大型发电机结构综述

1、1定子定子 2凸极式转子凸极式转子 气隙不均匀，极弧气隙不均匀，极弧底下气隙较小，极间部底下气隙较小，极间部分较大。分较大。凸极式电机结构特点凸极式电机结构特点2022-3-152 转子上没有凸出转子上没有凸出的磁极，气隙均匀，的磁极，气隙均匀，转子呈圆柱形。转子呈圆柱形。1定子定子 3隐极式转子隐极式转子隐极式电机结构特点隐极式电机结构特点2022-3-153l电源频率固定电源频率固定 转子结构与转速有关转子结构与转速有关 火电厂和核电站的汽轮机拖动的发电机，转速高，转子宜作成细而长的隐极式，这种发电机通常称为汽轮发电机。 核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于

2、蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。 水轮机拖动的发电机，转速低，因而要求有较多的磁极，转子宜作成短而胖的凸极式。 凸极式和隐极式电机应用场合凸极式和隐极式电机应用场合2022-3-154pfn60火电厂火电厂(heat-engine plant)的生产现场的生产现场汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1552022-3-156l 用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为用途：多用于汽轮发电机，一般为两极，转速为3000r/min。一般汽轮发电机转子长度一般汽轮发电机转子长度L和定子内径和定子内径D之比为之比为2-6.5。2022-3-1571、定子铁心

3、 2、定子绕组 3、机座 4、端盖 5、转子铁芯 6、转子绕组（励磁绕组） 7、阻尼绕组 8、护环和中心环 9、集电环 10、风扇汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-158汽轮发电机结构汽轮发电机结构 定子外径较小时，采用圆形冲片，外定子外径较小时，采用圆形冲片，外径大于径大于1m 1m 时，采用扇形冲片，目的是时，采用扇形冲片，目的是减少漏磁，防止涡流引起过热。减少漏磁，防止涡流引起过热。定子铁心两端用非磁性材料压板将其定子铁心两端用非磁性材料压板将其压紧，将整个铁心固定压紧，将整个铁心固定在定子机座上。在定子机座上。沿定子铁心内圆表面的槽内放置三相沿定子铁心内圆表面的槽内放置三相定子

4、绕组。定子绕组。（1）定子铁心2022-3-159作用：？构成电机磁回路和固定定子绕组组成：？为减少铁芯损耗，由为减少铁芯损耗，由0.35mm0.35mm、0.5mm0.5mm硅钢片叠成。各段硅钢片叠成。各段叠片间有宽约叠片间有宽约10mm10mm的通风槽，以改善定子铁心散热。的通风槽，以改善定子铁心散热。 （1）定子铁心2022-3-15（2）定子绕组（电枢绕组）作用：？汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1511产生对称的三相交流电动势，向负载输出三相交流电流，实现机电能量的转换定子绕组由多个线圈组成，每个线圈用多股绝缘铜导线绕制定子绕组由多个线圈组成，每个线圈用多股绝缘铜导线绕制而

5、成。大型发电机由于尺寸大，定子线圈作成半匝式，为冷而成。大型发电机由于尺寸大，定子线圈作成半匝式，为冷却需要，采用空心与实心导线组合的方式构成。却需要，采用空心与实心导线组合的方式构成。.机座内部有冷却风道。汽轮发电机机座一般采用钢板焊接而成。对机座的要求，除了使安装、运输方便外，还需要有足够的强度和刚度。正常和故障时能承受可能发生的最大应力，保证不产生不允许的变形。汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1512机座的作用机座的作用：？：？（3 3）机座）机座固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件，通过固定和支撑定子铁心及定子绕组等部件，通过机座将整个定子安装、固定在基础上。机座将整个定子安装

6、、固定在基础上。 一般用钢板焊接结构，也可采用灰铸铁或硅铝合金铸件，中等容量的电机端盖也有采用玻璃钢压制的。 有足够的刚度。 大型同步电机，由于端部漏磁通较大，所以固定端盖的螺栓宜加以绝缘，以防止漏磁通引起的涡流流过螺栓而使其发热。 （4）端盖汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1513端盖的作用端盖的作用:?:?保护定子和转子的端部，使电机内形成一个与保护定子和转子的端部，使电机内形成一个与外界隔绝的风路系统。外界隔绝的风路系统。汽轮发电机结构汽轮发电机结构l转子组成转子组成转子铁芯励磁绕组阻尼绕组护环和中心环集电环风扇l 功能：传递原动机供给的机械能、支撑旋转的励磁线圈、功能：传递原

