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1、会计学1同步发电机的基本工作同步发电机的基本工作(gngzu)原理和结原理和结构构第一页，共67页。第十三章同步发电机的基本工作第十三章同步发电机的基本工作第十三章同步发电机的基本工作第十三章同步发电机的基本工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理和结构和结构和结构和结构 同步电机是交流旋转电机的一种同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于同步速时而得名。现代因其转速恒等于同步速时而得名。现代发电厂中所发出的交流电能几乎都是同步发电机的。对于有恒速要求的生产发电厂中所发出的交流电能几乎都是同步发电机的。对于有恒速要求的生产机械，可采用同步电动机作为动力，同步电机也可作为调相机用，向
2、电力系机械，可采用同步电动机作为动力，同步电机也可作为调相机用，向电力系统发出感性或容性无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。统发出感性或容性无功功率，用于改善电力系统的功率因数及调整电网电压。同步电机无论作发电机、电动机或调相机，其基本原理及结构是相同的，只同步电机无论作发电机、电动机或调相机，其基本原理及结构是相同的，只是运行是运行(ynxng)(ynxng)方式不同而已。方式不同而已。本本章章基基本本(jbn)(jbn)要要求：求：同步发电机的基本工作原理；同步发电机的基本工作原理；同步发电机的基本结构；同步发电机的基本结构；同步发电机的铭牌数据。同步发电机的铭牌数据。第2
3、页/共67页第二页，共67页。第一节第一节第一节第一节同步发电机的基本工作同步发电机的基本工作同步发电机的基本工作同步发电机的基本工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理定定子子(dngz)转子转子(zhunz)滑环滑环 同步发电机基本原理工作是根据电磁感应现象，即导体切同步发电机基本原理工作是根据电磁感应现象，即导体切割磁力线产生感应电动势工作的。因此，同步发电机应有产生割磁力线产生感应电动势工作的。因此，同步发电机应有产生磁力线的磁场和切割该磁场的导体。磁力线的磁场和切割该磁场的导体。一、基本结构模型，如图所示一、基本结构模型，如图所示:气气隙隙 图中给出了最常用的转场式同图中给出
4、了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称流绕组。这种同步电机的定子又称为为电枢电枢，定子铁心和绕组又称为电，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。枢铁心和电枢绕组。1.1.定子定子第3页/共67页第三页，共67页。2.2.转子转子(zhun z)(zhun z)转子铁心上装有制成一定形状的成对磁转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，当通过电刷和滑极，磁极上绕有励磁绕组，当通过电刷和滑环通
5、以直流电流时，将会在电机的气隙中形环通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也也称主磁场、转子磁场称主磁场、转子磁场)。主磁场由。主磁场由N N极出来经极出来经过气隙、定子过气隙、定子(dngz)(dngz)铁芯，再经过气隙进铁芯，再经过气隙进入入S S极而构成主磁路。如图中虚线所示极而构成主磁路。如图中虚线所示(图中图中p=1)p=1)。3.3.气隙气隙 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场部磁场(cchng)(cchng)的分布和同步电机的
6、性能有重大影响。的分布和同步电机的性能有重大影响。除了转场式同步电机外除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。第4页/共67页第四页，共67页。二、同步二、同步(tngb)(tngb)发电机的工作原理发电机的工作原理如图所示，外部直流电源通过滑环向如图所示，外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁转子提供直流励磁(lc)电流，并产生磁电流，并产生磁场；原动机拖动发电机转子以转速场；原动机拖动发电机转子以转速n按图
