第四篇_同步電機

1、Electrical Machinery 1.1.理解同步電機的基本工作原理；理解同步電機的基本工作原理；2.2.掌握基本結構各部件的特點和作用；掌握基本結構各部件的特點和作用；3.3.了解冷卻方式、掌握同步發(fā)電機的銘牌；了解冷卻方式、掌握同步發(fā)電機的銘牌；4.4.知道同步發(fā)電機的勵磁方式及勵磁系統(tǒng)的作用與要求。知道同步發(fā)電機的勵磁方式及勵磁系統(tǒng)的作用與要求。重點：重點：1.1.同步發(fā)電機的主要結構和基本工作原理；同步發(fā)電機的主要結構和基本工作原理；2.2.主要結構部件特點和作用；主要結構部件特點和作用；3.3.勵磁系統(tǒng)的作用與要求。勵磁系統(tǒng)的作用與要求。難點：難點：1.1.同步發(fā)電機的基本工

2、作原理；同步發(fā)電機的基本工作原理；2.2.勵同步發(fā)電機的磁系統(tǒng)。勵同步發(fā)電機的磁系統(tǒng)。 同步電機是交流旋轉電機的一種同步電機是交流旋轉電機的一種, ,因其轉速恒等于同步速時而因其轉速恒等于同步速時而得名?，F(xiàn)代發(fā)電廠中所發(fā)出的交流電能幾乎都是同步發(fā)電機的。得名?，F(xiàn)代發(fā)電廠中所發(fā)出的交流電能幾乎都是同步發(fā)電機的。對于有恒速要求的生產(chǎn)機械，可采用同步電動機作為動力，同步對于有恒速要求的生產(chǎn)機械，可采用同步電動機作為動力，同步電機也可作為調(diào)相機用，向電力系統(tǒng)發(fā)出感性或容性無功功率，電機也可作為調(diào)相機用，向電力系統(tǒng)發(fā)出感性或容性無功功率，用于改善電力系統(tǒng)的功率因數(shù)及調(diào)整電網(wǎng)電壓。同步電機無論作用于改善電

3、力系統(tǒng)的功率因數(shù)及調(diào)整電網(wǎng)電壓。同步電機無論作發(fā)電機、電動機或調(diào)相機，其基本原理及結構是相同的，只是運發(fā)電機、電動機或調(diào)相機，其基本原理及結構是相同的，只是運行方式不同而已。行方式不同而已。本章基本要求：本章基本要求：同步發(fā)電機的基本工作原理；同步發(fā)電機的基本工作原理；同步發(fā)電機的基本結構；同步發(fā)電機的基本結構；同步發(fā)電機的銘牌數(shù)據(jù)。同步發(fā)電機的銘牌數(shù)據(jù)。定子定子轉子轉子滑環(huán)滑環(huán) 同步發(fā)電機基本原理工作是根據(jù)電磁感應現(xiàn)象，即導體切同步發(fā)電機基本原理工作是根據(jù)電磁感應現(xiàn)象，即導體切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢工作的。因此，同步發(fā)電機應有產(chǎn)生割磁力線產(chǎn)生感應電動勢工作的。因此，同步發(fā)電機應有產(chǎn)生磁力線的

4、磁場和切割該磁場的導體。磁力線的磁場和切割該磁場的導體。一、基本結構模型，如圖所示一、基本結構模型，如圖所示: : 氣隙氣隙 圖中給出了最常用的轉場圖中給出了最常用的轉場式同步發(fā)電機的結構模型，其式同步發(fā)電機的結構模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。這排列的三相對稱交流繞組。這種同步電機的定子又稱為種同步電機的定子又稱為電樞電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。心和電樞繞組。 1.1.定子定子2.2.轉子轉子 轉子鐵心上裝有制成一定形狀的成轉子鐵心上裝有制成一定

5、形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，當通過對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，當通過電刷和滑環(huán)通以直流電流時，將會在電電刷和滑環(huán)通以直流電流時，將會在電機的氣隙中形成極性相間的分布磁場，機的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場稱為勵磁磁場( (也稱主磁場、轉子磁場也稱主磁場、轉子磁場) )。主磁場由主磁場由N N極出來經(jīng)過氣隙、定子鐵芯，極出來經(jīng)過氣隙、定子鐵芯，再經(jīng)過氣隙進入再經(jīng)過氣隙進入S S極而構成主磁路。如極而構成主磁路。如圖中虛線所示圖中虛線所示( (圖中圖中p=1)p=1)。3.3.氣隙氣隙 氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉子磁極之間，氣隙層的

6、厚度和形狀對電機內(nèi)部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響。電機內(nèi)部磁場的分布和同步電機的性能有重大影響。 除了轉場式同步電機外除了轉場式同步電機外, ,還有轉樞式同步電機，其磁極安裝還有轉樞式同步電機，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉子表面的槽內(nèi)，這種同步電機的于定子上，而交流繞組分布于轉子表面的槽內(nèi)，這種同步電機的轉子充當了電樞。轉子充當了電樞。二、同步發(fā)電機的工作原理二、同步發(fā)電機的工作原理 如圖所示，外部直流電源通過滑環(huán)向如圖所示，外部直流電源通過滑環(huán)向轉子提供直流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原轉子提供直流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原動機拖動發(fā)電機轉子以轉速動機拖動發(fā)電機轉子以轉速n n按圖

7、示方向按圖示方向作恒向旋轉。作恒向旋轉。 定子中三相繞組的導體依定子中三相繞組的導體依次切割磁力線，三相繞組便感次切割磁力線，三相繞組便感應產(chǎn)生各相大小相等、相位彼應產(chǎn)生各相大小相等、相位彼此相差此相差1201200 0的交流電動勢。的交流電動勢。若若氣隙磁通密度按正弦波分布氣隙磁通密度按正弦波分布，則三相繞組感應電動勢波形如則三相繞組感應電動勢波形如圖所示，且相序為圖所示，且相序為ABABC C。1.1.交變感應電動勢的產(chǎn)生交變感應電動勢的產(chǎn)生每相感應電勢有效值每相感應電勢有效值: : 010444wfNKE.2.2.感應電勢的頻率感應電勢的頻率 交流電動勢的頻率交流電動勢的頻率f f可這樣

8、確定可這樣確定: :當轉子為當轉子為1 1對極時，轉子旋對極時，轉子旋轉一周，定子繞組中感應電動勢變化一個周期；當同步發(fā)電機轉一周，定子繞組中感應電動勢變化一個周期；當同步發(fā)電機具有具有p p對極時，轉子旋轉一周，感應電動勢就交變對極時，轉子旋轉一周，感應電動勢就交變p p個周期；當個周期；當轉子的轉速為每分鐘轉子的轉速為每分鐘n n轉時，則交變電動勢的頻率為轉時，則交變電動勢的頻率為: :60pnf 轉子的轉速轉子的轉速(r/min)(r/min) 由上式可知由上式可知: :同步發(fā)電機定子繞組感應電動勢的同步發(fā)電機定子繞組感應電動勢的頻率頻率取決于取決于它的它的極對數(shù)極對數(shù)p p和和轉子的轉