7、动机供给的机械能、支撑旋转的励磁线圈、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此对转子结构、形成良好的磁通路径和转子散热通道，因此对转子结构、材料和加工工艺要求较高。材料和加工工艺要求较高。2022-3-1514转子绕组的通风口转子绕组的通风口 护环护环 中心环中心环 风扇风扇 汽轮发电机转子外形汽轮发电机转子外形 2022-3-1515 一般采用优质合金钢锻制，铁心上开有两组对称的槽，槽与槽之间的部分称为齿，有两个齿特别宽称为大齿，其余的叫小齿。小齿嵌放励磁线圈，大齿形成磁极。 大型电机为了加强转子表面冷却，大齿区也开有一些较小的槽并不安放线圈，只作通风用，这种槽称为通风槽。 汽轮发电机结构汽轮

8、发电机结构2022-3-1516（5）转子铁心作用：？既有良好导磁性能，又有足够机械强度和刚度，构成电机的主磁极 。转子铁心转子铁心 2022-3-1517大型两极汽轮发电机转子，当长度与直径的比值较大时，为了减小振动的影响，常在大齿部分沿轴向每隔一定距离开有径向月牙槽，使大齿方向与小齿方向的刚度尽可能接近。有的电机在大齿开有槽，内装阻尼绕组，阻尼绕组构成自行短接的半鼠笼结构，用来改善发电机的稳定运行。 （5 5）转子铁心）转子铁心汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1518转子铁心结构转子铁心结构 2022-3-1519（6）励磁绕组汽轮发电机结构汽轮发电机结构由矩形绝缘扁铜线绕成同心

9、式线圈，两线圈边分别放在大齿两侧所开的槽内，所有线圈串联。励磁绕组各线圈匝间有绝缘，对地也有 绝缘。2022-3-1520作用：？作用：？构成电机直流回路，通过电刷与外电路连接。2022-3-1521汽轮发电机结构汽轮发电机结构由放在槽楔下的铜条和转子两端铜环焊接成闭合回路。（7）阻尼绕组（一种短路绕组，大型电机有。）2022-3-1522作用：？作用：？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作用；发电机振荡时起阻尼作用，使振荡衰减。组成：？汽轮发电机转子绕组的端部在高速旋转中将承受巨大的离心力，并在通过励磁电流时产生热膨胀，造成径向和轴向位移为了避免因护环偏心引起的

10、振动以及不对称运行或异步运行时因转子表面感应电流引起配合面上的电灼伤，要求护环与转子本体、护环与中心环之间有较紧密的配合。 汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1523（8 8）护环和中心环）护环和中心环护环作用：？护环作用：？中心环作用：？中心环作用：？用来套在转子绕组瑞部外面，防止径向位移用来套在转子绕组瑞部外面，防止径向位移用来阻止轴向位移用来阻止轴向位移。发电机转子装配发电机转子装配2022-3-1524.滑环又称集电环，一般用耐磨的锻钢制成，表面进行硬度处理，加工完的滑环表面要求光洁。 汽轮发电机一般采用石墨或电化石墨电刷。 电刷放在刷盒内，刷盒内有弹簧给电刷一个均匀的压力，

11、以防止电刷正运行时发生振动，使其与滑环间保持有良好的滑动接触。汽轮发电机结构汽轮发电机结构2022-3-1525（9 9）集电环）集电环滑环与电刷作用：?将直流电引入到转动的励磁绕组。（1010）风扇）风扇风扇作用：电机内部通风冷却一般装在转子两瑞，当发电机运行时，风扇随转子而转动，使冷却气体流过线圈和铁心，带走热量。 发电机总装发电机总装2022-3-1527l 用途：多用于水轮发电机。用途：多用于水轮发电机。容量一定，电机长度转子直径水轮机转速 一般水轮发电机转子长度一般水轮发电机转子长度L和定子内径和定子内径D之比为之比为0.125-0.07。2022-3-1528 水轮发电机水轮发电机

