1、16.04.2002Power Generation1Kodierung长动集团电机所：长动集团电机所：黄智毅黄智毅CCJEC培训内容培训内容第一章：同步发电机的基本理论知识第一章：同步发电机的基本理论知识第二章：大型同步发电机的结构第二章：大型同步发电机的结构第三章：同步发电机的冷却系统第三章：同步发电机的冷却系统第四章：同步发电机的测温系统第四章：同步发电机的测温系统第五章：同步发电机的励磁系统第五章：同步发电机的励磁系统第六章：同步发电机有限元分析第六章：同步发电机有限元分析第一章第一章 同步发电机的同步发电机的基本理论知识基本理论知识l同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l
2、同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据l同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线l同步发电机的基本结构部件主要有同步发电机的基本结构部件主要有定子铁心定子铁心(Stator Core)、定子三相对称绕组定子三相对称绕组(Three Phase Winding)、转子铁心转子铁心(Rotor Core)、励磁绕组励磁绕组(Field Winding)、轴承轴承(Bearing)、空冷器空冷器(Air Cooler)和和励磁系统励磁系统(Field System).l基本原理：励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒定基本原理：励磁绕组中通以直流电流励磁，产生恒定的磁场。当原动机的磁场。当原动机(比如
3、汽轮机比如汽轮机)拖动转子以转速拖动转子以转速n旋旋转时，定子绕组导体将切割磁力线转时，定子绕组导体将切割磁力线(Line of magnetic force)，在定子绕组中将感应出交变电动，在定子绕组中将感应出交变电动势势(Alternating electromotive force)。同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l发电机的频率发电机的频率f:当导体经过一对磁极，当导体经过一对磁极，导体中的感应电动势就变化了一个周波，导体中的感应电动势就变化了一个周波，若转子极对数若转子极对数(Number of pole-pairs)为为P，转子旋转一周，导体感应电动势，转子旋转一周
4、，导体感应电动势就变化了就变化了P个周波，设转子转速为个周波，设转子转速为 n，则，则感应电动势的频率为：感应电动势的频率为：f = pn/60。它等它等于发电机的转子在于发电机的转子在1s内旋转的周期数内旋转的周期数(Period).同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理l发电机的转速：决定于输出电流的频率发电机的转速：决定于输出电流的频率和磁极对数，即转速和磁极对数，即转速n=60f/p;当三相对当三相对称绕组称绕组(Symmetrical winding)接有三相接有三相对称负载对称负载(Symmetric load)时，绕组中会时，绕组中会有三相对称电流有三相对称电流(Sym
5、metric current)流流通，形成磁场，其合成磁动势通，形成磁场，其合成磁动势(Resultant magnetic motive force)是一个幅值恒定是一个幅值恒定的旋转磁动势的旋转磁动势.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气隙合成磁场：同步发电机的气隙合成磁场：l转子通入励磁电流转子通入励磁电流(Field current) If,会产生一个随转子同步旋转会产生一个随转子同步旋转(Synchronous rotating)的励磁磁动势的励磁磁动势Ff；定子接入负载时，绕组中会出现；定子接入负载时，绕组中会出现三相对称电流，该电流系统会产生一个磁动势三
6、相对称电流，该电流系统会产生一个磁动势Fa,由于该电流以频率由于该电流以频率f正弦正弦变化，产生的磁动势变化，产生的磁动势Fa与转子同步旋转。于是与转子同步旋转。于是Fa与与Ff在空间相对静止，电在空间相对静止，电机内的气隙磁场将由机内的气隙磁场将由Fa、Ff共同建立，该气隙磁场即共同建立，该气隙磁场即气隙合成磁场气隙合成磁场(Air gap resultant magnetic field)。l由于定、转子磁场均以同步转速由于定、转子磁场均以同步转速(Synchronous speed)旋转，气隙中合成旋旋转，气隙中合成旋转磁场便也按同步转速旋转，和转子绕组之间无相对运动转磁场便也按同步转速
7、旋转，和转子绕组之间无相对运动(Relative motion) ；l同步电机的运行方式，也常用合成旋转磁场与转子磁场之间的相对位置来同步电机的运行方式，也常用合成旋转磁场与转子磁场之间的相对位置来确定。确定。l当转子磁场超前当转子磁场超前(Leading)于定子磁场时，合成的气隙磁场便滞后于定子磁场时，合成的气隙磁场便滞后(Laging)于转子磁场，当转子磁场滞后于定子磁场时，合成的气隙磁场便将超前于于转子磁场，当转子磁场滞后于定子磁场时，合成的气隙磁场便将超前于转子磁场。转子磁场。l 因此同步电机作为发电机运行时，转子磁场轴线因此同步电机作为发电机运行时，转子磁场轴线(Magnetic f
8、ield axis)便超便超前于气隙合成磁场轴线；前于气隙合成磁场轴线；而同步电机作为电动机运行时，转子磁场轴线将而同步电机作为电动机运行时，转子磁场轴线将滞后于气隙合成磁场的轴线。滞后于气隙合成磁场的轴线。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为何叫同步发电机为何叫“同步同步”？ 当同步发电机处于稳态运行时，同步电机转当同步发电机处于稳态运行时，同步电机转子的转速和电网频率之间有不变的关系子的转速和电网频率之间有不变的关系n=60f/p,定子的旋转磁场定子的旋转磁场(Rotating magnetic field)转速等于转子转速，所以称之为同步。转速等于转子转速，所以称
