定子铁芯基本介绍

定子铁芯是定子的重要部件，也是电机磁路的主要组成部分。它是由扇形片、通风槽片、定位筋、上下齿压板、拉紧螺栓及托板等零件组成。定子铁心是用硅钢片冲成扇形片叠装于定位筋上，定位筋通过托板焊于机座环板上，并通过上、下齿压板用拉紧螺栓将铁心压紧成整体而成。铁心也是安放绕组的部分，发电机运行时，铁心将受到机械力、热应力及电磁力的综合作用。

基本结构

铁芯冲片

1.铁芯冲片材料

水轮发电机铁芯冲片材料，通常采用硅钢片。硅钢片是一种含碳量很低的薄型钢板。为了得到可行的低磁滞损耗．在特殊控制条件下进行生产。一般纯铁不适用于交变磁场中，主要因为其电阻率小，会引起大的涡流损耗。加入硅元素后，由于硅与铁形成固溶体型合金，因而提高了电阻率。硅钢片就是利用电阻率增加，减少由于厚度方向引起的涡流损耗。涡流损耗是与硅钢片的厚度成比例的，通常铁心用的硅钢片厚度为0.35～0.5mm。

在电机中应用的硅钢片分冷轧和热轧两种。冷轧的硅钢片又分为有取向和无取向两种。有取向硅钢片即是各向异性，当磁通方向与轧制方向平行时，其单位损耗特别低，因此是变压器铁心的一种理想材料，但在发电机内应用时。其范围极其有限。无取向硅钢片即是各向同性，用与各向异性硅钢片类似的方法轧制而成，在轧制质量、电气性能等方面与有取向的硅钢片相比较，具有优越性。因此，在大型水轮发电机的定子铁心冲片上采用各向同性的冷轧硅钢片，已成为普遍的做法。有关发电机使用的硅钢片牌号及性能可参考有关规范或标准。

2.扇形冲片

设计扇形冲片时．每张冲片上的槽数必须为整数，并使片间接缝处不在齿上。为避免相邻扇形冲片边缘搭叠，接缝处应留有0.2～0.25mm的间隙。另外，为防止接缝处槽底错牙损伤绕组绝缘，应将接缝处的槽底直角处冲成30°倒角2mm，

为了装压扇形冲片，在冲片上开有鸽尾槽或平行四边形槽。

考虑到叠片方便，扇形片鸽尾槽应比鸽尾筋尺寸大1～1.5mm。通常每张扇形片上开有两个鸽尾槽，即每张冲片上有两根鸽尾筋。但有一些电机因选择槽数的原因，也用一个半槽，即每张冲片上只能布置一根半鸽尾筋。设计时，两根鸽尾筋之间的距离控制在350～450mm，如果尺寸太小，在结构布置上会造成一定的困难。大型水轮发电机也有采用每张扇形片上开有三个鸽尾槽，如三峡水电站发电机冲片弦长1069.9mm，每张扇形片上布置三个鸽尾槽。

设计扇形冲片时，首先要考虑其叠装条件，同时必须合理地选择扇形冲片的数目和尺寸以及每片的槽数。每张扇形冲片可选的槽数为6、7、8、9、10、11、12、13。但一般情况下，都选用9、10、11、12等槽数。定子装压时．为了避免扇形冲片的接缝不集中在一处，造成不必要的附加气隙而影响电磁性能，在叠装冲片时需要交错叠装。为了方便叠装，通常采用1/2交错叠装，但并不十分适合。这样交错叠装，由于接缝面的原因使定子轭截面减少了一半，所以在可能的情况下，采用1/3、1/4和1/5的交错叠装方法为宜。

从产生轴电流的角度来看，扇形冲片上、下层之间的交错叠装的数值影响较大，设计时必须加以考虑。扇形冲片叠装时，接缝面的数目(N)将直接影响轴电流的产生。当t0为2p和N的最大公约数时，最适合的情况是  为奇数，  为偶数时就不利。式中：t0为2p与N的最大公约数。

3.扇形冲片绝缘

由于冲头和冲模之间必须有间隙，在冲剪时模具的刃口处产生剪切和弯曲，因此冲片的一边总是有毛刺，即使在新模具开始使用时也存在，有时冲片的毛刺最大可达0.08mm左右。扇形冲片在除去毛刺后即进行绝缘，即将扇形冲片在涂漆机上涂上一层硅钢片漆，常用牌号有1611号漆，属于A级。F级牌号为133号漆，漆膜厚度在0.015～0.02mm范围内。扇形冲片的绝缘用来限制铁心中的轴向/径向涡流。

通风槽片

大、中型水轮发电机大都采用径向通风系统。因此，在定子铁心段必须设计有一定数量的由通风槽片构成的通风沟。通风槽片由扇形冲片、通风槽钢及衬口环组成，见图3.3-21。通风槽片用的扇形冲片材料一般为0.65mm厚的酸洗钢板。酸洗钢板表面要求平整、光滑、不得有氧化皮或其他污迹。通风槽片在点焊通风槽钢时，齿部易产生变形致使碰上定子绕组。因此，通风槽片的槽型需要扩孔，以避免损伤绕组。一般槽型扩孔在直径方向增加2mm，槽宽方向也增加2mm左右。通风槽片在齿部槽楔部分的尺寸，通常依据比例图来选取，倒角也为60°，选取尺寸的原则是通风槽片在槽口部分不碰槽楔。

通风槽钢是形成定子通风沟的主要零件。采用的通风槽钢高度规格有4mm、6mm、8mm和10mm四种，材料有普通Q235钢和非磁性钢两种。通风槽钢表面要求光滑，没有纵向擦伤、裂缝、毛刺和其他外部缺陷；钢条必须平直，无论是侧面或水平面都不允许有波浪形弯曲；钢条上不允许有氧化膜妨碍点焊；每米长度内钢条绕纵轴扭转角度不允许大于5°。

过去中、小型水轮发电机通风槽钢常用的材料为低碳钢。近年来，在大、中型水轮发电机中，特别是内冷发电机，电磁负荷值越来越高，端部漏磁通和电枢电流在绕组边中产生的漏磁通，使通风槽钢中存在着相当大的漏磁通。尤其是当齿部的磁通密度很高(B0>1.5T)时．在冲片齿部的通风槽钢对磁通形成相当大的分支路，造成通风槽钢内损耗增加和发热。采用非磁性的合金钢作为通风槽钢，对减少损耗将起到很大的作用。所以，一些电磁负荷较高的水轮发电机，都采用非磁性的合金钢作为通风槽钢。为了降低成本，非磁性通风槽钢可只用于齿部。因为铁心轭部的漏磁通是很小的，可以采用普通的通风槽钢。

通风槽钢和衬口环现都采用点焊的方法固定于扇形冲片上，点焊间距一般在50～60mm为宜。为了减小风阻，靠近齿部通风槽钢应弯成内径为R14的圆弧。注意焊通风槽钢时的槽钢弯头不能伸出冲片，以免损伤绕组。衬口环位于扇形冲片的鸽尾槽处，点焊3点。衬口环的形状，见图3.3-21。点焊通风槽钢和衬口环后，在通风槽钢表面喷铁红醇酸底漆和浅灰色硝基内用磁漆各一层，或按工厂的专门规范喷漆。