1、2021-12-11昆明石林2021-12-12同步發電機的基本電磁關系同步發電機的基本電磁關系同步發電機對稱運行時的特性同步發電機對稱運行時的特性同步發電機并網運行同步發電機并網運行本篇主要內容本篇主要內容2021-12-13u同步電機：同步電機：交流旋轉電機。交流旋轉電機。u用途：用途：主要作發電機用，也可作電動機帶主要作發電機用，也可作電動機帶動具有恒速要求的機械，還可作調相機，向動具有恒速要求的機械，還可作調相機，向電力系統發出無功功率，用于改善電力系統電力系統發出無功功率，用于改善電力系統的功率因數及調整電網電壓。的功率因數及調整電網電壓。 現代發電廠中所發出的交流電能幾乎全現代發電

2、廠中所發出的交流電能幾乎全部是同步發電機發出，盡管目前有其他發電部是同步發電機發出，盡管目前有其他發電型式，如磁流體發電，太陽能發電等，但電型式，如磁流體發電，太陽能發電等，但電力系統中仍是同步發電機占絕對優勢。力系統中仍是同步發電機占絕對優勢。2021-12-14u 同步電機指電機同步電機指電機轉子的轉速轉子的轉速n與與旋轉磁場旋轉磁場轉速轉速n1相同的交流電機。相同的交流電機。u同步電機的轉速：同步電機的轉速：n=60f1/p f1 -電網頻電網頻率率。2021-12-152021-12-16第一節第一節 三相同步發電機的基本工作原理及分類三相同步發電機的基本工作原理及分類第二節第二節 同

3、步發電機的基本結構同步發電機的基本結構第三節第三節 大型同步發電機的基本系統大型同步發電機的基本系統第四節第四節 同步發電機的型號與額定值同步發電機的型號與額定值 2021-12-17三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 同步發電機同步發電機(synchronous generator)是將機械是將機械能轉變為能轉變為交流電能交流電能的設備。的設備。 在火電廠，發電機用汽輪機作原動機，稱為在火電廠，發電機用汽輪機作原動機，稱為汽汽輪發電機輪發電機；在核電站是以核反應堆來代替火電站的；在核電站是以核反應堆來代替火電站的鍋爐，原動機仍然是汽輪機；鍋爐，原動機仍然是汽輪機； 在水

4、電廠，發電機用水輪機作原動機，稱為在水電廠，發電機用水輪機作原動機，稱為水水輪發電機輪發電機； 有的地方用柴油機用作原動機，稱為有的地方用柴油機用作原動機，稱為柴油發電柴油發電機機。2021-12-18SNnIf三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 同步發電機基本工作原理：同步發電機基本工作原理：導導體切割磁力線感應電動勢。體切割磁力線感應電動勢。 轉子：轉子：轉動的部分，轉子上有轉動的部分，轉子上有磁極和勵磁繞組，產生磁場。磁極和勵磁繞組，產生磁場。 定子（又叫電樞）：定子（又叫電樞）：固定的部固定的部分，定子鐵心上有齒和槽，槽分，定子鐵心上有齒和槽，槽內設置有繞組，是切

5、割磁場的內設置有繞組，是切割磁場的導體。導體。 氣隙：氣隙：定轉子之間有氣隙。定轉子之間有氣隙。動畫動畫2021-12-19三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 定子：定子：有三相定子繞組，每相有三相定子繞組，每相結構完全相同，它們在空間上結構完全相同，它們在空間上互差互差120電角度對稱分布放置電角度對稱分布放置在定子鐵心槽內。在定子鐵心槽內。 轉子：轉子：有有p對磁極，磁極上有直對磁極，磁極上有直流勵磁繞組，當直流電流通過流勵磁繞組，當直流電流通過電刷和滑環流入轉子繞組后，電刷和滑環流入轉子繞組后，產生主磁通，主磁通由產生主磁通，主磁通由N極經氣極經氣隙，定子鐵心，再經

6、氣隙進入隙，定子鐵心，再經氣隙進入S極，構成主磁路。極，構成主磁路。2021-12-110同步電機與異步電機的根本區別是旋轉的轉子通入直流電流勵磁同步電機與異步電機的根本區別是旋轉的轉子通入直流電流勵磁轉子通直流電流轉子通直流電流 If勵磁磁場勵磁磁場Bf電樞感應電樞感應電勢電勢tEemacos)120cos(tEemb)120cos(tEemcf260pnf 隨轉子旋轉隨轉子旋轉 角速度角速度SNnea三相對稱負三相對稱負 載運行時載運行時旋轉基波旋轉基波 磁勢磁勢FaaF三相對稱電三相對稱電 樞電流樞電流 iabcpfn6011nn (同步電機同步電機)ebecIf00120sin120s

7、insintEetEetEemOBmOBmOAf260pnf pfn6011nn 三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 2021-12-111 定子外接負載，形成回路，有三相電流。定子外接負載，形成回路，有三相電流。u 機械能轉化為電能機械能轉化為電能)120sin(tEemOBtEemOAsin）（240sintEemOCu 定子繞組三相感應電勢定子繞組三相感應電勢三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 2021-12-112u交流電勢頻率交流電勢頻率f的確定的確定 當轉子為當轉子為1對磁極時，轉子旋轉一周，定子繞組對磁極時，轉子旋轉一周，定子繞組中感應