9、速轉子的轉速n n。轉子轉速越高，定子繞組感應電勢。轉子轉速越高，定子繞組感應電勢E E0 0的頻率越高。即的頻率越高。即 n fn f?？梢?，同步發(fā)電機極對數(shù)。可見，同步發(fā)電機極對數(shù)p p一定一定時，轉速時，轉速n n與電樞電動勢的頻率與電樞電動勢的頻率f f之間具有嚴格不變的關系。之間具有嚴格不變的關系。說明說明: : 如果發(fā)電機作為電源單獨給負載供電，對電源頻率的要求并如果發(fā)電機作為電源單獨給負載供電，對電源頻率的要求并不十分嚴格，對原動機的轉速要求也不很嚴格。不十分嚴格，對原動機的轉速要求也不很嚴格。 3.3.同步轉速同步轉速 現(xiàn)代的發(fā)電機，絕大多數(shù)都是向大電網(wǎng)并網(wǎng)供電，這就對同現(xiàn)代的

10、發(fā)電機，絕大多數(shù)都是向大電網(wǎng)并網(wǎng)供電，這就對同步發(fā)電機的頻率要求嚴格了，我國電網(wǎng)頻率為步發(fā)電機的頻率要求嚴格了，我國電網(wǎng)頻率為50HZ50HZ，所以發(fā)電機，所以發(fā)電機發(fā)出的電動勢頻率也必須為發(fā)出的電動勢頻率也必須為50HZ50HZ，如果發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率，如果發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率不等將會造成嚴重事故。不等將會造成嚴重事故。 同步轉速從供電品質考慮，由眾多同步發(fā)電機并聯(lián)構成的交同步轉速從供電品質考慮，由眾多同步發(fā)電機并聯(lián)構成的交流電網(wǎng)的頻率應該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機的頻率流電網(wǎng)的頻率應該是一個不變的值，這就要求發(fā)電機的頻率應該和電網(wǎng)的頻率一致。我國電網(wǎng)的頻率為應該和電網(wǎng)的頻率一致。

11、我國電網(wǎng)的頻率為50Hz 50Hz ，故有：，故有： ppfn300060要使得發(fā)電機供給電網(wǎng)要使得發(fā)電機供給電網(wǎng)50Hz50Hz的工頻電能，發(fā)電機的轉速必須的工頻電能，發(fā)電機的轉速必須為某些固定值，這些固定值稱為為某些固定值，這些固定值稱為同步轉速同步轉速。例如。例如2 2極電機的同極電機的同步轉速為步轉速為3000r/min3000r/min，4 4極電機的同步轉速為極電機的同步轉速為1500r/min1500r/min，依次，依次類推。只有運行于同步轉速，同步電機才能正常運行，這也類推。只有運行于同步轉速，同步電機才能正常運行，這也是是同步電機名稱的由來同步電機名稱的由來。同步電機的特點

12、同步電機的特點4.4.電磁過程電磁過程 轉子沖轉到額定轉速轉子沖轉到額定轉速, ,汽輪發(fā)電汽輪發(fā)電3000r/min3000r/min 轉子繞組加勵轉子繞組加勵磁電流磁電流( (直流直流) ) 產(chǎn)生旋轉磁場產(chǎn)生旋轉磁場 定子繞組切割磁力線產(chǎn)生定子繞組切割磁力線產(chǎn)生三相對稱感應電勢三相對稱感應電勢 發(fā)電機出線端三相對稱電壓。發(fā)電機出線端三相對稱電壓。 5.5.電勢的調(diào)節(jié)電勢的調(diào)節(jié) 根據(jù)根據(jù)E E0 0=4.44fNk=4.44fNkw1w10 0 和和I If f 0 0可知，調(diào)節(jié)勵磁電流可知，調(diào)節(jié)勵磁電流I If f，可改變磁通可改變磁通0 0，從而改變定子繞組感應電勢，從而改變定子繞組感應電

13、勢E E0 0。即。即I If fEE0 0；I If f E E0 0。6.6.相序相序 相序決定于轉子的轉向。從勵磁端看，汽輪發(fā)電機的轉向相序決定于轉子的轉向。從勵磁端看，汽輪發(fā)電機的轉向為逆時針方向。為逆時針方向。 同步發(fā)電機原理小結同步發(fā)電機原理小結: :外部直流電源通過滑環(huán)向轉子提供直外部直流電源通過滑環(huán)向轉子提供直流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原動機拖動轉子旋轉，轉子磁極磁場流勵磁電流，并產(chǎn)生磁場；原動機拖動轉子旋轉，轉子磁極磁場切割三相定子繞組，感應三相交流電。切割三相定子繞組，感應三相交流電。一、同步電機分類：一、同步電機分類：旋轉電樞式旋轉電樞式：電樞旋轉，磁極固定，因電樞功率：電

14、樞旋轉，磁極固定，因電樞功率不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，實用少。實用少。旋轉磁極式旋轉磁極式：磁極旋轉，電樞固定，電樞功率由：磁極旋轉，電樞固定，電樞功率由靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同步發(fā)電機的基本結構型式。步發(fā)電機的基本結構型式。同步電機同步電機旋轉磁極式旋轉磁極式隱極式隱極式轉子：不計齒槽時氣隙均勻；機械強度高，轉子：不計齒槽時氣隙均勻；機械強度高，適用于高轉速；一般用于汽輪發(fā)電機；外形細長。適用于高轉速；一般用于汽輪發(fā)電機；外形細長。凸極式凸極式轉子：氣隙不均勻，極弧下較小，極

15、間較大；轉子：氣隙不均勻，極弧下較小，極間較大；機械強度比隱極機低，適用于低轉速；一般用于水機械強度比隱極機低，適用于低轉速；一般用于水輪發(fā)電機，外形扁盤形。輪發(fā)電機，外形扁盤形。二、隱極同步發(fā)電機二、隱極同步發(fā)電機（只有臥式支撐）（只有臥式支撐）的基本結構的基本結構汽輪發(fā)電機與直流勵磁機配套而成的汽輪發(fā)電機組結構圖汽輪發(fā)電機與直流勵磁機配套而成的汽輪發(fā)電機組結構圖1-1-定子機座定子機座 2-2-定子鐵芯定子鐵芯 3-3-外殼外殼 4-4-吊起定子設備吊起定子設備 5-5-防水導水管防水導水管 6-6-定子繞組定子繞組7-7-定子壓緊環(huán)定子壓緊環(huán) 8-8-外護板外護板10-10-通風壁通風壁

16、 11-11-導風屏導風屏 12-12-電刷架電刷架9-9-里護板里護板1313、14-14-電刷電刷15-15-軸承座軸承座16-16-軸承襯軸承襯17-17-油封口油封口18-18-汽輪機的油封口汽輪機的油封口 19-19-基礎板基礎板20-20-轉子轉子21-21-端線端線22-22-勵磁機勵磁機一對極隱極式一對極隱極式轉子示意圖轉子示意圖1.1.隱極式轉子隱極式轉子結構：主要由鐵芯、勵磁結構：主要由鐵芯、勵磁繞組、阻尼繞組、緊固件和風扇組成。繞組、阻尼繞組、緊固件和風扇組成。它是汽輪發(fā)電機的重要部件，如圖所示。它是汽輪發(fā)電機的重要部件，如圖所示。(1)(1)轉子鐵芯轉子鐵芯 隱極式轉子