7、按图示方向作恒向旋转。示方向作恒向旋转。定子中三相绕组的导体定子中三相绕组的导体依次切割磁力线，三相绕组依次切割磁力线，三相绕组便感应产生各相大小相等便感应产生各相大小相等(xingdng)(xingdng)、相位彼此相差、相位彼此相差12001200的交流电动势。若气隙的交流电动势。若气隙磁通密度按正弦波分布，则磁通密度按正弦波分布，则三相绕组感应电动势波形如三相绕组感应电动势波形如图所示，且相序为图所示，且相序为ABCABC。1.1.交变感应电动势的产生交变感应电动势的产生每相感应电势有效值每相感应电势有效值:第5页/共67页第五页，共67页。2.2.感应感应(gnyng)(gnyng)电
8、势的频率电势的频率 交流电动势的频率交流电动势的频率f可这样确定可这样确定:当转子为当转子为1对极时，转子旋转一对极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势变化周，定子绕组中感应电动势变化(binhu)一个周期；当同步发电机一个周期；当同步发电机具有具有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当转子个周期；当转子的转速为每分钟的转速为每分钟n转时，则交变电动势的频率为转时，则交变电动势的频率为:转子转子(zhun z)(zhun z)的转速的转速(r/min)(r/min)由上式可知由上式可知:同步发电机定子绕组感应电动势的同步发电机定子绕组感应电
9、动势的频率频率取决于它的取决于它的极极对数对数p p和和转子的转速转子的转速n n。转子转速越高，定子绕组感应电势。转子转速越高，定子绕组感应电势E E0 0的频率越高。的频率越高。即即 n fn f。可见，同步发电机极对数。可见，同步发电机极对数p p一定时，转速一定时，转速n n与电枢电与电枢电动势的频率动势的频率f f之间具有严格不变的关系。之间具有严格不变的关系。说明说明:如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并不十分如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并不十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。严格，对原动机的转速要求也不很严格。第6页/共67页第六页，共6
10、7页。3.3.同步同步(tngb)(tngb)转速转速 现代的发电机，绝大多数都是向大电网并网供电，这就对同现代的发电机，绝大多数都是向大电网并网供电，这就对同步发电机的频率要求严格了，我国电网频率为步发电机的频率要求严格了，我国电网频率为50HZ50HZ，所以发电机，所以发电机发出的电动势频率也必须为发出的电动势频率也必须为50HZ50HZ，如果，如果(rgu)(rgu)发电机的频率与发电机的频率与电网频率不等将会造成严重事故。电网频率不等将会造成严重事故。同步转速从供电品质同步转速从供电品质(pnzh)(pnzh)考虑，由众多同步发电机并联构成的交流考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网
11、的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为频率一致。我国电网的频率为50Hz 50Hz，故有：，故有：要使得发电机供给电网要使得发电机供给电网50Hz50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为定值，这些固定值称为同步转速同步转速。例如。例如2 2极电机的同步转速为极电机的同步转速为3000r/min3000r/min，4 4极电机的同步转速为极电机的同步转速为1500r/min1500r/min，依次类推。只有，依次类推。只有运行于同
12、步转速，同步电机才能正常运行，这也是运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名同步电机名称的由来称的由来。同步电机的特点同步电机的特点第7页/共67页第七页，共67页。4.4.电磁电磁(dinc)(dinc)过过程程 转子冲转到额定转速转子冲转到额定转速,汽轮发电汽轮发电3000r/min 3000r/min 转子绕组加转子绕组加励磁电流励磁电流(直流直流)产生旋转磁场产生旋转磁场 定子定子(dngz)(dngz)绕组切割绕组切割磁力线产生三相对称感应电势磁力线产生三相对称感应电势 发电机出线端三相对称电压。发电机出线端三相对称电压。5.5.电势电势(dinsh)(dinsh)的的