12、(hydro-generator)的主要结构型的主要结构型式有式有卧式、立式和灯泡贯流式卧式、立式和灯泡贯流式。 通常小容量水轮发电机多采用卧式结构，通常小容量水轮发电机多采用卧式结构，中等容量水轮发电机采用立式或卧式结构，中等容量水轮发电机采用立式或卧式结构，而大容量水轮发电机则广泛采用立式结构。而大容量水轮发电机则广泛采用立式结构。 水轮发电机结构水轮发电机结构2022-3-1529（a）立式水轮发电机）立式水轮发电机 (b)卧式水轮发电机卧式水轮发电机 (c) 灯泡贯流式水轮发电机灯泡贯流式水轮发电机 水轮发电机的三种结构形式水轮发电机的三种结构形式 2022-3-1530 立式水轮发电

13、机分为：悬吊式和伞式。发电机推力立式水轮发电机分为：悬吊式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为轴承位于转子上部的统称为悬吊式悬吊式，位于转子下部，位于转子下部的统称为的统称为伞式伞式。 水轮发电机的结构型式对电站主厂房高度、起重机水轮发电机的结构型式对电站主厂房高度、起重机容量、机组本身技术经济指标、运行稳定性以及检容量、机组本身技术经济指标、运行稳定性以及检修等方面都有直接影响，必须立足全局，对各种因修等方面都有直接影响，必须立足全局，对各种因素加以综合考虑后作出判断。素加以综合考虑后作出判断。 一般低速大容量水轮发电机采用伞式，因为伞式机一般低速大容量水轮发电机采用伞式，因为伞式机组

14、总高度比悬吊式低，可降低电站主厂房高度和减组总高度比悬吊式低，可降低电站主厂房高度和减轻机组重量。轻机组重量。 水轮发电机结构水轮发电机结构2022-3-1531 伞式机组推力轴承直径较大，轴承损耗比悬吊式大。伞式机组推力轴承直径较大，轴承损耗比悬吊式大。 悬吊式机组适用于中、高速机组，优点是：机组径悬吊式机组适用于中、高速机组，优点是：机组径向机械稳定性较好、轴承损耗较小和维护检修方便。向机械稳定性较好、轴承损耗较小和维护检修方便。 水轮发电机起动和投入并联所需时间较短，运行调水轮发电机起动和投入并联所需时间较短，运行调度较灵活，电力系统中，除可用来担负基本负载外，度较灵活，电力系统中，除可

15、用来担负基本负载外，还常用作调峰或作调相运行。还常用作调峰或作调相运行。 一般采用空气冷却，容量相当大的发电机才考虑采一般采用空气冷却，容量相当大的发电机才考虑采用水内冷却方式。用水内冷却方式。 水轮发电机结构水轮发电机结构2022-3-1532 定子铁心：定子铁心：扇形硅钢片叠成。铁心在叠装过程中将扇形硅钢片叠成。铁心在叠装过程中将每层扇形片间接缝错开。厚度每层扇形片间接缝错开。厚度3060mm留出一冷却留出一冷却风道。铁心固定在机座内圆支持筋上，机座外壳与风道。铁心固定在机座内圆支持筋上，机座外壳与铁心外圆之间留有通风道。铁心内圆均匀分布有槽，铁心外圆之间留有通风道。铁心内圆均匀分布有槽，

16、槽内放置定子绕组。槽内放置定子绕组。 定子绕组：定子绕组：水轮发电机极数较多，每极每相槽数较水轮发电机极数较多，每极每相槽数较小，为了改替电动势波形，广泛采用小，为了改替电动势波形，广泛采用分数槽绕组分数槽绕组。对于大容量的水轮发电机，为节省极间连接线一对于大容量的水轮发电机，为节省极间连接线一般采用单匝波绕组，因此上、下层导线可用两根线般采用单匝波绕组，因此上、下层导线可用两根线棒分别制造，嵌线后再连接起来。棒分别制造，嵌线后再连接起来。 1.定子定子水轮发电机结构水轮发电机结构2022-3-15332.转子转子水轮发电机结构水轮发电机结构大中型采用空心，高强度钢锻造而成。大中型采用空心，高

17、强度钢锻造而成。u转轴转轴1-1.5mm1-1.5mm钢板冲片叠成。钢板冲片叠成。u磁极磁极采用绝缘扁铜线绕制，套装在极上。采用绝缘扁铜线绕制，套装在极上。u励磁绕组励磁绕组2022-3-15342.转子转子水轮发电机结构水轮发电机结构 装在极靴部位，减少并联运行时转子振荡的振幅，装在极靴部位，减少并联运行时转子振荡的振幅，中小容量电机磁极铁心是整体的，一般无阻尼绕组。中小容量电机磁极铁心是整体的，一般无阻尼绕组。u阻尼绕组阻尼绕组 磁轭是磁路的一部分，磁极固定在其圆柱表面，磁磁轭是磁路的一部分，磁极固定在其圆柱表面，磁轭和转子间用支架支撑。轭和转子间用支架支撑。u磁轭与支架磁轭与支架2022