17、鐵芯應具有良好的導磁隱極式轉子鐵芯應具有良好的導磁性能，并能承受很大的離心力作用。隱性能，并能承受很大的離心力作用。隱極式轉子鐵芯通常與轉軸鍛造成一體，極式轉子鐵芯通常與轉軸鍛造成一體，一般所用材料是具有高強度和導磁性能一般所用材料是具有高強度和導磁性能良好的含鉻、鎳和鉬的合金鋼。良好的含鉻、鎳和鉬的合金鋼。汽輪發(fā)電機的轉子鐵汽輪發(fā)電機的轉子鐵芯橫剖面如圖示芯橫剖面如圖示: :(a)(a)輻射形排列輻射形排列(b)(b)平形排列平形排列 隱極式隱極式轉子上沒有凸出的磁極轉子上沒有凸出的磁極，沿轉沿轉子鐵芯外圓表面銑出許多槽，槽中嵌放勵子鐵芯外圓表面銑出許多槽，槽中嵌放勵磁繞組。在轉子表面約磁繞

18、組。在轉子表面約1/31/3部分沒有開槽，部分沒有開槽，構成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)即主磁極。構成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)即主磁極。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉子圓周也勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉子圓周也會出現(xiàn)會出現(xiàn) N N 極和極和 S S 極。極。汽輪發(fā)電機的轉子槽分類圖示汽輪發(fā)電機的轉子槽分類圖示: :(2)(2)勵磁繞組勵磁繞組 勵磁繞組是由矩形的絕緣勵磁繞組是由矩形的絕緣扁銅線繞成同心線圈，兩線圈扁銅線繞成同心線圈，兩線圈邊分別放置在大齒兩側所開出邊分別放置在大齒兩側所開出的槽內(nèi)，所有線圈串聯(lián)組成勵的槽內(nèi)，所有線圈串聯(lián)組成勵磁繞組，構成轉子的直流電路。磁繞組，構成轉子的直流電路。勵磁

19、繞組引出的兩個線端接在勵磁繞組引出的兩個線端接在滑環(huán)上，并通過電刷與外電路滑環(huán)上，并通過電刷與外電路直流電源相連接。直流電源相連接。注意注意: :勵磁繞組的各線匝間需墊有勵磁繞組的各線匝間需墊有絕緣材料，同時，線圈和鐵芯之絕緣材料，同時，線圈和鐵芯之間也需有可靠的間也需有可靠的“對地絕緣對地絕緣”。勵磁繞組放置在槽內(nèi)后，需用非勵磁繞組放置在槽內(nèi)后，需用非導磁材料、高強度的硬鋁或鋁青導磁材料、高強度的硬鋁或鋁青銅制成的槽楔來壓緊，如圖所示。銅制成的槽楔來壓緊，如圖所示。轉子槽部剖面圖轉子槽部剖面圖槽楔槽楔楔下墊條楔下墊條匝間絕緣匝間絕緣扁銅線扁銅線槽絕緣槽絕緣(3)(3)阻尼繞組阻尼繞組 某些大

20、型汽輪發(fā)電機轉子上裝有阻尼繞組，它是一種短路繞某些大型汽輪發(fā)電機轉子上裝有阻尼繞組，它是一種短路繞組，由放在槽楔下的銅條和轉子兩端的銅環(huán)焊接成閉合回路。組，由放在槽楔下的銅條和轉子兩端的銅環(huán)焊接成閉合回路。阻阻尼繞組的主要作用是尼繞組的主要作用是: :在同步發(fā)電機短路或不對稱運行時，利用在同步發(fā)電機短路或不對稱運行時，利用其感應電流來削弱負序旋轉磁場的作用，以及同步發(fā)電機發(fā)生振其感應電流來削弱負序旋轉磁場的作用，以及同步發(fā)電機發(fā)生振蕩時起阻尼的作用，使振蕩衰減。蕩時起阻尼的作用，使振蕩衰減。嵌裝完勵磁繞組后的轉子嵌裝完勵磁繞組后的轉子勵磁繞組連接圖勵磁繞組連接圖(4)(4)緊固件緊固件 轉子緊

21、固件包括護環(huán)和中心環(huán)。由于汽輪發(fā)電機轉速高，繞轉子緊固件包括護環(huán)和中心環(huán)。由于汽輪發(fā)電機轉速高，繞組端部受到很大的離心力，所以必須采用護環(huán)和中心環(huán)來可靠地組端部受到很大的離心力，所以必須采用護環(huán)和中心環(huán)來可靠地固定，如圖所示。護環(huán)把轉子勵磁繞組的端部套緊，以防繞組端固定，如圖所示。護環(huán)把轉子勵磁繞組的端部套緊，以防繞組端部甩出。中心環(huán)用來支持護環(huán)和防止轉子繞組端部的軸向位移。部甩出。中心環(huán)用來支持護環(huán)和防止轉子繞組端部的軸向位移。為了減少端部漏磁場，護環(huán)采用非導磁合金鋼材料。為了減少端部漏磁場，護環(huán)采用非導磁合金鋼材料。作用：保護轉子繞組端部作用：保護轉子繞組端部(5)(5)滑環(huán)滑環(huán) 直流電流

22、通過截止的正負極性的電直流電流通過截止的正負極性的電刷、兩互相絕緣且套在轉軸上隨轉子轉刷、兩互相絕緣且套在轉軸上隨轉子轉動的滑環(huán)引入轉子勵磁繞組。動的滑環(huán)引入轉子勵磁繞組。(6)(6)風扇風扇 汽輪發(fā)電機的轉子細長，通風冷卻汽輪發(fā)電機的轉子細長，通風冷卻比較困難，故轉子的兩端一般裝有軸流比較困難，故轉子的兩端一般裝有軸流式或離心式風扇，用以改善冷卻條件。式或離心式風扇，用以改善冷卻條件。隱極式隱極式轉子特點：轉子特點：在大容量高轉速汽輪發(fā)電機中，轉子圓周在大容量高轉速汽輪發(fā)電機中，轉子圓周線速線速度極高度極高，最大可達，最大可達170170米米/ /秒。為了減小轉子本體及轉子上的各部秒。為了減

23、小轉子本體及轉子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機都做成件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機都做成細長細長的隱極式的隱極式圓圓柱體柱體轉子?？紤]到轉子冷卻和強度方面的要求，隱極式轉子的結轉子?？紤]到轉子冷卻和強度方面的要求，隱極式轉子的結構和加工工藝較為復雜。構和加工工藝較為復雜。轉子長度轉子長度/ /直徑直徑=2.0=2.06.56.5，且容量愈大，且容量愈大比值愈大。比值愈大。滑環(huán)滑環(huán)風扇風扇2.2.隱極式定子隱極式定子結構：定子又稱為電樞，主要由定子鐵芯、定子繞結構：定子又稱為電樞，主要由定子鐵芯、定子繞組、機座、端蓋等部件組成。它是同步發(fā)電機用以產(chǎn)生三相交流組、機座、端蓋等部