8、電勢變化一個周期；當同步發電機有中感應電勢變化一個周期；當同步發電機有p對極對極時，轉子旋轉一周，感應電勢交變時，轉子旋轉一周，感應電勢交變p個周期。個周期。 當轉子轉速為每分當轉子轉速為每分n轉時，交變電勢頻率為：轉時，交變電勢頻率為：min/60rnpnf轉子轉速，三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 2021-12-113u交流電勢頻率交流電勢頻率f的確定的確定min/60rnpnf轉子轉速，結論：結論：同步發電機定子繞組感應電勢的頻率取決于它同步發電機定子繞組感應電勢的頻率取決于它的極對數的極對數p和轉子的轉速和轉子的轉速n。 同步發電機極對數一定時，轉速與電樞電勢

9、的頻率同步發電機極對數一定時，轉速與電樞電勢的頻率有嚴格對應關系。有嚴格對應關系。 當電力系統頻率當電力系統頻率f一定，發電機轉速一定，發電機轉速 為恒為恒定值，這是同步發電機的主要特點。定值，這是同步發電機的主要特點。pfn/60三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 2021-12-114結論：結論：我國標準工頻為我國標準工頻為50Hz，所以同步發電機的極，所以同步發電機的極對數和轉速成反比。對數和轉速成反比。np3000l 汽輪發電機轉速較高，極對數較少，如轉速汽輪發電機轉速較高，極對數較少，如轉速n=3000r/min，則極對數，則極對數p=1。l 水輪發電機轉速較低

10、，極對數較多，如轉速水輪發電機轉速較低，極對數較多，如轉速n=125r/min，則極對數，則極對數p=24。三相同步發電機的基本工作原理三相同步發電機的基本工作原理 2021-12-115 按按運行方式不同運行方式不同分為：發電機、電動機和調相機。分為：發電機、電動機和調相機。 按按結構形式不同結構形式不同分為：電樞旋轉式（簡稱轉樞式）分為：電樞旋轉式（簡稱轉樞式）和磁極旋轉式（簡稱轉場式）。磁極旋轉式按和磁極旋轉式（簡稱轉場式）。磁極旋轉式按轉轉子結構不同子結構不同又分為凸極式和隱極式。又分為凸極式和隱極式。 按按安裝方式安裝方式不同分為：臥式和立式。不同分為：臥式和立式。 同步電機的類型同

11、步電機的類型 按按原動機類型不同原動機類型不同分為：汽輪發電機、水輪發電分為：汽輪發電機、水輪發電機、燃氣輪發電機、柴油發電機、風力發電機、機、燃氣輪發電機、柴油發電機、風力發電機、太陽能發電機等等。太陽能發電機等等。 按按冷卻介質不同冷卻介質不同分為：空氣冷卻、氫氣冷卻、水分為：空氣冷卻、氫氣冷卻、水冷卻等。冷卻等。 2021-12-116第二節第二節 同步發電機的基本構造同步發電機的基本構造 2021-12-1171定子定子 2凸極式轉子凸極式轉子 氣隙不均勻，極弧氣隙不均勻，極弧底下氣隙較小，極間部底下氣隙較小，極間部分較大。分較大。凸極式電機結構特點凸極式電機結構特點2021-12-1

12、18 轉子上沒有凸出轉子上沒有凸出的磁極，氣隙均勻，的磁極，氣隙均勻，轉子呈圓柱形。轉子呈圓柱形。1定子定子 3隱極式轉子隱極式轉子隱極式電機結構特點隱極式電機結構特點2021-12-119l電源頻率固定，采用轉子結構與轉速有關。電源頻率固定，采用轉子結構與轉速有關。 火電廠和核電站的汽輪機火電廠和核電站的汽輪機拖動的發電機，轉拖動的發電機，轉速高，速高，轉子宜作成細而長的隱極式轉子宜作成細而長的隱極式，這種發電機通，這種發電機通常稱為汽輪發電機。常稱為汽輪發電機。 核電站用的汽輪發電機在構造上與常規火電站核電站用的汽輪發電機在構造上與常規火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都用的

13、大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規火電較低，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規火電站的大。站的大。 水輪機拖動的發電機水輪機拖動的發電機，轉速低，因而要求有較，轉速低，因而要求有較多的磁極，多的磁極，轉子宜作成短而胖的凸極式轉子宜作成短而胖的凸極式。 凸極式和隱極式電機應用場合凸極式和隱極式電機應用場合2021-12-120l同步電機的氣隙較同容量的異步電機大。同步電機的氣隙較同容量的異步電機大。 異步電機異步電機勵磁電流由電網供給，需從電網吸取勵磁電流由電網供給，需從電網吸取感性無功功率，若氣隙大，則勵磁電流大，電機的感性無功功率，若氣隙大，則勵

14、磁電流大，電機的功率因數低，因此在機械允許的條件下，功率因數低，因此在機械允許的條件下，氣隙要盡氣隙要盡量小一些量小一些。 同步電機同步電機氣隙磁場由轉子電流和定子電流共同氣隙磁場由轉子電流和定子電流共同激勵，從運行穩定性考慮，氣隙大，同步電抗小，激勵，從運行穩定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運行穩定性高。但氣隙大，轉子用銅量短路比大，運行穩定性高。但氣隙大，轉子用銅量增大，制造成本增加。所以增大，制造成本增加。所以氣隙大小的選擇要綜合氣隙大小的選擇要綜合考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求。 同步電機與異步電機同步電機與異步電機2021-12-12