13、调节调节 根据根据E E0 0=4.44fNk=4.44fNkw1w10 0 和和I If f 0 0可知，调节励磁电流可知，调节励磁电流I If f，可改变，可改变磁通磁通0 0，从而改变定子绕组感应电势，从而改变定子绕组感应电势E E0 0。即。即I If fEE0 0；I If f E E0 0。6.6.相序相序 相序决定于转子的转向。从励磁端看，汽轮发电机的转向为逆时针方相序决定于转子的转向。从励磁端看，汽轮发电机的转向为逆时针方向。向。同步发电机原理小结同步发电机原理小结:外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁电流，外部直流电源通过滑环向转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原动机拖动转
14、子旋转，转子磁极磁场切割三相定子绕组，感应并产生磁场；原动机拖动转子旋转，转子磁极磁场切割三相定子绕组，感应三相交流电。三相交流电。第8页/共67页第八页，共67页。第二节第二节第二节第二节同步发电机的基本同步发电机的基本同步发电机的基本同步发电机的基本(jbn)(jbn)结构结构结构结构一、同步电机分类一、同步电机分类(fnli)：旋转电枢式：电枢旋转，磁极固定，因电枢功率不旋转电枢式：电枢旋转，磁极固定，因电枢功率不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机，实用易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机，实用少。少。旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由静旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢
15、功率由静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同步发止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同步发电机的基本电机的基本(jbn)结构型式。结构型式。同步电机同步电机旋转磁极式旋转磁极式隐极式隐极式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转速；一般用于汽轮发电机；外形细长。用于高转速；一般用于汽轮发电机；外形细长。凸极式凸极式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，强度比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘形。外形扁盘形。第9页/共67页第
16、九页，共67页。第10页/共67页第十页，共67页。二、隐极同步发电机（只有卧式支撑二、隐极同步发电机（只有卧式支撑(zhchng)）的基本）的基本结构结构第11页/共67页第十一页，共67页。汽轮发电机与直流励磁机配套汽轮发电机与直流励磁机配套(pito)而成的汽轮发电机组结构图而成的汽轮发电机组结构图1-1-定子机座定子机座 2-2-定子铁芯定子铁芯 3-3-外壳外壳 4-4-吊起定子设备吊起定子设备 5-5-防水导水管防水导水管6-6-定子绕组定子绕组7-7-定子压紧定子压紧环环8-8-外护板外护板10-10-通风壁通风壁 11-11-导风屏导风屏 12-12-电刷架电刷架9-9-里护板
17、里护板1313、14-14-电刷电刷15-15-轴承座轴承座16-16-轴承衬轴承衬17-17-油封口油封口18-18-汽轮机的油封口汽轮机的油封口 19-19-基础板基础板20-20-转子转子21-21-端线端线22-22-励磁机励磁机第12页/共67页第十二页，共67页。一对一对(y du)(y du)极隐极式转子极隐极式转子示意图示意图1.1.隐极式转子结构：主要由铁芯、励磁绕组隐极式转子结构：主要由铁芯、励磁绕组(roz)(roz)、阻尼绕组、阻尼绕组(roz)(roz)、紧固件和风扇组、紧固件和风扇组成。它是汽轮发电机的重要部件，如图所示。成。它是汽轮发电机的重要部件，如图所示。第1
18、3页/共67页第十三页，共67页。第14页/共67页第十四页，共67页。(1)(1)转子转子(zhun z)(zhun z)铁芯铁芯 隐极式转子隐极式转子(zhun z)(zhun z)铁芯应具有铁芯应具有良好的导磁性能，并能承受很大的离心良好的导磁性能，并能承受很大的离心力作用。隐极式转子力作用。隐极式转子(zhun z)(zhun z)铁芯通铁芯通常与转轴锻造成一体，一般所用材料是常与转轴锻造成一体，一般所用材料是具有高强度和导磁性能良好的含铬、镍具有高强度和导磁性能良好的含铬、镍和钼的合金钢。和钼的合金钢。汽轮发电机的转子汽轮发电机的转子(zhun z)(zhun z)铁芯横剖面铁芯横剖