24、件組成。它是同步發(fā)電機用以產(chǎn)生三相交流電能，實現(xiàn)機械能與電能轉換的重要部件，如圖所示。電能，實現(xiàn)機械能與電能轉換的重要部件，如圖所示。(1)(1)定子鐵芯定子鐵芯 定子鐵芯是主磁路的一部定子鐵芯是主磁路的一部分分, ,嵌放定子繞組。一般由厚嵌放定子繞組。一般由厚0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm的硅鋼片疊成，的硅鋼片疊成，沿軸向疊成多段形式，每段疊沿軸向疊成多段形式，每段疊片厚為片厚為30-60mm30-60mm。各段疊片之。各段疊片之間留有寬約間留有寬約10mm10mm的通風槽，以的通風槽，以改善定子鐵芯的散熱條件，如改善定子鐵芯的散熱條件，如圖所示。圖所示。 為減少漏磁防止渦

25、流引起過為減少漏磁防止渦流引起過熱，在定子鐵芯的兩端用非磁性熱，在定子鐵芯的兩端用非磁性材料制成的壓板將其夾緊，整個材料制成的壓板將其夾緊，整個鐵芯固定在定子機座上，如圖所鐵芯固定在定子機座上，如圖所示。沿定子鐵芯內(nèi)圓表面的槽內(nèi)示。沿定子鐵芯內(nèi)圓表面的槽內(nèi)放置三相定子繞組。放置三相定子繞組。定子鐵芯壓緊定子鐵芯壓緊(a)(a)無磁性壓板無磁性壓板(b)(b)定子鐵芯剖面定子鐵芯剖面(2)(2)定子繞組定子繞組 汽輪發(fā)電機的定子繞組汽輪發(fā)電機的定子繞組一般采用三相雙層短距疊繞一般采用三相雙層短距疊繞組，組，Y Y連接或連接或YYYY連接，構成定連接，構成定子三相交流電路。子三相交流電路。作用：產(chǎn)

26、作用：產(chǎn)生感應電勢。生感應電勢。(1)(1)定子繞組定子繞組(2)(2)端部連接線端部連接線(4)(4)通風孔通風孔(3)(3)機殼機殼(5)(5)機座機座 由于定子電流較大，每槽一般由于定子電流較大，每槽一般只嵌放兩個有效導體只嵌放兩個有效導體( (線棒線棒) )，為減，為減少渦流損耗，同時也為了減少繞組少渦流損耗，同時也為了減少繞組導體中集膚效應引起的附加損耗，導體中集膚效應引起的附加損耗，每根導體常由許多相互絕緣的每根導體常由許多相互絕緣的15mm15mm2 2以下的扁銅線并聯(lián)多股線組成，在以下的扁銅線并聯(lián)多股線組成，在槽內(nèi)線圈的直線部分還應進行編織槽內(nèi)線圈的直線部分還應進行編織換位，如

27、圖所示。換位，如圖所示。 三相定子繞組對鐵芯絕緣強度的要求，取決于電機額定電三相定子繞組對鐵芯絕緣強度的要求，取決于電機額定電壓的高低。為了防止電暈，壓的高低。為了防止電暈，6.3kV6.3kV及以上的定子繞組經(jīng)絕緣處理及以上的定子繞組經(jīng)絕緣處理后還要涂以半導體漆。定子的每一槽內(nèi)放置上、下兩線圈邊，并后還要涂以半導體漆。定子的每一槽內(nèi)放置上、下兩線圈邊，并墊以層間絕緣，線圈放入槽中，采用槽楔固定，如圖所示。墊以層間絕緣，線圈放入槽中，采用槽楔固定，如圖所示。下層線棒繞包帶層間墊條波紋墊條上層線棒環(huán)氧墊條內(nèi)楔外楔剖面示意圖剖面示意圖 為了能承受住突然短路等過渡過程產(chǎn)生的巨大的電磁力而為了能承受住

28、突然短路等過渡過程產(chǎn)生的巨大的電磁力而引起的端部變形，以及正常運行時不致于產(chǎn)生較大的振動，定子引起的端部變形，以及正常運行時不致于產(chǎn)生較大的振動，定子繞組端接部分需用線繩綁緊或壓板夾緊在非磁性鋼做成的端箍上，繞組端接部分需用線繩綁緊或壓板夾緊在非磁性鋼做成的端箍上，如圖所示。如圖所示。定子繞組端部加工中的定子繞組水電接頭定子繞組水電接頭 (3)(3)機座機座 機座是用來支撐和固定定子鐵芯和端蓋的，應有足夠的強機座是用來支撐和固定定子鐵芯和端蓋的，應有足夠的強度和剛度，機座與定子鐵芯之間需要留有適當?shù)耐L道，以利于度和剛度，機座與定子鐵芯之間需要留有適當?shù)耐L道，以利于電機的冷卻，如圖所示。電機

29、的冷卻，如圖所示。定位筋定位筋 端蓋端蓋 (1)(1)立式立式水輪發(fā)水輪發(fā)電機電機(2)(2)臥式臥式水輪發(fā)水輪發(fā)電機電機三、凸極同步發(fā)電機的基本結構三、凸極同步發(fā)電機的基本結構 凸極同步電機通常分立式和臥式結構兩類，大中型容量的水凸極同步電機通常分立式和臥式結構兩類，大中型容量的水輪發(fā)電機一般采用立式結構，如圖所示。輪發(fā)電機一般采用立式結構，如圖所示。 由于水輪機的轉速很低，為了得到額定頻率，發(fā)電機的極由于水輪機的轉速很低，為了得到額定頻率，發(fā)電機的極數(shù)就需要相應的增加，發(fā)電機的轉子直徑則需加大。在容量一定數(shù)就需要相應的增加，發(fā)電機的轉子直徑則需加大。在容量一定的情況下，發(fā)電機的總長度便可縮

30、短，故水輪發(fā)電機的轉子長度的情況下，發(fā)電機的總長度便可縮短，故水輪發(fā)電機的轉子長度L L和定子內(nèi)徑和定子內(nèi)徑D D之比為的之比為的0.125-0.070.125-0.07，如圖所示。，如圖所示。 立式水輪發(fā)電機的結構又分為懸式和傘式兩種，如圖所示。立式水輪發(fā)電機的結構又分為懸式和傘式兩種，如圖所示。懸式懸式傘式傘式懸式懸式的推力軸承是安裝在轉子的上部，的推力軸承是安裝在轉子的上部，整個轉子懸吊在機架上，這種結構運行整個轉子懸吊在機架上，這種結構運行時穩(wěn)定性較好，只適用于轉速較高的發(fā)時穩(wěn)定性較好，只適用于轉速較高的發(fā)電機電機(150r/min(150r/min以上以上) )。傘式傘式的推力軸承的

31、推力軸承是安裝轉子下部，整個轉子形同被撐開是安裝轉子下部，整個轉子形同被撐開的雨傘，這種結構運行時穩(wěn)定性較差，的雨傘，這種結構運行時穩(wěn)定性較差，只適用于轉速較低的發(fā)電機只適用于轉速較低的發(fā)電機(125r/min(125r/min以下以下) )，如圖所示。，如圖所示。推力軸承推力軸承1.1.定子定子 水輪發(fā)電機主要是由轉子、定子和機架和推力軸承等部件組水輪發(fā)電機主要是由轉子、定子和機架和推力軸承等部件組成。成。由機座、定子鐵芯和定子繞組等主要部件組成。由機座、定子鐵芯和定子繞組等主要部件組成。(1)(1)機座機座 機座用來支撐定子鐵芯、軸承和端蓋等，并構成冷卻風路。機座用來支撐定子鐵芯、軸承和端

