同步发电机课件之发电机结构

1、同步发电机一、同步发电机的基本工作原理汽轮发电机的主要结构部件包括：定子机座、定子铁芯、定子绕组、转子本体、转子绕组、定子端盖等。图为发电机的总装配图，发电机采用定子空外冷、转子空内冷，密闭空气自通风循环冷却。定子绕组（电枢绕组），是发电机进行能量转换的心脏部位。 定子铁芯是电机的主要部件，它起着构成主磁路和固定定子绕组的重要作用。一般要求导磁性能好，损耗低，刚度好，振动小，并在结构及通风系统布置上能有良好的冷却效果。 发电 机 定子槽 内 结构1槽楔；2波纹板；3热弹性绝缘 汽轮发电机转子的作用是传递汽轮机供给的负载转矩，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、

2、材料、加工工艺要求较高。汽轮发电机转子采用隐极式。 图1.1 发电机结构总图基本结构形式 型式 旋转电枢式： 旋转磁极式： （大部分采用） 只用于小容量电机； 隐极式：气隙均匀，适于高速旋转，与汽轮机组合； 凸极式：气隙不均匀，旋转时阻力大，转速低，与水轮机合 12.2 同步电机的主要结构同步电机的主要结构 与感应电机一样，同步电机也是由定子与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。直流电流后，能产生磁场。 12.2.1 12.2.1 定子：定

3、子： 同步电机的定子有时也称为电枢，由定同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。部件所组成。 同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于直径大于1m时，由于材料标准尺寸的限时，由于材料标准尺寸的限制，必须做成制，必须做成 扇形冲片，然后按圆周拼扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。合起来叠装而成。 如图所示：如图所示：12.2.2 转子：转子： 同步电机的转子有两种结构型式，即凸极同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和

4、隐极式。这是根据定转子之间的气式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。隙的分布情况来定义的。见图：见图：1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。磁极，气隙分布不均匀。2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 区别：对于高速旋转区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子结构的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中

5、安放的凸极式结构。用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。为水轮发电机。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。水论发电机：转速低，采用凸极式。水论发电机：转速低，采用凸极式。 第第6 6章章 同步电机同步电机 什么是同步电机？什么是同步电机？一一.同步电机和异步电机的区别同步电机和异步电机的区别转子绕组结构转子绕组结构感应电机感应电机:三相双层叠绕组或其他交流绕组三相双层叠绕组或其他交流绕组

6、笼式绕组笼式绕组,构成闭合回路构成闭合回路同步电机同步电机:多为同心式绕组，外接直电源多为同心式绕组，外接直电源转子转速和同步转速的关系转子转速和同步转速的关系绕组中的电流绕组中的电流气隙大小的差别气隙大小的差别二、同步电机的运行原理 当励磁绕组通以直流电之后，建立恒定的磁场，转子转速为n时，定子的导体感应交流电动势，其频率是 60spnf mmmsinsin(120 )sin(240 )OAOBOBeEteEteEt三.同步电机的分类 按运行方式和功转换方向：同步发电机 同步电动机 同步调相机 按结构分旋转磁极式 旋转电枢式(小容量) 按磁极的形状分：隐极机 凸极机 按原动机的类别分：汽轮发

7、电机 水轮发电机 柴油发电机 燃汽轮发电机 风力发电机 汽轮发电机转速高、离心力大(p=1,p=2)隐极式 水轮发电机转速低、极数多凸极式6.1.1 同步电机的结构一、隐极同步发电机的基本结构一、隐极同步发电机的基本结构 线棒换位线棒换位 定子电流较大，每槽一般只嵌放两个有效导体定子电流较大，每槽一般只嵌放两个有效导体(线线棒棒)，为减少涡流损耗，每根导体常由多股截面为，为减少涡流损耗，每根导体常由多股截面为15mm2以下的扁铜线并联而成，而有进行编织换位。以下的扁铜线并联而成，而有进行编织换位。左江左江24MW24MW发电机转子在吊装发电机转子在吊装水轮发电机模型三峡左岸电站三峡左岸电站发电

8、机简介 三峡左岸水电站共安装额定容量三峡左岸水电站共安装额定容量700MW700MW的水轮的水轮发电机组发电机组1414台，总装机容量为台，总装机容量为9800MW9800MW。其中其中1#1#、2#2#、3#3#、7#7#、8#8#、9#9#为德国伏伊特水电集团公为德国伏伊特水电集团公司、德国西门子公司、通用电气加拿大国际公司、德国西门子公司、通用电气加拿大国际公司三家联营体，简称司三家联营体，简称VGSVGS生产制造；生产制造；4#4#、5#5#、6#6#、10#10#、11#11#、12#12#、13#13#、14#14#为为ALSTOMALSTOM公司生产制公司生产制造造 左岸发电机简