19、面如图示如图示:第15页/共67页第十五页，共67页。第16页/共67页第十六页，共67页。(a)(a)辐射形排列辐射形排列(b)(b)平形排列平形排列 隐极式转子上没有凸出的磁极，沿转子铁隐极式转子上没有凸出的磁极，沿转子铁芯外圆表面铣出许多槽，槽中嵌放励磁绕组。芯外圆表面铣出许多槽，槽中嵌放励磁绕组。在转子表面约在转子表面约1/31/3部分没有开槽，构成部分没有开槽，构成(guchng)(guchng)所谓大齿，是磁极的中心区即主磁所谓大齿，是磁极的中心区即主磁极。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也极。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现会出现 N N 极和极和 S S 极。极。汽
20、轮发电机的转子汽轮发电机的转子(zhun z)(zhun z)槽分类槽分类图示图示:第17页/共67页第十七页，共67页。(2)(2)励磁励磁(l c)(l c)绕组绕组 励磁绕组是由矩形的绝缘励磁绕组是由矩形的绝缘扁铜线绕成同心线圈，两线圈扁铜线绕成同心线圈，两线圈边分别放置边分别放置(fngzh)(fngzh)在大齿两在大齿两侧所开出的槽内，所有线圈串侧所开出的槽内，所有线圈串联组成励磁绕组，构成转子的联组成励磁绕组，构成转子的直流电路。励磁绕组引出的两直流电路。励磁绕组引出的两个线端接在滑环上，并通过电个线端接在滑环上，并通过电刷与外电路直流电源相连接。刷与外电路直流电源相连接。注意注意
21、:励磁绕组励磁绕组(roz)(roz)的各线匝的各线匝间需垫有绝缘材料，同时，线圈间需垫有绝缘材料，同时，线圈和铁芯之间也需有可靠的和铁芯之间也需有可靠的“对地对地绝缘绝缘”。励磁绕组放置在槽内后，需用非导励磁绕组放置在槽内后，需用非导磁材料、高强度的硬铝或铝青铜制磁材料、高强度的硬铝或铝青铜制成的槽楔来压紧，如图所示。成的槽楔来压紧，如图所示。转子槽部剖面图转子槽部剖面图槽楔槽楔楔下垫条楔下垫条匝间绝缘匝间绝缘扁铜线扁铜线槽绝缘槽绝缘第18页/共67页第十八页，共67页。(3)(3)阻尼阻尼(zn)(zn)绕组绕组 某些某些(mu xi)(mu xi)大型汽轮发电机转子上装有阻尼绕组，它是一
22、种短路大型汽轮发电机转子上装有阻尼绕组，它是一种短路绕组，由放在槽楔下的铜条和转子两端的铜环焊接成闭合回路。阻尼绕绕组，由放在槽楔下的铜条和转子两端的铜环焊接成闭合回路。阻尼绕组的主要作用是组的主要作用是:在同步发电机短路或不对称运行时，利用其感应电流来在同步发电机短路或不对称运行时，利用其感应电流来削弱负序旋转磁场的作用，以及同步发电机发生振荡时起阻尼的作用，削弱负序旋转磁场的作用，以及同步发电机发生振荡时起阻尼的作用，使振荡衰减。使振荡衰减。嵌装完励磁嵌装完励磁(lc)绕组后的转子绕组后的转子励磁绕组连接图励磁绕组连接图第19页/共67页第十九页，共67页。(4)(4)紧固件紧固件 转子紧
23、固件包括护环和中心环。由于汽轮发电机转速转子紧固件包括护环和中心环。由于汽轮发电机转速(zhun(zhun s)s)高，绕组端部受到很大的离心力，所以必须采用护环和中心环高，绕组端部受到很大的离心力，所以必须采用护环和中心环来可靠地固定，如图所示。护环把转子励磁绕组的端部套紧，以来可靠地固定，如图所示。护环把转子励磁绕组的端部套紧，以防绕组端部甩出。中心环用来支持护环和防止转子绕组端部的轴防绕组端部甩出。中心环用来支持护环和防止转子绕组端部的轴向位移。为了减少端部漏磁场，护环采用非导磁合金钢材料。向位移。为了减少端部漏磁场，护环采用非导磁合金钢材料。作用：保护作用：保护(boh)转子绕组端部转
24、子绕组端部第20页/共67页第二十页，共67页。(5)(5)滑环滑环 直流电流通过截止的正负极性的电直流电流通过截止的正负极性的电刷、两互相绝缘且套在转轴上随转子转刷、两互相绝缘且套在转轴上随转子转动的滑环引入转子励磁动的滑环引入转子励磁(l c)(l c)绕组。绕组。(6)(6)风扇风扇(fngshn)(fngshn)汽轮发电机的转子细长汽轮发电机的转子细长(x chn)(x chn)，通风，通风冷却比较困难，故转子的两端一般装有轴流式冷却比较困难，故转子的两端一般装有轴流式或离心式风扇，用以改善冷却条件。或离心式风扇，用以改善冷却条件。隐极式隐极式转子特点：转子特点：在大容量高转速汽轮发电