32、蓋等，并構成冷卻風路。直徑大于直徑大于4m4m的機座可分成若干瓣，安裝時再拼接成一體。的機座可分成若干瓣，安裝時再拼接成一體。例例: :三峽左岸電站定子三峽左岸電站定子機座由定子鐵芯支撐機座由定子鐵芯支撐環(huán)、環(huán)、2020個垂直的斜元個垂直的斜元件、垂直筋板以及機件、垂直筋板以及機座外壁等組成。機座座外壁等組成。機座分分6 6瓣，現(xiàn)場組裝，如瓣，現(xiàn)場組裝，如圖所示。圖所示。(2)(2)定子鐵芯定子鐵芯 定子鐵芯的基本結構與汽輪機相同，大容量的水輪發(fā)電機定定子鐵芯的基本結構與汽輪機相同，大容量的水輪發(fā)電機定子鐵芯由扇形硅鋼片疊成，留有通風溝。沿鐵芯內(nèi)圓表面的槽內(nèi)子鐵芯由扇形硅鋼片疊成，留有通風溝。

33、沿鐵芯內(nèi)圓表面的槽內(nèi)放置三相定子繞組，并用槽楔壓緊。放置三相定子繞組，并用槽楔壓緊。例例: :三峽左岸電站定子鐵芯由硅鋼片、三峽左岸電站定子鐵芯由硅鋼片、齒壓板、壓指、壓緊螺栓等組成。齒壓板、壓指、壓緊螺栓等組成。硅鋼片厚度為硅鋼片厚度為0.5mm0.5mm，兩面均涂有，兩面均涂有F F級絕緣漆，疊成總高度為級絕緣漆，疊成總高度為3130mm3130mm，共共4646段疊片堆，段疊片堆，4747個通風槽；鐵芯個通風槽；鐵芯拉緊螺栓位于鐵芯疊片中部，用絕拉緊螺栓位于鐵芯疊片中部，用絕緣套管與鐵緣套管與鐵 芯疊片絕緣，與傳統(tǒng)的芯疊片絕緣，與傳統(tǒng)的位于鐵芯疊片尾部相比拉緊效果好，位于鐵芯疊片尾部相比

34、拉緊效果好，有利于防止疊片翹曲變形和運行過有利于防止疊片翹曲變形和運行過程中松動，如圖所示。程中松動，如圖所示。(3)(3)定子繞組定子繞組 大中型水輪發(fā)電機的極數(shù)較多，定子繞組多采用雙層波繞組，大中型水輪發(fā)電機的極數(shù)較多，定子繞組多采用雙層波繞組，可節(jié)省極間接線，并多采用分數(shù)槽繞組以便改善電動勢的波形。可節(jié)省極間接線，并多采用分數(shù)槽繞組以便改善電動勢的波形。例例: :三峽左岸電站定子繞組設計為三相雙層波形繞組，每相三峽左岸電站定子繞組設計為三相雙層波形繞組，每相5 5支路支路并聯(lián)，共并聯(lián)，共10801080根羅貝爾線棒組成。繞組輪換數(shù)為根羅貝爾線棒組成。繞組輪換數(shù)為1 18 81414，每極

35、，每極每相槽數(shù)為每相槽數(shù)為9/49/4，節(jié)距為，節(jié)距為13 13 ，如圖所示。，如圖所示。下層線棒繞包帶層間墊條波紋墊條上層線棒環(huán)氧墊條內(nèi)楔外楔由中心導體、水冷部件、主絕緣、電暈保護層等組成由中心導體、水冷部件、主絕緣、電暈保護層等組成 羅貝爾線棒羅貝爾線棒 兩種發(fā)電機采用的是羅貝爾兩種發(fā)電機采用的是羅貝爾360360度換位線棒，線棒由中心導度換位線棒，線棒由中心導體、水冷部件、主絕緣、電暈保護層等組成。體、水冷部件、主絕緣、電暈保護層等組成。 線棒結構簡介線棒結構簡介(1)(1)ALSTOMALSTOM發(fā)電機線棒中心導體部分由發(fā)電機線棒中心導體部分由4242根銅股線，單根銅股線根銅股線，單根

36、銅股線表面噴有絕緣漆，層與層之間有一預浸漬環(huán)氧漆的墊條作為一層表面噴有絕緣漆，層與層之間有一預浸漬環(huán)氧漆的墊條作為一層額外絕緣，以防層間短路。銅股線換位后留下的空隙用環(huán)氧云母額外絕緣，以防層間短路。銅股線換位后留下的空隙用環(huán)氧云母膠填充，外面再加一層內(nèi)部半導體防電暈保護層；膠填充，外面再加一層內(nèi)部半導體防電暈保護層； VGSVGS發(fā)電機線發(fā)電機線棒中心導體部分由棒中心導體部分由2424根銅股線，線棒的股間絕緣采用玻璃纖維和根銅股線，線棒的股間絕緣采用玻璃纖維和優(yōu)質云母材料。優(yōu)質云母材料。(2)(2)ALSTOMALSTOM發(fā)電機水冷部件由發(fā)電機水冷部件由6 6根不銹鋼空心導管和根不銹鋼空心導管

37、和2 2個水箱組成個水箱組成 ；VGSVGS發(fā)電機水冷部件由發(fā)電機水冷部件由6 6根銅空心導管，作為中心導體的一部分。根銅空心導管，作為中心導體的一部分。(3)(3)ALSTOMALSTOM發(fā)電機線棒的主絕緣采用的是發(fā)電機線棒的主絕緣采用的是MICADUR FMICADUR F級絕緣系統(tǒng)，級絕緣系統(tǒng)，它是由真空浸漬的合成樹脂絕緣帶和在無溶劑環(huán)氧樹脂中浸漬的它是由真空浸漬的合成樹脂絕緣帶和在無溶劑環(huán)氧樹脂中浸漬的高品質云母玻璃纖維帶組成。整根線棒由高品質云母玻璃纖維帶組成。整根線棒由1919層此絕緣帶連續(xù)半疊層此絕緣帶連續(xù)半疊繞構成，形成后的線棒直線段主絕緣厚度為繞構成，形成后的線棒直線段主絕緣

38、厚度為4.6mm 4.6mm ，斜線段主絕，斜線段主絕緣厚度為緣厚度為3.7mm3.7mm。VGSVGS發(fā)電機線棒的主絕緣也采用的是發(fā)電機線棒的主絕緣也采用的是MICADUR FMICADUR F級級絕緣系統(tǒng)，由優(yōu)質云母和混合環(huán)氧樹脂組成主絕緣厚度為絕緣系統(tǒng)，由優(yōu)質云母和混合環(huán)氧樹脂組成主絕緣厚度為4.6mm4.6mm。(4)(4)ALSTOMALSTOM發(fā)電機防電暈保護層分兩部分，線棒直線段是浸有半發(fā)電機防電暈保護層分兩部分，線棒直線段是浸有半導體漆導體漆LL17LL17的聚胺脂帶子纏繞，厚度約為的聚胺脂帶子纏繞，厚度約為0.15mm0.15mm，表面接觸電阻，表面接觸電阻變化范圍為變化范圍