15、1火電廠火電廠(heat-engine plant)的生產現場的生產現場汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-122大亞灣核電站發電機組大亞灣核電站發電機組2021-12-123嶺澳一期核電站發電機組嶺澳一期核電站發電機組2021-12-124國產國產300MW汽輪發電機外汽輪發電機外(turbonator)形結構圖形結構圖2021-12-1252021-12-126l 用途：多用于汽輪發電機，一般為兩極，轉速為用途：多用于汽輪發電機，一般為兩極，轉速為3000r/min。體積和造價運行效率發電機轉速容量一定，電機長度轉子直徑發電機轉速 一般汽輪發電機轉子長一般汽輪發電機轉子長度度L和定

16、子內徑和定子內徑D之比為之比為2-6.5。2021-12-1271.定子定子(stator) 機座機座(baseframe)、端蓋端蓋(end closure)、定子鐵心定子鐵心(stator core)和和定子繞組定子繞組(stator windings)等。等。汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-128發電機定子發電機定子2021-12-129（1）機座和端蓋）機座和端蓋 機座的作用機座的作用：固定和支撐定子鐵心及定子繞組等部：固定和支撐定子鐵心及定子繞組等部件，通過機座將整個定子安裝、固定在基礎上。件，通過機座將整個定子安裝、固定在基礎上。 機座內部有冷卻風道。汽輪發電機機座一般

17、采用鋼機座內部有冷卻風道。汽輪發電機機座一般采用鋼板焊接而成。對機座的要求，除了使安裝、運輸方板焊接而成。對機座的要求，除了使安裝、運輸方便外，還需要有足夠的強度和剛度。便外，還需要有足夠的強度和剛度。 正常和故障時能承受可能發生的最大應力，保證不正常和故障時能承受可能發生的最大應力，保證不產生不允許的變形。產生不允許的變形。汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-130 端蓋的作用端蓋的作用: :保護定子和轉子的端部，使電機內形成保護定子和轉子的端部，使電機內形成一個與外界隔絕的風路系統。一個與外界隔絕的風路系統。 一般用鋼板焊接結構，也可采用灰鑄鐵或硅鋁合金一般用鋼板焊接結構，也可采用

18、灰鑄鐵或硅鋁合金鑄件，中等容量的電機端蓋也有采用玻璃鋼壓制的。鑄件，中等容量的電機端蓋也有采用玻璃鋼壓制的。 有足夠的剛度。有足夠的剛度。 大型同步電機，由于端部漏磁通較大，所以固定端大型同步電機，由于端部漏磁通較大，所以固定端蓋的螺栓宜加以絕緣，以防止漏磁通引起的渦流流蓋的螺栓宜加以絕緣，以防止漏磁通引起的渦流流過螺栓而使其發熱。過螺栓而使其發熱。 （1）機座和端蓋）機座和端蓋汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-131汽輪發電機結構汽輪發電機結構 定子鐵心由定子鐵心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的電工鋼或其它厚度的電工鋼片疊成。各段疊片間有寬約片疊成。各段疊片間有寬約10mm的

19、通風槽，以改善的通風槽，以改善定子鐵心散熱。定子鐵心散熱。 定子外徑較小時，采用圓形沖片，外徑大于定子外徑較小時，采用圓形沖片，外徑大于1m 時，采用扇形沖片，目的是減少漏磁，防止渦流引時，采用扇形沖片，目的是減少漏磁，防止渦流引起過熱。起過熱。 定子鐵心兩端用非磁性材料定子鐵心兩端用非磁性材料壓板將其壓緊，將整個鐵心固定壓板將其壓緊，將整個鐵心固定在定子機座上。在定子機座上。 沿定子鐵心內圓表面的槽內沿定子鐵心內圓表面的槽內放置三相定子繞組。放置三相定子繞組。（2）定子鐵心）定子鐵心2021-12-132 （2）定子鐵心）定子鐵心2021-12-133（3）定子繞組）定子繞組也稱也稱電樞繞組

20、電樞繞組，一般采用雙層三相對稱繞組。，一般采用雙層三相對稱繞組。為便于繞組下線，定子槽采用矩形開口槽，定子繞組為便于繞組下線，定子槽采用矩形開口槽，定子繞組放入槽中后，槽口用槽楔封住，槽楔常用絕緣材料放入槽中后，槽口用槽楔封住，槽楔常用絕緣材料(如如玻璃布板玻璃布板)做成。做成。汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-134汽輪發電機的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣汽輪發電機的電壓較高，要求定子繞組有足夠的絕緣強度，一般采用強度，一般采用 B 級或級或 F 級絕緣。級絕緣。（3）定子繞組）定子繞組大型電機定子電流極大，繞組導線截面大。為減小導大型電機定子電流極大，繞組導線截面大。為減小