25、机中，转子圆周在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高线速度极高，最大可达最大可达170170米米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长细长的隐极式的隐极式圆柱体圆柱体转子。转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。转子长度转子长度/直径直径=2.0=2.06.56.5，且容量愈大比值愈大。，且容量愈大比值愈大。滑环滑环风扇风扇第21页/共67页第二十一页，共67页。2.
26、2.隐极式定子结构：定子又称为电枢，主要由定子铁芯、定子绕组、隐极式定子结构：定子又称为电枢，主要由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖等部件组成。它是同步发电机用以产生机座、端盖等部件组成。它是同步发电机用以产生(chnshng)(chnshng)三相三相交流电能，实现机械能与电能转换的重要部件，如图所示。交流电能，实现机械能与电能转换的重要部件，如图所示。第22页/共67页第二十二页，共67页。(1)(1)定子定子(dngz)(dngz)铁芯铁芯 定子铁芯是主磁路定子铁芯是主磁路(c l)(c l)的一部分的一部分,嵌放定子绕组。一般嵌放定子绕组。一般由厚由厚0.5mm0.5mm或或0.35mm
27、0.35mm的硅钢片叠的硅钢片叠成，沿轴向叠成多段形式，每段成，沿轴向叠成多段形式，每段叠片厚为叠片厚为30-60mm30-60mm。各段叠片之。各段叠片之间留有宽约间留有宽约10mm10mm的通风槽，以改的通风槽，以改善定子铁芯的散热条件，如图所善定子铁芯的散热条件，如图所示。示。为减少为减少(jinsho)(jinsho)漏磁防止漏磁防止涡流引起过热，在定子铁芯的两涡流引起过热，在定子铁芯的两端用非磁性材料制成的压板将其端用非磁性材料制成的压板将其夹紧，整个铁芯固定在定子机座夹紧，整个铁芯固定在定子机座上，如图所示。沿定子铁芯内圆上，如图所示。沿定子铁芯内圆表面的槽内放置三相定子绕组。表面
28、的槽内放置三相定子绕组。定子铁芯压紧定子铁芯压紧(a)(a)无磁性压板无磁性压板(b)(b)定子铁芯剖面定子铁芯剖面第23页/共67页第二十三页，共67页。(2)(2)定子定子(dngz)(dngz)绕组绕组 汽轮发电机的定子绕组一汽轮发电机的定子绕组一般采用三相双层短距叠绕组，般采用三相双层短距叠绕组，Y Y连接或连接或YYYY连接，构成定子三连接，构成定子三相交流电路。作用：产生相交流电路。作用：产生(chnshng)(chnshng)感应电势。感应电势。(1)(1)定子定子(dngz)(dngz)绕组绕组(2)(2)端部连接线端部连接线(4)(4)通风孔通风孔(3)(3)机壳机壳(5)(
29、5)机座机座 由于定子电流较大，每槽一般只由于定子电流较大，每槽一般只嵌放两个有效导体嵌放两个有效导体(线棒线棒)，为减少涡流，为减少涡流损耗，同时也为了减少绕组导体中集肤效损耗，同时也为了减少绕组导体中集肤效应引起的附加损耗，每根导体常由许多相应引起的附加损耗，每根导体常由许多相互绝缘的互绝缘的15mm15mm2 2以下的扁铜线并联多股以下的扁铜线并联多股线组成，在槽内线圈的直线部分还应线组成，在槽内线圈的直线部分还应进行编织换位，如图所示。进行编织换位，如图所示。第24页/共67页第二十四页，共67页。三相定子绕组对铁芯绝缘强度三相定子绕组对铁芯绝缘强度(qingd)(qingd)的要求，
30、取决于电的要求，取决于电机额定电压的高低。为了防止电晕，机额定电压的高低。为了防止电晕，6.3kV6.3kV及以上的定子绕组经及以上的定子绕组经绝缘处理后还要涂以半导体漆。定子的每一槽内放置上、下两线绝缘处理后还要涂以半导体漆。定子的每一槽内放置上、下两线圈边，并垫以层间绝缘，线圈放入槽中，采用槽楔固定，如图所圈边，并垫以层间绝缘，线圈放入槽中，采用槽楔固定，如图所示。示。剖面剖面(pumin)示意图示意图第25页/共67页第二十五页，共67页。为了能承受住突然短路等过渡过程产生的巨大的电磁力而引起的为了能承受住突然短路等过渡过程产生的巨大的电磁力而引起的端部变形，以及正常运行时不致于产生较大