9、介 三峡左岸电站水轮发电机组为混流式，采用立轴半伞三峡左岸电站水轮发电机组为混流式，采用立轴半伞式三导轴承结构，下导与推力采用推导联合轴承。式三导轴承结构，下导与推力采用推导联合轴承。 机组额定转速机组额定转速75r/min75r/min，额定工作水头为额定工作水头为80.6m80.6m。 发电机冷却方式采用半水冷，即定子绕组采用直接水发电机冷却方式采用半水冷，即定子绕组采用直接水冷，定子铁芯和转子绕组采用空冷的发电机。冷，定子铁芯和转子绕组采用空冷的发电机。 发电机与主变连接采用联合单元接线，发电机出口不发电机与主变连接采用联合单元接线，发电机出口不设断路器，发电机中性点通过接地变压器接地。

10、设断路器，发电机中性点通过接地变压器接地。 机组制动采用电气机组制动采用电气/ /机械制动的方式。机械制动的方式。三峡左岸发电机技术参数序号序号技术名称技术名称ALSTOMALSTOMVGSVGS1 1额定容量（额定容量（MVAMVA）777.8777.8777.8777.82 2最大容量（最大容量（MVAMVA）8408408408403 3额定电压（额定电压（KVKV）202020204 4额定电流（额定电流（A A）22453.822453.822453.822453.85 5额定功率因数额定功率因数0.90.90.90.96 6额定频率（额定频率（HZHZ）505050507 7额定转

11、速（额定转速（r/minr/min）757575758 8每相每相支路数支路数5 55 59 9单相对地电容（单相对地电容（ufuf）1.351.352.032.03发电机各主要部件尺寸序序号号项目项目ALSTOMALSTOMVGSVGS1 1定子直径定子直径20900mm20900mm21420mm21420mm2 2定子铁芯外径定子铁芯外径19690mm19690mm19310mm19310mm3 3定子铁芯内径定子铁芯内径18800mm18800mm18500mm18500mm4 4定子铁芯高度定子铁芯高度2850mm2850mm3130mm3130mm5 5静止时的气隙尺寸静止时的气隙

12、尺寸31.5mm31.5mm32mm32mm6 6转子带磁极直径转子带磁极直径18757mm18757mm18433mm18433mm7 7发电机总重量发电机总重量3459000Kg3459000Kg3143000Kg3143000Kg发电机定子总装配ALSTOM发电机 ALSTOM 发电机定子是由定子机座、定子铁芯和定子绕组等主要部件组成。 定子机座由定子铁芯支撑环、20个垂直的斜元件、垂直筋板以及机座外壁等组成。机座分6瓣，现场组装发电机定子总装配 定子铁芯由硅钢片、齿压定子铁芯由硅钢片、齿压板、压指、压紧螺栓等组板、压指、压紧螺栓等组成。硅钢片厚度为成。硅钢片厚度为0.5mm0.5mm，

13、两面均涂有两面均涂有F F级绝缘漆，叠级绝缘漆，叠成总高度为成总高度为3130mm3130mm，共共4646段叠片堆，段叠片堆，4747个通风槽；个通风槽；铁芯拉紧螺栓位于铁芯叠铁芯拉紧螺栓位于铁芯叠片中部，用绝缘套管与铁片中部，用绝缘套管与铁 芯叠片绝缘，与传统的位芯叠片绝缘，与传统的位于铁芯叠片尾部相比拉紧于铁芯叠片尾部相比拉紧效果好，有利于防止叠片效果好，有利于防止叠片翘曲变形和运行过程中松翘曲变形和运行过程中松动动 。定子绕组设计为三相双层波形绕组，每相5支路并联，共1080根罗贝尔线棒组成。绕组轮换数为1814，每极每相槽数为9/4，节距为13 发电机定子总装配发电机定子总装配发电机