21、導體集膚效應帶來的附加損耗，定子繞組常由多股截面體集膚效應帶來的附加損耗，定子繞組常由多股截面15平方毫米以下的扁銅線并繞而成，且沿槽長進行適平方毫米以下的扁銅線并繞而成，且沿槽長進行適當的換位，使繞組的有效部分，有時甚至連同繞組的當的換位，使繞組的有效部分，有時甚至連同繞組的端接部分，成為編織形。端接部分，成為編織形。汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-135定子繞組下線定子繞組端部定子繞組下線定子繞組端部 2021-12-1362021-12-137定子端部定子端部 2021-12-1382轉子轉子汽輪發電機結構汽輪發電機結構l轉子組成轉子組成 轉子鐵芯轉子鐵芯 勵磁繞組勵磁繞組

22、阻尼繞組阻尼繞組 緊固件緊固件 風扇風扇l 功能：傳遞原動機供給的機械能、支撐旋轉的勵磁功能：傳遞原動機供給的機械能、支撐旋轉的勵磁線圈、形成良好的磁通路徑和轉子散熱通道，因此線圈、形成良好的磁通路徑和轉子散熱通道，因此對轉子結構、材料和加工工藝要求較高。對轉子結構、材料和加工工藝要求較高。2021-12-139轉子繞組的通風口轉子繞組的通風口 護環護環 中心環中心環 風扇風扇 汽輪發電機轉子外形汽輪發電機轉子外形 2021-12-1402021-12-141（1）轉子鐵心）轉子鐵心 既有良好導磁性能，又有足夠機械強度和剛度，最既有良好導磁性能，又有足夠機械強度和剛度，最關鍵部件之一。關鍵部件

23、之一。 一般采用優質合金鋼鍛制，鐵心上開有兩組對稱的一般采用優質合金鋼鍛制，鐵心上開有兩組對稱的槽，槽與槽之間的部分稱為槽，槽與槽之間的部分稱為齒齒，有兩個齒特別寬稱，有兩個齒特別寬稱為為大齒大齒，其余的叫，其余的叫小齒小齒。小齒嵌放勵磁線圈，大齒。小齒嵌放勵磁線圈，大齒形成磁極。形成磁極。 大型電機為了加強轉子表面冷卻，大齒區也開有一大型電機為了加強轉子表面冷卻，大齒區也開有一些較小的槽并不安放線圈，只作通風用，這種槽稱些較小的槽并不安放線圈，只作通風用，這種槽稱為通風槽。為通風槽。 汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-142轉子鐵心轉子鐵心 2021-12-143 大型兩極汽輪發電

24、機轉子，當長度與直徑的比值較大型兩極汽輪發電機轉子，當長度與直徑的比值較大時，為了減小倍頻振動的影響，常在大齒部分沿大時，為了減小倍頻振動的影響，常在大齒部分沿軸向每隔一定距離開有徑向月牙槽，使大齒方向與軸向每隔一定距離開有徑向月牙槽，使大齒方向與小齒方向的剛度盡可能接近。小齒方向的剛度盡可能接近。 有的電機在大齒開有槽，內裝阻尼繞組有的電機在大齒開有槽，內裝阻尼繞組(damping windings)，阻尼繞組構成自行短接的半鼠籠結構，阻尼繞組構成自行短接的半鼠籠結構，用來改善發電機的穩定運行。用來改善發電機的穩定運行。 （1）轉子鐵心）轉子鐵心汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-1

25、44轉子鐵心結構轉子鐵心結構 2021-12-145（2）勵磁繞組）勵磁繞組汽輪發電機結構汽輪發電機結構由矩形絕緣扁銅線繞成同心式線圈，兩線圈邊分別由矩形絕緣扁銅線繞成同心式線圈，兩線圈邊分別放在大齒兩側所開的槽內，所有線圈串聯。放在大齒兩側所開的槽內，所有線圈串聯。勵磁繞組構成電機直流回路，通過電刷與外電路連勵磁繞組構成電機直流回路，通過電刷與外電路連 接。接。各線圈匝間有絕緣，對地也有各線圈匝間有絕緣，對地也有 絕緣。絕緣。2021-12-1462021-12-147（3）護環和中心環）護環和中心環 汽輪發電機轉子繞組的端部在高速旋轉中將承受巨汽輪發電機轉子繞組的端部在高速旋轉中將承受巨大

26、的離心力，并在通過勵磁電流時產生熱膨脹，造大的離心力，并在通過勵磁電流時產生熱膨脹，造成徑向和軸向位移成徑向和軸向位移護環用來套在轉子繞組瑞部外護環用來套在轉子繞組瑞部外面，防止徑向位移面，防止徑向位移，而，而中心環則用來阻止軸向位移中心環則用來阻止軸向位移。 為了避免因護環偏心引起的振動以及不對稱運行或為了避免因護環偏心引起的振動以及不對稱運行或異步運行時因轉子表面感應電流引起配合面上的電異步運行時因轉子表面感應電流引起配合面上的電灼傷，要求灼傷，要求護環與轉子本體、護環與中心環之間有護環與轉子本體、護環與中心環之間有較緊密的配合較緊密的配合。 汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-1

27、48轉子繞組的通風口轉子繞組的通風口 護環護環 中心環中心環 風扇風扇 汽輪發電機轉子外形汽輪發電機轉子外形 2021-12-149轉子線圈裝配轉子線圈裝配2021-12-150發電機轉子裝配發電機轉子裝配2021-12-151汽輪發電機結構汽輪發電機結構一種短路繞組，大型電機有。一種短路繞組，大型電機有。由放在槽楔下的銅條和轉子兩端銅環焊接成閉合由放在槽楔下的銅條和轉子兩端銅環焊接成閉合回路。回路。作用：在同步發電機短路或不對稱運行時，利用作用：在同步發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作用；發電機振其感應電流來削弱負序旋轉磁場作用；發電機振蕩時起阻尼作用，使振蕩衰減。