31、的振动端部变形，以及正常运行时不致于产生较大的振动(zhndng)(zhndng)，定子绕，定子绕组端接部分需用线绳绑紧或压板夹紧在非磁性钢做成的端箍上，如图所组端接部分需用线绳绑紧或压板夹紧在非磁性钢做成的端箍上，如图所示。示。第26页/共67页第二十六页，共67页。定子(dngz)绕组端部第27页/共67页第二十七页，共67页。加工中的定子绕组(roz)水电接头第28页/共67页第二十八页，共67页。定子绕组水电(shu din)接头第29页/共67页第二十九页，共67页。(3)(3)机座机座(j(j zu)zu)机座是用来支撑和固定机座是用来支撑和固定(gdng)(gdng)定子铁芯和端
32、盖的，应有足够的定子铁芯和端盖的，应有足够的强度和刚度，机座与定子铁芯之间需要留有适当的通风道，以利于电机强度和刚度，机座与定子铁芯之间需要留有适当的通风道，以利于电机的冷却，如图所示。的冷却，如图所示。定位筋定位筋端盖端盖第30页/共67页第三十页，共67页。(1)(1)立立式水轮式水轮发电机发电机(2)(2)卧式卧式水轮发水轮发电机电机三、凸极同步三、凸极同步(tngb)发电机的发电机的基本结构基本结构 凸极同步电机通常分立式和卧式结构两类，大中型容量凸极同步电机通常分立式和卧式结构两类，大中型容量(rngling)(rngling)的水轮发电机一般采用立式结构，如图所示。的水轮发电机一般
33、采用立式结构，如图所示。第31页/共67页第三十一页，共67页。由于水轮机的转速很低，为了得到额定频率，发电机的极数就需要相由于水轮机的转速很低，为了得到额定频率，发电机的极数就需要相应的增加，发电机的转子直径则需加大。在容量一定的情况应的增加，发电机的转子直径则需加大。在容量一定的情况(qngkung)(qngkung)下，下，发电机的总长度便可缩短，故水轮发电机的转子长度发电机的总长度便可缩短，故水轮发电机的转子长度L L和定子内径和定子内径D D之比为的之比为的0.125-0.070.125-0.07，如图所示。，如图所示。第32页/共67页第三十二页，共67页。立式立式(l sh)(l
34、 sh)水轮发电机的结构又分为悬式和伞式两种，如图所示。水轮发电机的结构又分为悬式和伞式两种，如图所示。悬式悬式伞式伞式悬式的推力轴承是安装在转子的上部，整个转子悬式的推力轴承是安装在转子的上部，整个转子悬吊在机架上，这种结构运行时稳定性较好，只悬吊在机架上，这种结构运行时稳定性较好，只适用适用(shyng)(shyng)于转速较高的发电机于转速较高的发电机(150r/min(150r/min以以上上)。伞式的推力轴承是安装转子下部，整个转。伞式的推力轴承是安装转子下部，整个转子形同被撑开的雨伞，这种结构运行时稳定性较子形同被撑开的雨伞，这种结构运行时稳定性较差，只适用差，只适用(shyng)
35、(shyng)于转速较低的发电机于转速较低的发电机(125r/min(125r/min以下以下)，如图所示。，如图所示。推力轴承推力轴承(zhuchng)第33页/共67页第三十三页，共67页。1.1.定子定子(dngz(dngz)水轮发电机主要是由转子、定子和机架和推力轴承水轮发电机主要是由转子、定子和机架和推力轴承(zhuchng)(zhuchng)等部件组等部件组成。成。由机座、定子铁芯和定子绕组等主要部件由机座、定子铁芯和定子绕组等主要部件(bjin)(bjin)组成。组成。(1)(1)机座机座 机座用来支撑定子铁芯、轴承和端盖等，并构成冷却风路。直径大于机座用来支撑定子铁芯、轴承和端
36、盖等，并构成冷却风路。直径大于4m4m的机座可分成若干瓣，安装时再拼接成一体。的机座可分成若干瓣，安装时再拼接成一体。例例:三峡左岸电站定子机三峡左岸电站定子机座由定子铁芯支撑环、座由定子铁芯支撑环、2020个垂直的斜元件、个垂直的斜元件、垂直筋板以及机座外垂直筋板以及机座外壁等组成。机座分壁等组成。机座分6 6瓣，瓣，现场组装，如图所示。现场组装，如图所示。第34页/共67页第三十四页，共67页。(2)(2)定子定子(dngz)(dngz)铁芯铁芯 定子铁芯的基本定子铁芯的基本(jbn)(jbn)结构与汽轮机相同，大容量的水轮发电结构与汽轮机相同，大容量的水轮发电机定子铁芯由扇形硅钢片叠成，
37、留有通风沟。沿铁芯内圆表面的槽机定子铁芯由扇形硅钢片叠成，留有通风沟。沿铁芯内圆表面的槽内放置三相定子绕组，并用槽楔压紧。内放置三相定子绕组，并用槽楔压紧。例例:三峡左岸电站定子铁芯由硅钢片、齿三峡左岸电站定子铁芯由硅钢片、齿压板、压指、压紧螺栓等组成。硅钢片压板、压指、压紧螺栓等组成。硅钢片厚度为厚度为0.5mm0.5mm，两面均涂有，两面均涂有F F级绝缘漆，级绝缘漆，叠成总高度为叠成总高度为3130mm3130mm，共，共4646段叠片段叠片(di(di pin)pin)堆，堆，4747个通风槽；铁芯拉紧螺栓位个通风槽；铁芯拉紧螺栓位于铁芯叠片于铁芯叠片(di pin)(di pin)中
