器而言的；定子的不圆度是对某一个磁极而言的。

2.1键相同步

目前在发电机的定子内壁上装有四个平板电容式位移传感器（后面简称为：气隙传感器），和一个电涡流传感器。其安装方位如下图所示：

图2 气隙测量示意图

就上图所示的安装方位而言，电涡流传感器W的作用是使键相同步，即当电涡流传感器转一圈后接到电信号时，此时的1号磁极正好经过B号气隙传感器，当转子转动一圈后，电涡流传感器再次接收到电信号时，此时1号磁极再次经过B号气隙传感器。这就是键相同步。有了键相同步的测量基点后，我们就可以推算出每一个气隙传感器在不同时刻测得的气隙值所对应的是哪一号磁极。

2.2气隙测量

在确定键相后，就可以通过气隙传感器测出每一号磁极与该传感器的气隙大小，最后可以作出转子轮廓的大致结构。当我们在定、转子之间装有足够多的气隙传感器时，就可以测出同一个磁极在转子转一圈的过程中与每一个气隙传感器的气隙大小，这样就可以大致描绘出定子的内壁轮廓。

在气隙传感器测得一段信号后，下面将简单介绍怎样在这组信号中提取出气隙的值。

如下图所示，为B号气隙传感器在涡流传感器W接收到信号时刻开始测得的信号波形图。

图3 B号气隙传感器检测到的信号波形

上图是根据图2所对应的磁极关系来确定的B号气隙传感器的信号波形，即当涡流传感器接收到信号时，正好是1号磁极经过B号气隙传感器。此后依次是2、3、4号磁极经过该传感器。我们所要测量的气隙值就是上图所示的波形的每一个“波谷”，即每一个最小值对应的就是该磁极与定子间的气隙值。

如下面所示，为某一水电站的发电机定、转子间气隙图，该图是就同一传感器（如图2 中的B号传感器）所测的各磁极气隙大小。

图4 B号传感器下测得各个磁极的气隙大小

从上图可以看出，该传感器对应的气隙最大值，发生在6号磁极上，气隙最大值为26.27mm ；最小气隙值为23.79mm ，发生在29号磁极上。平均气隙为25.03mm 。根据键相同步，还可以测得此时转子的机械转速为136.3r/min 。

同理我们可以就某一磁极得到该磁极与定子之间一周的气隙大小。这里就不重复举例说明。

3. 关于定、转子的轮廓不圆度分析

这里分析不圆度采用的是最小二乘圆法（下一节具体介绍）。首先关于评定圆的不圆度的定义，即圆度误差：圆的形状偏离几何圆的程度。其具体的表示方法是将实际轮廓夹在两同心圆之间，当这两几何圆的间隙为最小时，用这两个几何圆的半径只差来表示该轮廓的圆度误差。

根据上一节得到的定、转子轮廓后，就要用最小二乘圆法得到该轮廓的最小二乘圆。确定圆心坐标，与实际的测量中心（在转子上就是转子的回转轴线）的相对位置，可以确定转子的偏心距和偏心角，最后可以求出轮廓上的点与最小二乘圆的圆心之间的最大距离R max 和最小距离R min ，这两个值就可以认为是前面提到的两个同心圆的半径，那么这个差值e 就是该轮廓的不圆度。

结合上一节关于气隙的测量方法，到现在我们就可以知道定、转子间的气隙大小，最大气隙、最小气隙，以及对应的磁极号；还可以知道平均气隙，转子的转速；以及定子不圆度；转子不圆度、偏心距、偏心角。

4. 最小二乘圆法

最小二乘圆是一个理想圆，得到最小二乘圆的原理是使从轮廓上的个点到圆的距离的平方和最小。即：

21()min n i

i R R =-=∑ （i =1，2，……，n ）

式中：R i ——实际被测的轮廓上各点到最小二乘圆心的距离

R ——最小二乘圆的半径

按最小二乘圆法评定圆度误差的原理如下图所示：

图5 最小二乘圆法评定圆度误差

根据英国国家标准，以及美国国家标准，确定最小二乘圆的公式如下：

1

1

1221,(n

i i n

i i n

i i i a x n b y n R R R n =======∑∑∑ 上面公式不多作说明，但需要指出的是，坐标原点的选取就是转轴回转的轴线（并不一定是转轴的几何轴心），而轮廓上每一点（x i ，y i ）就是根据所测气隙值以及相应磁极的方位角求得。

5. 总结

上面分别介绍了气隙的测量，定、转子轮廓的得出（这里就是求出轮廓上个点的坐标）

，然后求得定、转子的最小二乘圆，最后分析定、转子的不圆度以及

偏心距和偏心角。

下面就图4所示的实例，依据上面的步骤进行完整的分析。根据图3得到对应于B号气隙传感器的所有磁极气隙大小，可以绘制出转子的轮廓，如下图所示：

图6 定、转子轮廓以及所得最小二乘圆

这里定子轮廓的得到，是根据同一个磁极转一周后与定子内壁上每一个气隙传感器的测量值而求出来的（这里没有提供实测数据）。

图中都已经标出了相应的指标，这里不在累赘说明。

以上就是关于定、转子气隙大小测量以及相关的评定方法的介绍。