设计电机的技术标准与要求

1.设计依据

国家标准是发电机设计的基本依据。发电机设计时，应全面贯彻、执行有关国家标准。

电机的国家标准是国家有关部门在总结电机设计、制造和使用经验的基础上，从当前实际情况出发，并考虑今后的发展需要，对电机产品提出一系列技术要求的具有强制性或推荐性的技术文件。电机技术标准综合考虑了电机产品的实用性、技术上的先进性、经济上的合理性、使用上的可靠性以及生产上的可行性，是电机设计和生产的依据，也是评价电机性能优劣的准则。

电机的技术标准大体上可分为三大类：

（1）对电机提出一般性规定和基本技术要求的通用标准，例如GB 755《旋转电机 定额和性能》中，规定了旋转电机的名词术语、工作制、定额、现场运行条件、电气运行条件、热性能和试验、其他性能和试验、以及铭牌、容差、电磁兼容、安全和其他要求等；又如GB/T 4942.1《旋转电机 整体结构的防护等级（IP代码）分级》中，对各种旋转电机外壳防护结构以及对水和固体微粒进入电机内部的防护等级作出了规定。前者为强制性国家标准，后者为推荐性国家标准。

（2）规范某一类型电机基本技术要求的技术条件。例如GB/T 23479.1《风力发电机组 双馈异步发电机 第1部分：技术条件》中，对双馈异步发电机的名词术语、结构型式和定额、运行条件和技术要求、试验方法和验收规则、安全和警示标记等均作出了明确规定。

（3）电机的试验方法。例如GB/T 23479.2《风力发电机组 双馈异步发电机 第2部分：试验方法》中，对双馈异步发电机的试验要求及试验准备、试验项目及试验方法等均作出了具体规定和详细说明。

在设计和生产发电机时，发电机的电气和机械性能应全面满足有关技术标准的要求。表7-2为风力发电机的有关国家标准。

表7-2 风力发电机的有关国家标准

2.设计内容

发电机设计一般分为两个阶段，即电磁设计阶段和结构设计阶段。

电磁设计是根据相关国家标准和设计任务书的规定，选定材料，确定定、转子尺寸和绕组数据，通过磁路计算和参数计算，最终核定电机的电磁性能。电磁设计时，常常需要进行多方案比较，以便从中优选出最佳方案。

结构设计是根据相关国家标准和设计任务书的规定，在电磁设计所确定尺寸的基础上，确定电机的机械结构、零部件尺寸，材料规格、加工工艺等，有时，还需进行必要的机械计算、冷却通风计算和温升计算。

通常情况下，应先进行电磁设计，再进行结构设计，但有时二者也需要平行交叉地进行，以便相互调整。

3.额定数据

额定数据是记载发电机额定运行时的运行状态和主要运行条件的一组数据，也常称为额定值或铭牌数据。发电机按额定数据所规定的状态和条件运行时，称为发电机额定运行。(www.xing528.com)

风力发电机设计时，通常需要给定以下额定数据：

1）额定功率，是指额定运行情况下发电机线端输出的电功率（W、kW、MW）。

2）额定电压，是指额定运行情况下发电机线端输出的线电压（V、kV）。

3）额定电流，是指额定运行情况下发电机电枢绕组（或定子绕组）的线电流（A）。

4）额定频率，是指额定运行情况下发电机电枢侧（或定子侧）的频率（Hz）。

5）额定转速，是指额定运行情况下发电机转子的转速（r/min）。

此外，额定数据中还应包括电机的定额（未标明定额时，则表明是S1工作制和连续工作制定额）、绝缘等级（风力发电机多为F级绝缘或H级绝缘但按F级考核）、A计权声功率级的噪声等级以及电枢绕组（或定子绕组）接法（一般为接法）等。对于同步发电机，还应包括额定励磁电压（V）和额定励磁电流（A）；对于双馈异步发电机，还应包括转子额定电压和转子额定电流。

对于变速运行的发电机，应给出其转速调节范围，依靠变频调速的，还应给出相应的频率调节范围，以便进行电磁设计时，对发电机在相应转速或频率下的运行状态和运行条件进行必要的校核计算，以利于对发电机的电磁性能作出全面评估。

发电机设计时，一般从确定额定数据开始。确定额定数据不能是随意的，而应依据相应的国家标准和相关基本原理来确定。例如，确定额定功率时，应依据国家标准GB/T 4772《旋转电机尺寸和输出功率等级》的规定；确定额定电压时，应依据国家标准GB 156《标准电压》的规定等。

额定同步转速n_N（r/min）的确定则严格遵循式（7-3）所确定的关系，

n_N=60f_N/p （7-3）

式中，f_N为额定频率；p为发电机的极对数。例如，当f_N=50Hz、p=2时，n_N=1500r/min。

额定电流应根据发电机输出的有功功率P_N（W）的计算公式来确定，即

P_N=mU_NI_Ncosφ_N （7-4）

式中，m为发电机的相数；U_N为额定相电压（V）；I_N为额定相电流（A）；cosφ_N为额定功率因数。例如，当P_N=1500kW、m=6、U_N=690V、cosφ_N=1时，I_N=362A。

实际上，发电机的额定数据（铭牌数据）常常需要以试验数据为准，也就是说，需要待型式检验完成并合格后才能最后确定。