38、部，用绝缘套中部，用绝缘套管与铁管与铁 芯叠片芯叠片(di pin)(di pin)绝缘，与传统绝缘，与传统的位于铁芯叠片的位于铁芯叠片(di pin)(di pin)尾部相比拉尾部相比拉紧效果好，有利于防止叠片紧效果好，有利于防止叠片(di pin)(di pin)翘曲变形和运行过程中松动，如图所示。翘曲变形和运行过程中松动，如图所示。第35页/共67页第三十五页，共67页。(3)(3)定子定子(dngz)(dngz)绕组绕组 大中型水轮发电机的极数较多，定子绕组多采用双层波绕组，可节省极大中型水轮发电机的极数较多，定子绕组多采用双层波绕组，可节省极间接线，并多采用分数槽绕组以便改善间接线，
39、并多采用分数槽绕组以便改善(gishn)(gishn)电动势的波形。电动势的波形。例例:三峡左岸电站定子绕组三峡左岸电站定子绕组(roz)(roz)设计为三相双层波形绕组设计为三相双层波形绕组(roz)(roz)，每相，每相5 5支路并联，共支路并联，共10801080根罗贝尔线棒组成。绕组根罗贝尔线棒组成。绕组(roz)(roz)轮换数为轮换数为18141814，每极每相槽数为，每极每相槽数为9/49/4，节距为，节距为13 13，如图所示。，如图所示。第36页/共67页第三十六页，共67页。由中心由中心(zhngxn)(zhngxn)导体、水冷部件、主绝缘、电晕保护层等组成导体、水冷部件、
40、主绝缘、电晕保护层等组成 罗贝尔线棒罗贝尔线棒 两种发电机采用两种发电机采用(ciyng)(ciyng)的是罗贝尔的是罗贝尔360360度换位线棒，线棒由度换位线棒，线棒由中心导体、水冷部件、主绝缘、电晕保护层等组成。中心导体、水冷部件、主绝缘、电晕保护层等组成。第37页/共67页第三十七页，共67页。线棒结构线棒结构(jigu)简简介介(1)ALSTOM(1)ALSTOM发电机线棒中心导体部分由发电机线棒中心导体部分由4242根铜股线，单根铜股线表面喷根铜股线，单根铜股线表面喷有绝缘漆，层与层之间有一预浸渍环氧漆的垫条作为一层额外绝缘，以有绝缘漆，层与层之间有一预浸渍环氧漆的垫条作为一层额外
41、绝缘，以防层间短路。铜股线换位后留下的空隙用环氧云母胶填充，外面再加一防层间短路。铜股线换位后留下的空隙用环氧云母胶填充，外面再加一层内部半导体防电晕保护层；层内部半导体防电晕保护层；VGS VGS发电机线棒中心导体部分由发电机线棒中心导体部分由2424根铜股根铜股线，线棒的股间绝缘采用线，线棒的股间绝缘采用(ciyng)(ciyng)玻璃纤维和优质云母材料。玻璃纤维和优质云母材料。(2)ALSTOM(2)ALSTOM发电机水冷部件发电机水冷部件(bjin)(bjin)由由6 6根不锈钢空心导管和根不锈钢空心导管和2 2个水箱个水箱组成组成 ；VGSVGS发电机水冷部件发电机水冷部件(bjin
42、)(bjin)由由6 6根铜空心导管，作为中心导根铜空心导管，作为中心导体的一部分。体的一部分。(3)(3)ALSTOMALSTOM发电机线棒的主绝缘采用的是发电机线棒的主绝缘采用的是MICADUR FMICADUR F级绝缘系统，它级绝缘系统，它是由真空浸渍的合成树脂绝缘带和在无溶剂环氧树脂中浸渍的高品质云母是由真空浸渍的合成树脂绝缘带和在无溶剂环氧树脂中浸渍的高品质云母玻璃纤维带组成。整根线棒由玻璃纤维带组成。整根线棒由1919层此绝缘带连续半叠绕构成，形成后层此绝缘带连续半叠绕构成，形成后的线棒直线段主绝缘厚度为的线棒直线段主绝缘厚度为4.6mm 4.6mm，斜线段主绝缘厚度为，斜线段主
43、绝缘厚度为3.7mm3.7mm。VGSVGS发发电机线棒的主绝缘也采用的是电机线棒的主绝缘也采用的是MICADUR FMICADUR F级绝缘系统，由优质云母和混合级绝缘系统，由优质云母和混合环氧树脂组成主绝缘厚度为环氧树脂组成主绝缘厚度为4.6mm4.6mm。第38页/共67页第三十八页，共67页。(4)ALSTOM(4)ALSTOM发电机防电晕保护层分两部分，线棒直线段是浸有半导体发电机防电晕保护层分两部分，线棒直线段是浸有半导体漆漆LL17LL17的聚胺脂带子缠绕，厚度约为的聚胺脂带子缠绕，厚度约为0.15mm0.15mm，表面接触，表面接触(jich)(jich)电电阻变化范围为阻变化
44、范围为0.8-80.8-8千欧千欧/平方毫米，线棒端部弯曲段采用高阻防晕平方毫米，线棒端部弯曲段采用高阻防晕层，厚度约为层，厚度约为0.9mm0.9mm。ALSTOMALSTOM发电机线棒结构发电机线棒结构 线棒直线段截面图线棒直线段截面图 线棒弯曲段截面图线棒弯曲段截面图 第39页/共67页第三十九页，共67页。2.2.转子转子(zhun(zhun z)z)由转轴、转子支架、磁轭和磁极等主要由转轴、转子支架、磁轭和磁极等主要(zhyo)(zhyo)部部件组成。件组成。转轴转轴(zhunzhu)(zhunzhu)一般采用高强度钢锻造而成。大中型转子的转轴一般采用高强度钢锻造而成。大中型转子的转