39、為0.8-80.8-8千歐千歐/ /平方毫米，線棒端部彎曲段采用高阻防暈平方毫米，線棒端部彎曲段采用高阻防暈層，厚度約為層，厚度約為0.9mm0.9mm。ALSTOMALSTOM發(fā)電機線棒結構發(fā)電機線棒結構 線棒直線段截面圖線棒直線段截面圖 線棒彎曲段截面圖線棒彎曲段截面圖 2.2.轉子轉子由轉軸、轉子支架、磁軛和磁極等主要部件組成。由轉軸、轉子支架、磁軛和磁極等主要部件組成。 轉軸一般采用高強度鋼鍛造而成。大中型轉子的轉軸是空心轉軸一般采用高強度鋼鍛造而成。大中型轉子的轉軸是空心的，在用鋼量相同的情況下，強度可相應增加。的，在用鋼量相同的情況下，強度可相應增加。(1)(1)轉軸轉軸(2)(2

40、)磁極磁極 磁極采用磁極采用1-1.5mm1-1.5mm厚的鋼板沖片疊成，在磁厚的鋼板沖片疊成，在磁極的兩端面加上磁極壓板，用鉚釘鉚成整體。極的兩端面加上磁極壓板，用鉚釘鉚成整體。(3)(3)勵磁繞組勵磁繞組 勵磁繞組多采用絕緣扁銅線繞制而成，勵磁繞組多采用絕緣扁銅線繞制而成，而后經(jīng)浸膠熱處理，套在磁極上，如圖所示。而后經(jīng)浸膠熱處理，套在磁極上，如圖所示。(4)(4)阻尼繞組阻尼繞組 在水輪發(fā)電機中，極靴部位一般裝有阻尼繞組，用以減少并在水輪發(fā)電機中，極靴部位一般裝有阻尼繞組，用以減少并聯(lián)運行時轉子振蕩的振幅。整個阻尼繞組由插入極靴阻尼孔中的聯(lián)運行時轉子振蕩的振幅。整個阻尼繞組由插入極靴阻尼孔

41、中的銅條和端部銅環(huán)焊接而成。某些中小型容量凸極同步發(fā)電機，磁銅條和端部銅環(huán)焊接而成。某些中小型容量凸極同步發(fā)電機，磁極鐵芯是整體的，一般不另裝阻尼繞組。極鐵芯是整體的，一般不另裝阻尼繞組。高品質云母高品質云母玻璃纖維絕玻璃纖維絕緣框緣框極繞組支撐極繞組支撐壓板壓板T T形尾形尾磁極壓板磁極壓板極繞組端部極繞組端部極繞組極繞組(5)(5)磁軛與轉子支架磁軛與轉子支架 磁軛由高強度經(jīng)鈍化處理的冷軋薄鋼板組裝成的堅實結構，磁軛由高強度經(jīng)鈍化處理的冷軋薄鋼板組裝成的堅實結構，它是磁路的一部分，磁極固定在其圓柱表面。磁軛和轉子之間用它是磁路的一部分，磁極固定在其圓柱表面。磁軛和轉子之間用轉子支架支撐著。

42、轉子支架固定在轉軸上，轉子支架為圓盤式結轉子支架支撐著。轉子支架固定在轉軸上，轉子支架為圓盤式結構，在工地進行組裝焊接，且設有足夠數(shù)量的孔洞，以滿足發(fā)電構，在工地進行組裝焊接，且設有足夠數(shù)量的孔洞，以滿足發(fā)電機通風的要求和具有良好的導風性能。停機時，為了避免長時間機通風的要求和具有良好的導風性能。停機時，為了避免長時間低速損壞軸瓦，一般在磁軛底部裝有制動環(huán)。低速損壞軸瓦，一般在磁軛底部裝有制動環(huán)。10MW10MW水輪機轉子水輪機轉子三峽左岸電站三峽左岸電站24MW24MW發(fā)電機轉子在吊裝發(fā)電機轉子在吊裝3.3. 軸承軸承 水輪機發(fā)電機組的軸承有導軸承和推力軸承兩種。導軸承的水輪機發(fā)電機組的軸承

43、有導軸承和推力軸承兩種。導軸承的作用是約束軸線位移和防止軸擺動，主要承受徑向力。推力軸承作用是約束軸線位移和防止軸擺動，主要承受徑向力。推力軸承承受水輪發(fā)電機轉動部分承受水輪發(fā)電機轉動部分( (包括電機轉子和水輪包括電機轉子和水輪) )的全部重量及軸的全部重量及軸向水推力，是水輪發(fā)電機組關鍵部件。向水推力，是水輪發(fā)電機組關鍵部件。三、同步發(fā)電機的冷卻問題簡介三、同步發(fā)電機的冷卻問題簡介 同步發(fā)電機在運行中產(chǎn)生各種損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁褂型桨l(fā)電機在運行中產(chǎn)生各種損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁褂嘘P部件的溫度升高。溫升太高將加速電機絕緣材料老化，從而縮關部件的溫度升高。溫升太高將加速電機絕緣材料老化，

44、從而縮短電機的使用壽命，甚至危及電機的運行安全。所以改善發(fā)電機短電機的使用壽命，甚至危及電機的運行安全。所以改善發(fā)電機的冷卻條件，對提高發(fā)電機的輸出功率起著關鍵性的作用。的冷卻條件，對提高發(fā)電機的輸出功率起著關鍵性的作用。 水輪發(fā)電機由于直徑大，軸向長度短，體積大，冷卻問題不水輪發(fā)電機由于直徑大，軸向長度短，體積大，冷卻問題不突出。中小型汽輪發(fā)電機單位體積的發(fā)熱量較小，冷卻方式多采突出。中小型汽輪發(fā)電機單位體積的發(fā)熱量較小，冷卻方式多采用風冷。用風冷。 在中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質。當電機的容在中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質。當電機的容量很大時，電機內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增

45、加，冷卻問題顯得格量很大時，電機內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強通風或采用其他的冷卻方式。外重要，此時必須加強通風或采用其他的冷卻方式。 對于大型汽輪發(fā)電機，發(fā)熱和冷卻問題就比較突出了。汽輪發(fā)對于大型汽輪發(fā)電機，發(fā)熱和冷卻問題就比較突出了。汽輪發(fā)電機直徑小、長度長，中部的熱量不易散出，需要采取提高冷卻電機直徑小、長度長，中部的熱量不易散出，需要采取提高冷卻效果的措施。效果的措施。 此外，純凈的水不但電導率低，化學性能穩(wěn)定，此外，純凈的水不但電導率低，化學性能穩(wěn)定，流動性好，而且具有較高的導熱特性。目前，在更大流動性好，而且具有較高的導熱特性。目前，在更大容量的大型

46、汽輪發(fā)電機廣泛采用轉子氫冷，定子水內(nèi)容量的大型汽輪發(fā)電機廣泛采用轉子氫冷，定子水內(nèi)冷，也有采用定、轉子水內(nèi)冷的冷卻方式。雙水內(nèi)冷冷，也有采用定、轉子水內(nèi)冷的冷卻方式。雙水內(nèi)冷電機的定、轉子的導線是空心的，起到導線內(nèi)部直接電機的定、轉子的導線是空心的，起到導線內(nèi)部直接冷卻的作用。例如采用空心導體（如圖），冷卻介質冷卻的作用。例如采用空心導體（如圖），冷卻介質直接在導體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降直接在導體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機的溫升，所采用的冷卻介質一般有氫氣及水等。低電機的溫升，所采用的冷卻介質一般有氫氣及水等。 在大型汽輪發(fā)電機中，為了提高其冷卻效率，例在大型汽輪