14、定子总装配下层线棒绕包带层间垫条波纹垫条上层线棒环氧垫条内楔外楔发电机定子总装配VGS发电机发电机 vgsvgs 发电机定子是由定子机座、定子铁芯和定子绕组发电机定子是由定子机座、定子铁芯和定子绕组等主要部件组成等主要部件组成。 定子机座分定子机座分3瓣，现场组装瓣，现场组装 定子铁芯由硅钢片、齿压板、压指、压紧螺栓等组定子铁芯由硅钢片、齿压板、压指、压紧螺栓等组成。硅钢片厚度为成。硅钢片厚度为0.5mm0.5mm，两面均涂厚度为两面均涂厚度为7.57.5m mF F级绝缘漆，叠成总高度为级绝缘漆，叠成总高度为3130mm3130mm，共共5252段叠片堆，段叠片堆，5555个通风槽；铁芯拉紧

15、螺栓位于铁芯叠片与定子机个通风槽；铁芯拉紧螺栓位于铁芯叠片与定子机座之间座之间 。 定子绕组设计为三相双层波形绕组，每相定子绕组设计为三相双层波形绕组，每相5 5支路并支路并联，共联，共10201020根罗贝尔线棒组成。根罗贝尔线棒组成。发电机定子总装配 VGS 发 电 机 定 子 铁 芯发电机定子总装配 发电机定子绕组发电机转子 VGSVGS和和ALSTOMALSTOM发电机的转子发电机的转子采用无轴结构，采用无轴结构，由转子支架由转子支架（包括转子中心体和支臂部分）（包括转子中心体和支臂部分） 、磁轭和磁极等部件构成。转子支架为圆盘式磁轭和磁极等部件构成。转子支架为圆盘式结构，在工地进行组

16、装焊接，且设有足够数结构，在工地进行组装焊接，且设有足够数量的孔洞，以满足发电机通风的要求和具有量的孔洞，以满足发电机通风的要求和具有良好的导风性能；良好的导风性能；磁轭由高强度经钝化处理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；磁极包括的冷轧薄钢板组装成的坚实结构；磁极包括磁极铁心磁极绕组和阻尼绕组。磁极铁心磁极绕组和阻尼绕组。发电机转子 VGS发电机转子发电机转子Insulating frames of fiber glassPole winding bracePole clamping type T-dovetailSteel frame to clamp the pole w

17、indingPole windingterminalsPole winding发电机转子 发电机转子励磁电气特性和数据发电机转子励磁电气特性和数据 序号项目ALSTOMVGS1额定励磁电压 447V364V2最大负荷及功率因数为0.9下励磁电压 473V380V3空载励磁电流 2233A2190A4额定负荷下的励磁电流 3917A3779A5励磁绕组绝缘的最高耐压(直流) 8000V5000V6励磁绕组90时的电阻 0.107 0.0964 7励磁绕组对地电容 0.55F 2.6 F 线棒结构 两种发电机采用的是罗贝尔360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 ALS

18、TOM发电机线棒中心导体部分由42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； VGS发电机线棒中心导体部分由24根铜股线，线棒的股间绝缘采用玻璃纤维和优质云母材料。线棒结构ALSTOM发电机水冷部件由6根不锈钢空心导管和2个水箱组成 ；VGS发电机水冷部件由6根铜空心导管，作为中心导体的一部分。ALSTOM发电机线棒的主绝缘采用的是MICADUR F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玻璃纤维带组成。整根线棒由19层此绝

19、缘带连续半叠饶构成，形成后的线棒直线段主绝缘厚度为4.6mm ，斜线段主绝缘厚度为3.7mm。 VGS发电机线棒的主绝缘也采用的是MICADUR F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4.6mm。线棒结构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漆LL17的聚胺脂带子缠绕，厚度约为0.15mm，表面接触电阻变化范围为0.88千欧/平方毫米，线棒端部弯曲段采用高阻防晕层，厚度约为0.9 。线棒结构66.1mm75.3mm75.6mm37.4mm37.1mm27.9mm填充胶防晕层主绝缘0.15mm4.6mm铜股线空心导水管27.9mm35mm37.1mm防晕层

20、空心导水管主绝缘铜股线69.9mm60.7mm68.1mm3.7mm0.9mm 线棒弯曲段截面图 lALSTOM发电机线棒结构 线棒直线段截面图 6.1.3 冷却问题简述 ： 在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。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要，此时必须加迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必须加强通风或采用其他的冷却方式。强通风或采用其他的冷却方式。 1）在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，）在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往往用氢气冷却，但氢气与空气混合后，有爆炸往往用氢气冷却，但氢气与空气混合后，有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。渗入到电机内部。 目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内部目前在