28、蕩時起阻尼作用，使振蕩衰減。u阻尼繞組阻尼繞組2021-12-152l 冷卻系統封閉，冷卻介質循環使用。冷卻系統封閉，冷卻介質循環使用。l 常用的冷卻介質有常用的冷卻介質有空氣、氫氣和水空氣、氫氣和水。l 冷卻方式冷卻方式有：有：空氣冷卻；空氣冷卻；水水-氫氫-氫氫，即定子繞組用水冷卻，轉子繞組采用氫，即定子繞組用水冷卻，轉子繞組采用氫內冷，定子鐵心為氫冷；內冷，定子鐵心為氫冷；水水-水水-氫氫，即定子繞組和轉子繞組用水冷卻，定子，即定子繞組和轉子繞組用水冷卻，定子鐵心為氫冷。鐵心為氫冷。 氫氣密度僅為空氣的氫氣密度僅為空氣的1/4，導熱性比空氣好，導熱性比空氣好6倍，倍，冷卻效果比空氣好。冷

29、卻效果比空氣好。 汽輪發電機的冷卻方式汽輪發電機的冷卻方式2021-12-1535.其他部件其他部件 滑環與電刷：將直流電引入到轉動的勵磁繞組。滑環與電刷：將直流電引入到轉動的勵磁繞組。 滑環或稱滑環或稱集電環集電環，一般用耐磨的鍛鋼制成，表面進行，一般用耐磨的鍛鋼制成，表面進行硬度處理，加工完的滑環表面要求光潔。硬度處理，加工完的滑環表面要求光潔。 汽輪發電機一般采用汽輪發電機一般采用石墨或電化石墨電刷石墨或電化石墨電刷。雖然每種。雖然每種電刷以石墨粉作為主要原料，但是含量和工藝的不同，電刷以石墨粉作為主要原料，但是含量和工藝的不同，在導電率、比重、硬度、強度、伏安特性等方面有不在導電率、比

30、重、硬度、強度、伏安特性等方面有不同的性能。為使兩滑環磨損均勻，在運行中要定期改同的性能。為使兩滑環磨損均勻，在運行中要定期改變滑環的極性。變滑環的極性。汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-1545.其他部件其他部件 電刷放在刷盒內，刷盒內有彈簧給電刷一個均電刷放在刷盒內，刷盒內有彈簧給電刷一個均勻的壓力，勻的壓力， 以防止電刷正運行時發生振動，使以防止電刷正運行時發生振動，使其與滑環間保持有良好的滑動接觸。其與滑環間保持有良好的滑動接觸。 風扇：電機內部通風冷卻一般裝在轉子兩瑞，風扇：電機內部通風冷卻一般裝在轉子兩瑞，當發電機運行時，風扇隨轉子而轉動，使冷卻當發電機運行時，風扇隨轉子

31、而轉動，使冷卻氣體流過線圈和鐵心，帶走熱量。氣體流過線圈和鐵心，帶走熱量。 汽輪發電機結構汽輪發電機結構2021-12-155發電機總裝發電機總裝2021-12-156l 用途：多用于水輪發電機。用途：多用于水輪發電機。容量一定，電機長度轉子直徑水輪機轉速 一般水輪發電機轉子長度一般水輪發電機轉子長度L和定子內徑和定子內徑D之比為之比為0.125-0.07。2021-12-157 水輪發電機水輪發電機(hydro-generator)的主要結構型的主要結構型式有式有臥式、立式和燈泡貫流式臥式、立式和燈泡貫流式。 通常小容量水輪發電機多采用臥式結構，通常小容量水輪發電機多采用臥式結構，中等容量水

32、輪發電機采用立式或臥式結構，中等容量水輪發電機采用立式或臥式結構，而大容量水輪發電機則廣泛采用立式結構。而大容量水輪發電機則廣泛采用立式結構。 水輪發電機結構水輪發電機結構2021-12-158（a）立式水輪發電機）立式水輪發電機 (b)臥式水輪發電機臥式水輪發電機 (c) 燈泡貫流式水輪發電機燈泡貫流式水輪發電機 水輪發電機的三種結構形式水輪發電機的三種結構形式 2021-12-159 立式水輪發電機分為：懸吊式和傘式。發電機推力立式水輪發電機分為：懸吊式和傘式。發電機推力軸承位于轉子上部的統稱為軸承位于轉子上部的統稱為懸吊式懸吊式，位于轉子下部，位于轉子下部的統稱為的統稱為傘式傘式。 水輪

33、發電機的結構型式對電站主廠房高度、起重機水輪發電機的結構型式對電站主廠房高度、起重機容量、機組本身技術經濟指標、運行穩定性以及檢容量、機組本身技術經濟指標、運行穩定性以及檢修等方面都有直接影響，必須立足全局，對各種因修等方面都有直接影響，必須立足全局，對各種因素加以綜合考慮后作出判斷。素加以綜合考慮后作出判斷。 一般低速大容量水輪發電機采用傘式，因為傘式機一般低速大容量水輪發電機采用傘式，因為傘式機組總高度比懸吊式低，可降低電站主廠房高度和減組總高度比懸吊式低，可降低電站主廠房高度和減輕機組重量。輕機組重量。 水輪發電機結構水輪發電機結構2021-12-160 傘式機組推力軸承直徑較大，軸承損