47、發(fā)電機中，為了提高其冷卻效率，例50MW50MW以上的以上的汽輪發(fā)電機，冷卻介質用氫氣代替空氣。由于氫氣的導熱率較空汽輪發(fā)電機，冷卻介質用氫氣代替空氣。由于氫氣的導熱率較空氣大氣大7 7倍，比重僅為空氣的倍，比重僅為空氣的1/141/14，故氫冷發(fā)電機損耗較小，冷卻，故氫冷發(fā)電機損耗較小，冷卻效果較好。但氫氣與氧氣不能混合，若混合成一定比例時有爆炸效果較好。但氫氣與氧氣不能混合，若混合成一定比例時有爆炸的危險。因此，必須有一套控制設備來保證外界空氣不會滲入到的危險。因此，必須有一套控制設備來保證外界空氣不會滲入到電機內(nèi)部，同時防止氫氣外泄和保持氫氣純度，就要采取密封措電機內(nèi)部，同時防止氫氣外泄

48、和保持氫氣純度，就要采取密封措施，兩個軸伸端應有特殊的油封系統(tǒng)。施，兩個軸伸端應有特殊的油封系統(tǒng)。 除了熱源容量大以外，大型汽輪發(fā)電機的散熱比較困難除了熱源容量大以外，大型汽輪發(fā)電機的散熱比較困難是其另一個不利因素。電機容量大，必然體積也大。體積大是其另一個不利因素。電機容量大，必然體積也大。體積大增大了散熱表面是有利的，但同時帶來了散熱途徑增長的缺增大了散熱表面是有利的，但同時帶來了散熱途徑增長的缺點，使電機內(nèi)部溫度不均勻，容易發(fā)生局部過熱而燒壞電機。點，使電機內(nèi)部溫度不均勻，容易發(fā)生局部過熱而燒壞電機。大型電機繞組電壓高，相應地定子組絕緣也就厚，絕緣材料大型電機繞組電壓高，相應地定子組絕緣

49、也就厚，絕緣材料的熱阻很大，又增加了散熱的困難。電機散熱一般主要靠對的熱阻很大，又增加了散熱的困難。電機散熱一般主要靠對流作用，汽輪發(fā)電機軸向長度很長，空氣對流所受阻力大，流作用，汽輪發(fā)電機軸向長度很長，空氣對流所受阻力大，空氣和轉子摩擦還要引起損耗，這些均增加空氣和轉子摩擦還要引起損耗，這些均增加r r散熱的困難。為散熱的困難。為此，同步發(fā)電機特別是大容量汽輪發(fā)電機，必須有有效的冷此，同步發(fā)電機特別是大容量汽輪發(fā)電機，必須有有效的冷卻系統(tǒng)，才能保證它正常運行。卻系統(tǒng)，才能保證它正常運行。冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)(1)(1)同步發(fā)電機的冷卻介質有空氣、氫氣和水三種，按散熱方式同步發(fā)電機的冷卻介質有空氣

50、、氫氣和水三種，按散熱方式主要分為外冷（表面冷卻）和內(nèi)冷（直接冷卻發(fā)熱體），也有兩主要分為外冷（表面冷卻）和內(nèi)冷（直接冷卻發(fā)熱體），也有兩種兼用的方式。種兼用的方式。(1)(1)空氣冷卻空氣冷卻空氣由轉子兩側的風扇吸人，通過所設計的風道后，排出機空氣由轉子兩側的風扇吸人，通過所設計的風道后，排出機外，將熱量帶走。熱空氣經(jīng)機外的空氣冷卻器冷卻后再送入機內(nèi)外，將熱量帶走。熱空氣經(jīng)機外的空氣冷卻器冷卻后再送入機內(nèi)重復利用。這樣的空氣封閉系統(tǒng)可以防止水分和灰塵等隨空氣進重復利用。這樣的空氣封閉系統(tǒng)可以防止水分和灰塵等隨空氣進入機內(nèi)，引起絕緣性能下降、風道堵塞等弊病。如圖所示為一機入機內(nèi)，引起絕緣性能下

51、降、風道堵塞等弊病。如圖所示為一機內(nèi)通風系統(tǒng)的示意圖。內(nèi)通風系統(tǒng)的示意圖。冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)(2)(2)機內(nèi)通風情況示意圖機內(nèi)通風情況示意圖1 1一進風區(qū)一進風區(qū)2 2一出風區(qū)一出風區(qū)3 3一一繞組端接繞組端接4 4一風扇一風扇5 5一轉一轉子子6 6定子鐵心定子鐵心7 7一端蓋一端蓋空冷方式結構簡單，運行維護都方便。但空氣的傳熱系數(shù)相空冷方式結構簡單，運行維護都方便。但空氣的傳熱系數(shù)相對較小，冷卻效果不理想。此外，加大通風量來提高散熱作用，對較小，冷卻效果不理想。此外，加大通風量來提高散熱作用，又會增大轉子風扇的鼓風損耗和空氣和轉子間的風摩擦損耗。因又會增大轉子風扇的鼓風損耗和空氣和轉子間的風

52、摩擦損耗。因此，空冷汽輪發(fā)電機的容景最大不超過此，空冷汽輪發(fā)電機的容景最大不超過50MW50MW。冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)(3)(3)(2)(2)氫氣冷卻氫氣冷卻以氫氣代替空氣作為冷卻介質。其系統(tǒng)基本與空冷相同，但以氫氣代替空氣作為冷卻介質。其系統(tǒng)基本與空冷相同，但氫氣的導熱系數(shù)比空氣大氫氣的導熱系數(shù)比空氣大6 67 7倍。用同樣體積氫氣和空氣，前者倍。用同樣體積氫氣和空氣，前者可帶走的熱量遠大于后者。氫氣比重較空氣輕十多倍，又可以大可帶走的熱量遠大于后者。氫氣比重較空氣輕十多倍，又可以大大減少通風和風摩擦損耗。此外，氫冷可防止絕緣材料氧化；氫大減少通風和風摩擦損耗。此外，氫冷可防止絕緣材料氧化；氫氣

53、不助燃，當機內(nèi)發(fā)生短路故障時，不會引起火災。采取氫冷必氣不助燃，當機內(nèi)發(fā)生短路故障時，不會引起火災。采取氫冷必須保持機內(nèi)為正壓力，機內(nèi)氫氣表壓力應為須保持機內(nèi)為正壓力，機內(nèi)氫氣表壓力應為1.051.0510106 6PaPa，以防止，以防止空氣滲入機內(nèi)。因為氫氣和空氣混合是危險的，達到一定比例時空氣滲入機內(nèi)。因為氫氣和空氣混合是危險的，達到一定比例時可能發(fā)生爆炸。氫冷汽輪發(fā)電機容量可達可能發(fā)生爆炸。氫冷汽輪發(fā)電機容量可達5050150MW150MW左右。左右。(3)(3)內(nèi)冷內(nèi)冷上述為表面冷卻，而內(nèi)冷是使冷卻介質直接接觸繞組導體，上述為表面冷卻，而內(nèi)冷是使冷卻介質直接接觸繞組導體，使導體的熱量

