[发明专利]水轮发电机质量控制设计方法

权利要求书

1.一种水轮发电机质量控制设计方法，其特征在于，包括如下设计步骤：

（1）以凸极同步电机作为水轮发电机进行质量控制设计；

（2）利用田口法作为水轮发电机质量控制设计的方法；

（3）选择水轮发电机主要尺寸、定子槽数、并联支路数、定子线圈股线尺寸、气隙长度、转子极靴尺寸和转子极身尺寸中的各变量中的部分变量或全部变量作为水轮发电机待优化设计变量；

（4）选择水轮发电机额定运行效率、加权平均效率及生产成本作为水轮发电机设计目标，选择短路比、电抗保证值作为水轮发电机性能约束，将上述设计目标与性能约束共同作为水轮发电机输出特性，构成多指标质量控制设计模型；

（5）确定步骤（3）中各待优化设计变量的状态个数及相应取值，建立可控因素水平表，根据优化变量个数及各变量状态数选择适当的正交表，构造内正交表进行内设计；

（6）考虑实际生产加工与装配工艺水平、工作条件与运行环境、内部劣化与运行磨损等因素影响，以这些因素造成的参数误差作为噪音因素，确定各噪音因素的状态个数及相应取值，建立噪音因素水平表，根据噪音因素个数及各因素状态数选择适当的正交表，构造外正交表进行外设计；

（7）将步骤（4）中各输出特性分别处理为望小特性，对应于内正交表的每一个组合，把误差因素配列于外正交表，计算由内、外正交表确定试验方案的输出特性值及信噪比；

（8）对步骤（7）获得的结果数据进行方差分析，检验设计参数显著性程度，确定最佳参数组合；

（9）以步骤（8）确定的最佳参数作为各优化参数取值，进一步确定各参数波动范围，进行容差设计；

（10）按照最优设计方案绘制水轮发电机定子、转子、轴承、机架等各部套图纸，线切割模具，冲模、叠压、绕线、嵌线、浸漆及装配，检验发电机实际运行指标并与设计方案给出的指标比较，如果实际运行的指标超出运行指标要求范围，调整性能设计方案，重新进行优化设计。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机质量控制设计方法，其特征在于，所述的电机为凸极同步电机，电机由定子、转子、轴承、机架等结构组成，定子采用对称三相短距、分布、条式波绕组，转子上除励磁绕组外，还装有阻尼绕组，且阻尼绕组由阻尼条与阻尼环构成闭合结构。

3.根据权利要求1所述的水轮发电机质量控制设计方法，其特征在于，步骤（5）所述的设计目标的数学模型是：

f1=ηN=1-PLoss*]]>

f2=Σi=1nkiηi]]>  （公式1）

f₃＝W₁C_Mater.+W₂C_Manuf.

式中：f₁为水轮发电机额定运行效率数学模型，为最大化问题，

η_N——水轮发电机额定运行效率；

——水轮发电机总损耗标么值，总损耗包括铁损耗、定子绕组铜耗、转子绕组铜耗、励磁系统损耗、通风损耗、摩擦损耗和杂散损耗，其中，摩擦损耗为导轴承损耗和发电机部分承担的推力轴承损耗；

f₂为水轮发电机加权平均效率数学模型，为最小化问题，

η_i、k_i——分别为不同功率工况时，水轮发电机运行效率和相应的权重；

f₃为水轮发电机生产成本数学模型，为最小化问题，

W₁、W₂——分别为水轮发电机有效材料成本和制造成本加权系数，可根据实际生产经验确定不同的成本策略；

C_Mater.、C_Manuf.——分别为水轮发电机有效材料成本和制造成本，有效材料成本主要包括硅钢片、铜、绝缘材料、板材等成本，制造成本为发电机生产过程中，除有效材料成本外的其它成本。