18、-3-15352.转子转子水轮发电机结构水轮发电机结构l导轴承：约束轴线位移和防止轴摆动，承受径导轴承：约束轴线位移和防止轴摆动，承受径向力。向力。l推力轴承：承受转动部分全部重量及轴向水推推力轴承：承受转动部分全部重量及轴向水推力，水轮机关键部件。力，水轮机关键部件。u 轴承轴承2022-3-1536 大型同步发电机的基本系统大型同步发电机的基本系统 一一. 同步发电机的绝缘与冷却同步发电机的绝缘与冷却 发电机运行时，由于绕组中的电流和磁路中交变的发电机运行时，由于绕组中的电流和磁路中交变的磁场会产生热量使发电机发热，温度升高，随着发磁场会产生热量使发电机发热，温度升高，随着发电机单机容量的

19、增加，温升也越来越高。由于铁心电机单机容量的增加，温升也越来越高。由于铁心冲片的绝缘和线圈绝缘允许温度的限制，因此发电冲片的绝缘和线圈绝缘允许温度的限制，因此发电机必须加以冷却。机必须加以冷却。 2022-3-1537u定子绕组和转子绕组绝缘定子绕组和转子绕组绝缘（1）定子绕组绝缘）定子绕组绝缘 匝间、层间、对地匝间、层间、对地(槽绝缘槽绝缘)及连接线和引出线的绝及连接线和引出线的绝缘。缘。l匝间绝缘：根据不同电压等级，采用聚酯漆包双玻匝间绝缘：根据不同电压等级，采用聚酯漆包双玻璃丝包线或聚酰亚胺薄膜包双玻璃丝包线。璃丝包线或聚酰亚胺薄膜包双玻璃丝包线。l层间绝缘：用玻璃布板做成的层间垫条来实

20、现。层间绝缘：用玻璃布板做成的层间垫条来实现。l对地绝缘和连接线及引出线绝缘：采用环氧玻璃粉对地绝缘和连接线及引出线绝缘：采用环氧玻璃粉云母多胶带。云母多胶带。1 1同步发电机的绝缘系统同步发电机的绝缘系统2022-3-1538（2）转子绕组绝缘）转子绕组绝缘 主要有匝间绝缘、对地绝缘和引出线绝缘。主要有匝间绝缘、对地绝缘和引出线绝缘。l 匝间绝缘：导线本身的双玻璃丝包线或环氧玻璃坯匝间绝缘：导线本身的双玻璃丝包线或环氧玻璃坯布。布。l 对地绝缘：用环氧玻璃坯布和醇酸云母板构成。对地绝缘：用环氧玻璃坯布和醇酸云母板构成。l 引出线绝缘：常用黄玻璃漆布管。引出线绝缘：常用黄玻璃漆布管。 u定子绕

21、组和转子绕组绝缘定子绕组和转子绕组绝缘1 1同步发电机的绝缘系统同步发电机的绝缘系统2022-3-1539以以B级绝缘为例：级绝缘为例：l定子绕组温升限度为定子绕组温升限度为80C ，电阻法测量。，电阻法测量。l励磁绕组温升限度为励磁绕组温升限度为80C，电阻法测量。，电阻法测量。l铁心温度限度为铁心温度限度为80C，温度计法测量。，温度计法测量。l集电环温升限度为集电环温升限度为80C，温度计法测量。，温度计法测量。 2 2同步发电机的温升要求同步发电机的温升要求2022-3-1540u300MW水氢氢机组水氢氢机组水系统水系统l定子绕组导线：空心和定子绕组导线：空心和实心导线的组合形式。实心导线的组合形式。l冷却水进入发电机励端冷却水进入发电机励端的的汇水总管汇水总管，经定子绕组，经定子绕组空心导线，冷却定子绕组，空心导线，冷却定子绕组，然后，从汽端汇水总管流然后，从汽端汇水总管流出，经水箱、水泵、水冷出，经水箱、水泵、水冷器、过滤器重新回到发电器、过滤器重新回到发电机励端的汇水总管。机励端的汇水总管。3.3.同步发电机的冷却系统同步发电机的