45、轴(zhunzhu)(zhunzhu)是空心的，在用钢量相同的情况下，强度可相应增加。是空心的，在用钢量相同的情况下，强度可相应增加。(1)(1)转轴转轴(2)(2)磁极磁极 磁极采用磁极采用1-1.5mm1-1.5mm厚的钢板冲片叠成，在磁极的两厚的钢板冲片叠成，在磁极的两端面加上磁极压板，用铆钉铆成整体。端面加上磁极压板，用铆钉铆成整体。(3)(3)励磁绕组励磁绕组 励磁绕组多采用绝缘扁铜线绕制而成，而后励磁绕组多采用绝缘扁铜线绕制而成，而后经浸胶热处理，套在磁极上，如图所示。经浸胶热处理，套在磁极上，如图所示。(4)(4)阻尼绕组阻尼绕组 在水轮发电机中，极靴部位一般装有阻尼绕组，用以减
46、少并联在水轮发电机中，极靴部位一般装有阻尼绕组，用以减少并联运行时转子振荡的振幅。整个阻尼绕组由插入极靴阻尼孔中的铜条运行时转子振荡的振幅。整个阻尼绕组由插入极靴阻尼孔中的铜条和端部铜环焊接而成。某些中小型容量凸极同步发电机，磁极铁芯和端部铜环焊接而成。某些中小型容量凸极同步发电机，磁极铁芯是整体的，一般不另装阻尼绕组。是整体的，一般不另装阻尼绕组。第40页/共67页第四十页，共67页。高品质云母高品质云母玻璃纤维绝玻璃纤维绝缘框缘框极绕组支撑极绕组支撑压板压板T T形尾形尾磁极压板磁极压板极绕组端部极绕组端部极绕组极绕组第41页/共67页第四十一页，共67页。(5)(5)磁轭与转子磁轭与转子
47、(zhun z)(zhun z)支架支架 磁轭由高强度经钝化处理的冷轧薄钢板组装成的坚实结构，磁轭由高强度经钝化处理的冷轧薄钢板组装成的坚实结构，它是磁路的一部分，磁极固定在其圆柱表面。磁轭和转子之间用它是磁路的一部分，磁极固定在其圆柱表面。磁轭和转子之间用转子支架支撑着。转子支架固定在转轴上，转子支架为圆盘式结转子支架支撑着。转子支架固定在转轴上，转子支架为圆盘式结构，在工地进行组装焊接，且设有足够数量的孔洞，以满足发电构，在工地进行组装焊接，且设有足够数量的孔洞，以满足发电机通风的要求和具有良好的导风性能。停机时，为了避免长时间机通风的要求和具有良好的导风性能。停机时，为了避免长时间低速损
48、坏低速损坏(snhui)(snhui)轴瓦，一般在磁轭底部装有制动环。轴瓦，一般在磁轭底部装有制动环。10MW10MW水轮机转子水轮机转子三峡左岸电站三峡左岸电站24MW24MW发电机转子在吊装发电机转子在吊装第42页/共67页第四十二页，共67页。3.3.轴承轴承(zhuchng)(zhuchng)水轮机发电机组的轴承有导轴承和推力轴承两种。导轴承的作用是约束水轮机发电机组的轴承有导轴承和推力轴承两种。导轴承的作用是约束轴线位移和防止轴摆动，主要承受径向力。推力轴承承受水轮发电机转动轴线位移和防止轴摆动，主要承受径向力。推力轴承承受水轮发电机转动(zhun dng)(zhun dng)部分部
49、分(包括电机转子和水轮包括电机转子和水轮)的全部重量及轴向水推力，是水轮的全部重量及轴向水推力，是水轮发电机组关键部件。发电机组关键部件。第43页/共67页第四十三页，共67页。三、同步三、同步(tngb)(tngb)发电机的冷却问题简介发电机的冷却问题简介 同步发电机在运行中产生同步发电机在运行中产生(chnshng)(chnshng)各种损耗，这些损耗变为热能各种损耗，这些损耗变为热能使有关部件的温度升高。温升太高将加速电机绝缘材料老化，从而缩短使有关部件的温度升高。温升太高将加速电机绝缘材料老化，从而缩短电机的使用寿命，甚至危及电机的运行安全。所以改善发电机的冷却条电机的使用寿命，甚至危
50、及电机的运行安全。所以改善发电机的冷却条件，对提高发电机的输出功率起着关键性的作用。件，对提高发电机的输出功率起着关键性的作用。水轮发电机由于直径大，轴向长度短，体积大，冷却问题不突出水轮发电机由于直径大，轴向长度短，体积大，冷却问题不突出(t(t ch)ch)。中小型汽轮发电机单位体积的发热量较小，冷却方式多采用风冷。中小型汽轮发电机单位体积的发热量较小，冷却方式多采用风冷。在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当电机的容量在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热量迅速增加，冷却问题显得格外重很大时，电机内部的损耗及发热量迅速增加，冷却问题显得格