54、不用再穿過絕緣層，就直接被介質帶走。這就大使導體的熱量不用再穿過絕緣層，就直接被介質帶走。這就大大提高了冷卻效果，改善了電機中最怕高溫的絕緣材料的工作大提高了冷卻效果，改善了電機中最怕高溫的絕緣材料的工作條件。內(nèi)冷的冷卻介質可以是氫氣，亦可以是水。現(xiàn)有電機所條件。內(nèi)冷的冷卻介質可以是氫氣，亦可以是水?，F(xiàn)有電機所應用的冷卻介質中，以水的冷卻能力最強，約為空氣的應用的冷卻介質中，以水的冷卻能力最強，約為空氣的5050倍。倍。內(nèi)冷用氫氣作為介質時，可在繞組導體間夾置幾個內(nèi)部通氫氣內(nèi)冷用氫氣作為介質時，可在繞組導體間夾置幾個內(nèi)部通氫氣的管子。轉子氫內(nèi)冷時，轉子繞組和槽楔上鉆有與槽底通風槽的管子。轉子氫

55、內(nèi)冷時，轉子繞組和槽楔上鉆有與槽底通風槽相通的小孔，氫氣自槽底通風槽進入，冷卻轉子導體后再由小相通的小孔，氫氣自槽底通風槽進入，冷卻轉子導體后再由小孔徑向流入空氣隙。氫氣的流動性好，容易吹過細孔是其一大孔徑向流入空氣隙。氫氣的流動性好，容易吹過細孔是其一大優(yōu)點。當內(nèi)冷用水作介質時，繞組采用空心導體，冷卻水沿著優(yōu)點。當內(nèi)冷用水作介質時，繞組采用空心導體，冷卻水沿著導體內(nèi)孔流通，直接將導體熱量帶走。導體內(nèi)孔流通，直接將導體熱量帶走。冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)(4)(4)定子繞組是靜止的，所以冷卻水系統(tǒng)比較簡單。繞組是帶電定子繞組是靜止的，所以冷卻水系統(tǒng)比較簡單。繞組是帶電體，冷卻水必須通過一段絕緣水管才能引

56、到繞組導體孔中去。下體，冷卻水必須通過一段絕緣水管才能引到繞組導體孔中去。下圖表示定子冷卻水進出的示意圖，冷卻水進入環(huán)形總進水管，經(jīng)圖表示定子冷卻水進出的示意圖，冷卻水進入環(huán)形總進水管，經(jīng)過絕緣水管和水電接頭分配到管形導體中去。流過繞組，冷卻水過絕緣水管和水電接頭分配到管形導體中去。流過繞組，冷卻水變熱后，同樣須經(jīng)過水電接頭，絕緣水管匯集到環(huán)形總出水管，變熱后，同樣須經(jīng)過水電接頭，絕緣水管匯集到環(huán)形總出水管，再從機內(nèi)排出到機外冷卻器中，冷卻后再重復利用。再從機內(nèi)排出到機外冷卻器中，冷卻后再重復利用。冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)(5)(5)水內(nèi)冷進出水原理圖及水電接頭圖水內(nèi)冷進出水原理圖及水電接頭圖 a a

57、）單邊進出水）單邊進出水b b）雙邊進出水）雙邊進出水c c）二種水電接頭）二種水電接頭1 1一空心導體一空心導體2 2一水電接頭一水電接頭3 3一絕緣水管一絕緣水管4 4一總出水管一總出水管5 5一總進水管一總進水管轉子繞組隨著轉子高速旋轉，它用水內(nèi)冷就比較復雜。常用轉子繞組隨著轉子高速旋轉，它用水內(nèi)冷就比較復雜。常用的進出水結構為中心孔進水、表面出水的方式。冷卻水經(jīng)外部管的進出水結構為中心孔進水、表面出水的方式。冷卻水經(jīng)外部管道通過轉軸中心孔進入位于轉子上的環(huán)狀進水箱。冷卻水經(jīng)水箱道通過轉軸中心孔進入位于轉子上的環(huán)狀進水箱。冷卻水經(jīng)水箱軸向孔洞、絕緣水管分配到轉子繞組的空心導體。冷卻導體后

58、，軸向孔洞、絕緣水管分配到轉子繞組的空心導體。冷卻導體后，冷卻水經(jīng)同樣的絕緣水管進入出水箱，最后由離心力作用由水箱冷卻水經(jīng)同樣的絕緣水管進入出水箱，最后由離心力作用由水箱輻向孔匯集到出水支座排出機外。圖轉子進水結構的示意圖。輻向孔匯集到出水支座排出機外。圖轉子進水結構的示意圖。轉子進水裝置轉子進水裝置1 1一轉子線圈一轉子線圈2 2一護環(huán)一護環(huán)3 3一中心環(huán)一中心環(huán)4 4一絕緣水管和進水管接頭一絕緣水管和進水管接頭5 5一木墊一木墊塊塊6 6進水箱進水箱7 7絕緣引水管絕緣引水管8 8一轉軸一轉軸9 9一小護環(huán)一小護環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)(6)(6)定子鐵心如要采用水內(nèi)冷，則可在鐵心疊片間設置幾處

59、冷定子鐵心如要采用水內(nèi)冷，則可在鐵心疊片間設置幾處冷卻水管通以冷卻水以降低鐵心溫升。卻水管通以冷卻水以降低鐵心溫升。對冷卻水的水質有一定要求，一般未經(jīng)處理的水，電導率對冷卻水的水質有一定要求，一般未經(jīng)處理的水，電導率較大含有雜質，不能作冷卻水用，否則將引起導體電解腐蝕；較大含有雜質，不能作冷卻水用，否則將引起導體電解腐蝕；堵塞導體內(nèi)孔，引起局部過熱等嚴重問題。在火電廠中汽輪機堵塞導體內(nèi)孔，引起局部過熱等嚴重問題。在火電廠中汽輪機的凝結水水質較好，一般就用它作冷卻水。的凝結水水質較好，一般就用它作冷卻水。定、轉子均采用水內(nèi)冷，稱為定、轉子均采用水內(nèi)冷，稱為“雙水內(nèi)汽雙水內(nèi)汽”也稱為也稱為“水、水

60、、水、空水、空”冷卻方式，這種方式是我國于冷卻方式，這種方式是我國于19581958年首先研制成功的，年首先研制成功的，其容量已制成其容量已制成125MW125MW，200MW200MW，300MW300MW。有時為了避免轉子水內(nèi)冷。有時為了避免轉子水內(nèi)冷結構的復雜性，也采用定子繞組水內(nèi)冷、轉子繞組氫內(nèi)冷、機結構的復雜性，也采用定子繞組水內(nèi)冷、轉子繞組氫內(nèi)冷、機內(nèi)用氫氣作介質進行表面冷卻的方式，稱為內(nèi)用氫氣作介質進行表面冷卻的方式，稱為“水、氫、氫水、氫、氫”冷冷卻方式，其容量可達卻方式，其容量可達300MW300MW、600MW600MW。水輪發(fā)電機由于直徑大，軸向長度短，冷卻條件較好，大水