34、耗比懸吊式大。傘式機組推力軸承直徑較大，軸承損耗比懸吊式大。 懸吊式機組適用于中、高速機組，優點是：機組徑懸吊式機組適用于中、高速機組，優點是：機組徑向機械穩定性較好、軸承損耗較小和維護檢修方便。向機械穩定性較好、軸承損耗較小和維護檢修方便。 水輪發電機起動和投入并聯所需時間較短，運行調水輪發電機起動和投入并聯所需時間較短，運行調度較靈活，電力系統中，除可用來擔負基本負載外，度較靈活，電力系統中，除可用來擔負基本負載外，還常用作調峰或作調相運行。還常用作調峰或作調相運行。 一般采用空氣冷卻，容量相當大的發電機才考慮采一般采用空氣冷卻，容量相當大的發電機才考慮采用水內冷卻方式。用水內冷卻方式。

35、水輪發電機結構水輪發電機結構2021-12-161水輪發電機結構水輪發電機結構 轉子轉子 定子定子 機架機架 推力軸承推力軸承2021-12-162 1.定子定子水輪發電機結構水輪發電機結構 機座機座 定子鐵心定子鐵心 定子繞組定子繞組2021-12-163 定子鐵心：定子鐵心：扇形硅鋼片疊成。鐵心在疊裝過程中將扇形硅鋼片疊成。鐵心在疊裝過程中將每層扇形片間接縫錯開。厚度每層扇形片間接縫錯開。厚度3060mm留出一冷卻留出一冷卻風道。鐵心固定在機座內圓支持筋上，機座外殼與風道。鐵心固定在機座內圓支持筋上，機座外殼與鐵心外圓之間留有通風道。鐵心內圓均勻分布有槽，鐵心外圓之間留有通風道。鐵心內圓均

36、勻分布有槽，槽內放置定子繞組。槽內放置定子繞組。 定子繞組：定子繞組：水輪發電機極數較多，每極每相槽數較水輪發電機極數較多，每極每相槽數較小，為了改替電動勢波形，廣泛采用小，為了改替電動勢波形，廣泛采用分數槽繞組分數槽繞組。對于大容量的水輪發電機，為節省極間連接線一對于大容量的水輪發電機，為節省極間連接線一般采用單匝波繞組，因此上、下層導線可用兩根線般采用單匝波繞組，因此上、下層導線可用兩根線棒分別制造，嵌線后再連接起來。棒分別制造，嵌線后再連接起來。 1.定子定子水輪發電機結構水輪發電機結構2021-12-164水輪發電機定子分段鐵心水輪發電機定子分段鐵心 2021-12-165三峽電站發電

37、機定子三峽電站發電機定子2021-12-1662.轉子轉子 凸極式，直徑大，軸向長度相對較短，整個轉子呈凸極式，直徑大，軸向長度相對較短，整個轉子呈扁盤形。扁盤形。 帶阻尼繞組的凸帶阻尼繞組的凸極同步機轉子極同步機轉子 水輪發電機結構水輪發電機結構2021-12-1672021-12-168三峽電站發電機轉子三峽電站發電機轉子(1100t) 2021-12-169 重重792t、直徑為、直徑為16.9m的的1、2發電機轉子發電機轉子葛洲壩大江電廠主發電機葛洲壩大江電廠主發電機2021-12-1702.轉子轉子水輪發電機結構水輪發電機結構 轉軸轉軸 勵磁線圈勵磁線圈 轉子支架轉子支架 磁軛磁軛

38、磁極磁極2021-12-1712.轉子轉子水輪發電機結構水輪發電機結構大中型采用空心，高強度鋼鍛造而成。大中型采用空心，高強度鋼鍛造而成。u轉軸轉軸1-1.5mm1-1.5mm鋼板沖片疊成。鋼板沖片疊成。u磁極磁極采用絕緣扁銅線繞制，套裝在極上。采用絕緣扁銅線繞制，套裝在極上。u勵磁繞組勵磁繞組2021-12-1722.轉子轉子水輪發電機結構水輪發電機結構 裝在極靴部位，減少并聯運行時轉子振蕩的振幅，裝在極靴部位，減少并聯運行時轉子振蕩的振幅，中小容量電機磁極鐵心是整體的，一般無阻尼繞組。中小容量電機磁極鐵心是整體的，一般無阻尼繞組。u阻尼繞組阻尼繞組 磁軛是磁路的一部分，磁極固定在其圓柱表面

39、，磁磁軛是磁路的一部分，磁極固定在其圓柱表面，磁軛和轉子間用支架支撐。軛和轉子間用支架支撐。u磁軛與支架磁軛與支架2021-12-1732.轉子轉子水輪發電機結構水輪發電機結構l導軸承：約束軸線位移和防止軸擺動，承受徑導軸承：約束軸線位移和防止軸擺動，承受徑向力。向力。l推力軸承：承受轉動部分全部重量及軸向水推推力軸承：承受轉動部分全部重量及軸向水推力，水輪機關鍵部件。力，水輪機關鍵部件。u 軸承軸承2021-12-174磁極與磁軛的連接磁極與磁軛的連接 凸極同步電機的轉子磁極與轉子繞組凸極同步電機的轉子磁極與轉子繞組 水輪發電機也有滑環、電刷、風扇以及相應的水輪發電機也有滑環、電刷、風扇以及

40、相應的冷卻裝置。冷卻裝置。 2021-12-175第三節第三節 大型同步發電機的基本系統大型同步發電機的基本系統 一一. 同步發電機的絕緣與冷卻同步發電機的絕緣與冷卻 發電機運行時，由于繞組中的電流和磁路中交變的發電機運行時，由于繞組中的電流和磁路中交變的磁場會產生熱量使發電機發熱，溫度升高，隨著發磁場會產生熱量使發電機發熱，溫度升高，隨著發電機單機容量的增加，溫升也越來越高。由于鐵心電機單機容量的增加，溫升也越來越高。由于鐵心沖片的絕緣和線圈絕緣允許溫度的限制，因此發電沖片的絕緣和線圈絕緣允許溫度的限制，因此發電機必須加以冷卻。機必須加以冷卻。 2021-12-176u定子繞組和轉子繞組絕緣

41、定子繞組和轉子繞組絕緣（1）定子繞組絕緣）定子繞組絕緣 匝間、層間、對地匝間、層間、對地(槽絕緣槽絕緣)及連接線和引出線的絕及連接線和引出線的絕緣。緣。l匝間絕緣：根據不同電壓等級，采用聚酯漆包雙玻匝間絕緣：根據不同電壓等級，采用聚酯漆包雙玻璃絲包線或聚酰亞胺薄膜包雙玻璃絲包線。璃絲包線或聚酰亞胺薄膜包雙玻璃絲包線。l層間絕緣：用玻璃布板做成的層間墊條來實現。層間絕緣：用玻璃布板做成的層間墊條來實現。l對地絕緣和連接線及引出線絕緣：采用環氧玻璃粉對地絕緣和連接線及引出線絕緣：采用環氧玻璃粉云母多膠帶。云母多膠帶。1同步發電機的絕緣系統同步發電機的絕緣系統2021-12-177（2）轉子繞組絕緣

42、）轉子繞組絕緣 主要有匝間絕緣、對地絕緣和引出線絕緣。主要有匝間絕緣、對地絕緣和引出線絕緣。l 匝間絕緣：導線本身的雙玻璃絲包線或環氧玻璃坯匝間絕緣：導線本身的雙玻璃絲包線或環氧玻璃坯布。布。l 對地絕緣：用環氧玻璃坯布和醇酸云母板構成。對地絕緣：用環氧玻璃坯布和醇酸云母板構成。l 引出線絕緣：常用黃玻璃漆布管。引出線絕緣：常用黃玻璃漆布管。 u定子繞組和轉子繞組絕緣定子繞組和轉子繞組絕緣1同步發電機的絕緣系統同步發電機的絕緣系統2021-12-178以以B級絕緣為例：級絕緣為例：l定子繞組溫升限度為定子繞組溫升限度為80C ，電阻法測量。，電阻法測量。l勵磁繞組溫升限度為勵磁繞組溫升限度為8

43、0C，電阻法測量。，電阻法測量。l鐵心溫度限度為鐵心溫度限度為80C，溫度計法測量。，溫度計法測量。l集電環溫升限度為集電環溫升限度為80C，溫度計法測量。，溫度計法測量。 2同步發電機的溫升要求同步發電機的溫升要求2021-12-179u300MW水氫氫機組水氫氫機組水系統水系統l定子繞組導線：空心和定子繞組導線：空心和實心導線的組合形式。實心導線的組合形式。l冷卻水進入發電機勵端冷卻水進入發電機勵端的的匯水總管匯水總管，經定子繞組，經定子繞組空心導線，冷卻定子繞組，空心導線，冷卻定子繞組，然后，從汽端匯水總管流然后，從汽端匯水總管流出，經水箱、水泵、水冷出，經水箱、水泵、水冷器、過濾器重新

44、回到發電器、過濾器重新回到發電機勵端的匯水總管。機勵端的匯水總管。3.同步發電機的冷卻系統同步發電機的冷卻系統2021-12-180 冷卻水系統功能：冷卻水系統功能：保證向定子繞組不間斷供保證向定子繞組不間斷供水，監視水壓、流量和電導率等參數。系統水，監視水壓、流量和電導率等參數。系統還設有自動水溫調節器，以調節定子冷卻水還設有自動水溫調節器，以調節定子冷卻水溫度，使之保持基本穩定；設置了離子交換溫度，使之保持基本穩定；設置了離子交換器，用以提高定子冷卻水的水質。器，用以提高定子冷卻水的水質。 3.同步發電機的冷卻系統同步發電機的冷卻系統2021-12-181u300MW水氫氫機組氫系統水氫氫

45、機組氫系統 發電機定子機座、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦及發電機定子機座、端蓋、氫氣冷卻器、密封瓦及氫氣管路構成全封閉氣密結構。氫氣管路構成全封閉氣密結構。 熱氫通過發電機氫氣熱氫通過發電機氫氣冷卻器由循環水冷卻。冷卻器由循環水冷卻。 滿足發電機充氫、自動滿足發電機充氫、自動補氫、排氫以及中間氣體補氫、排氫以及中間氣體介質置換工作的要求，應介質置換工作的要求，應能自動監測和保持氫氣的能自動監測和保持氫氣的壓力、規定純度、冷氫溫壓力、規定純度、冷氫溫度、干燥度等。度、干燥度等。 3.同步發電機的冷卻系統同步發電機的冷卻系統2021-12-182u300MW水氫氫機組密封油系統水氫氫機組密封油系統氫氣

46、是一種良好的冷卻介質，但易燃易爆，所以必須氫氣是一種良好的冷卻介質，但易燃易爆，所以必須很好的密封，因此很好的密封，因此采用氫氣冷卻的發采用氫氣冷卻的發電機必須相應設置電機必須相應設置密封裝置，用于阻密封裝置，用于阻止氫氣外泄和空氣止氫氣外泄和空氣的漏入。的漏入。3.同步發電機的冷卻系統同步發電機的冷卻系統2021-12-183 勵磁系統勵磁系統(field system)：同步電機運行時為了建立：同步電機運行時為了建立勵磁磁場，轉子繞組必須通入直流電流，供給同步勵磁磁場，轉子繞組必須通入直流電流，供給同步機轉子勵磁電流的整個系統，包括裝置和線路稱為機轉子勵磁電流的整個系統，包括裝置和線路稱為

47、勵磁系統。勵磁系統。 同步電機的運行可靠性與其勵磁統有十分密切的關同步電機的運行可靠性與其勵磁統有十分密切的關系，現代同步電機的發展對勵磁系統提出越來越高系，現代同步電機的發展對勵磁系統提出越來越高的要求。為此，近年來同步電機勵磁磁系統所采用的要求。為此，近年來同步電機勵磁磁系統所采用的形式，即勵磁方式也日新月異。的形式，即勵磁方式也日新月異。 二、同步發電機的勵磁二、同步發電機的勵磁2021-12-1841 1對勵磁系統的要求對勵磁系統的要求 正常運行時供給勵磁電流，維持端電壓或電網電壓值正常運行時供給勵磁電流，維持端電壓或電網電壓值或并聯運行機組之間的無功功率分配，隨負載變化，或并聯運行機

48、組之間的無功功率分配，隨負載變化，勵磁電流能相應調節。勵磁電流能相應調節。 系統電壓嚴重下降時（如發生短路故障等），能強行系統電壓嚴重下降時（如發生短路故障等），能強行勵磁（簡稱強勵）提高電動勢，保持電壓穩定。勵磁（簡稱強勵）提高電動勢，保持電壓穩定。 突然丟負荷時，如水輪機組轉速明顯升高，能強行減突然丟負荷時，如水輪機組轉速明顯升高，能強行減磁，限制端電壓過度增高。磁，限制端電壓過度增高。 電機內部發生短路故障時，能快速滅磁和減磁，以減電機內部發生短路故障時，能快速滅磁和減磁，以減小故障的損壞程度。小故障的損壞程度。 兩臺以上并列運行發電機能成組調節無功功率，使無兩臺以上并列運行發電機能成組

49、調節無功功率，使無功合理分配。功合理分配。 迅速，可靠，結構簡單，損耗小，成本低，體積小等。迅速，可靠，結構簡單，損耗小，成本低，體積小等。 二、同步發電機的勵磁二、同步發電機的勵磁2021-12-1852勵磁方式勵磁方式（1）直流勵磁機勵磁）直流勵磁機勵磁以直流發電機作為勵磁電源，在同步發電機發展的早以直流發電機作為勵磁電源，在同步發電機發展的早期歷史，首先獲得應用。期歷史，首先獲得應用。目前中、小型發電機還有一部分采用這種勵磁方式。目前中、小型發電機還有一部分采用這種勵磁方式。直流勵磁機與同步發電機同軸，采用并勵或他勵，或直流勵磁機與同步發電機同軸，采用并勵或他勵，或負載電流反饋的復式勵磁

50、。他勵接法時，勵磁機的勵負載電流反饋的復式勵磁。他勵接法時，勵磁機的勵磁電流由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發電機磁電流由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發電機供給。供給。二、同步發電機的勵磁二、同步發電機的勵磁2021-12-186直流勵磁機勵磁直流勵磁機勵磁 2021-12-187（2）靜止整流器勵磁）靜止整流器勵磁 主發電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機同軸。副主發電機、交流主勵磁機和交流副勵磁機同軸。副勵磁機勵磁電流開始由外部直流電源提供，待電壓建勵磁機勵磁電流開始由外部直流電源提供，待電壓建立起來后轉為自勵立起來后轉為自勵(有時采用永磁發電機有時采用永磁發電機)。副勵磁機。副勵磁機輸出電流經靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機，輸出電流經靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機，主勵磁機交流輸出電流經靜止三相橋式硅整流器整流主勵磁機交流輸出電流經靜止三相橋式硅整流器整流后供給主發電機的勵磁繞組。后供給主發電機的勵磁繞組。2勵磁方式勵磁方式二、同步發電機的勵磁二、同步發電機的勵磁2021-12-188靜止整流勵磁系統靜止整流勵磁系統 2021-12-189（3）旋轉整流器勵磁）旋轉整流器勵磁 靜止整流器