9、之为同步。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输出电动势：同步发电机的输出电动势：1、电动势的波形、电动势的波形l由于主磁场的气隙磁密气隙磁密(Air-gap magnetic flux density)沿圆周按正弦规律按正弦规律分布分布，则定子导体感应电动势感应电动势(Induced electromotive force)随时间按正弦按正弦规律变化规律变化：2、电动势的大小及关系、电动势的大小及关系l 三相定子绕组对称，因此三相 电动势大小相等，相位互差120 电角度。l 设 Em为相电动势l 幅值(Amplitude)，A相初相角为l 0，则：同步发电机的基本工作
10、原理同步发电机的基本工作原理tEtlvBblvesin2sin111)240sin()120sin(sintEetEetEemCmBmAABSNnsC同步发电机的同步发电机的电枢反应电枢反应(Armature reaction)： 当电机带上对称负载后，电枢绕组中的三相当电机带上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，该旋转磁场的电枢电流会产生另一个旋转磁场，该旋转磁场的电枢磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置磁动势的基波在气隙中使气隙磁通的大小及位置均发生变化均发生变化, 这种影响称为电枢反应这种影响称为电枢反应. 简单的说，电枢反应即是简单的说，电枢反应即是电枢磁场电枢
11、磁场(Armature field)对励磁磁场的影响。对励磁磁场的影响。 发电机通过电枢反应实现机电能量转换。发电机通过电枢反应实现机电能量转换。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进相运行同步发电机的进相运行(Phase advance operating) 常规情况下，由于感性负荷常规情况下，由于感性负荷(Inductive load)较多，一般发电机在发出较多，一般发电机在发出有功功率有功功率(Active power)同时，还要发出感性无功功率同时，还要发出感性无功功率(Reactive power)来满足要求，此时发电机增加励磁电压和电流，发电机功率因数来满足
12、要求，此时发电机增加励磁电压和电流，发电机功率因数滞后；但是在高电压滞后；但是在高电压(High pressure)及超高压输电线路及超高压输电线路(Superhigh pressure lines)中，由于线路的电容效应中，由于线路的电容效应(Effect of capacity)大于负荷大于负荷的感性效应，所以要求发电机发出容性无功功率来满足要求。此时发电的感性效应，所以要求发电机发出容性无功功率来满足要求。此时发电机将降低励磁电压和电流，发电机功率因数机将降低励磁电压和电流，发电机功率因数(Power factor)超前运行，也超前运行，也叫进相运行。叫进相运行。 进相运行时由于电机内部
13、的电枢反应为助磁反应进相运行时由于电机内部的电枢反应为助磁反应(Magnetic assist reaction)，会使定子端部漏磁，会使定子端部漏磁(End leakage)增加，从而使端部发热加剧增加，从而使端部发热加剧。国标中要求发电机在进相。国标中要求发电机在进相0.95时能带额定负荷稳定运行。时能带额定负荷稳定运行。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静态稳定性同步发电机的静态稳定性(Static stability) 当电网或电动机偶然发生微小扰动当电网或电动机偶然发生微小扰动(Minimal perturbation)时，若在扰动消失后发电机能自行回时，若
14、在扰动消失后发电机能自行回复到原运行状态稳定运行，则称发电机是静态稳定复到原运行状态稳定运行，则称发电机是静态稳定的；反之，就是不稳定的。的；反之，就是不稳定的。 一般情况下，增大励磁电流和减小同步电抗一般情况下，增大励磁电流和减小同步电抗(Synchronous reactance)(即增大短路比即增大短路比(Short circuit ratio)对提高同步电机的极限功率，从而提对提高同步电机的极限功率，从而提高过载能力高过载能力(Overload capacity)和静态稳定性是有和静态稳定性是有利的。利的。 同步发电机的基本工作原理同步发电机的基本工作原理 发电机的铭牌发电机的铭牌(N
15、ameplate)是电机制造厂向用户介是电机制造厂向用户介绍该台发电机的特点和额定运行数据用的。铭牌上标出的绍该台发电机的特点和额定运行数据用的。铭牌上标出的额定值及内容在选配、使用和维护发电机方面都是非常重额定值及内容在选配、使用和维护发电机方面都是非常重要的，下面将简介同步发电机铭牌上常见的内容和额定值要的，下面将简介同步发电机铭牌上常见的内容和额定值(Rating)。 同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据(铭牌铭牌)1.型号型号列如：列如：QF-30-2（F4049J）“QF”表示汽轮发电机；表示汽轮发电机；“40”表示该电机保证输出的额定功率表示该电机保证输出的额定功率为为30MW
16、；“2”表示转子磁极数量为表示转子磁极数量为2同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据(铭牌铭牌)2 相数相数(Phase)：同步发电机主要为三相或单相同步发电机主要为三相或单相 3 额定容量额定容量(Rated capacity)SN(VA、kVA、MVA等等) 或额定或额定功率功率PN (W、kW、MW等等)：指发电机输出功率的保证值。：指发电机输出功率的保证值。发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的最少容量。定配套原动机的最少容量。4 额定电压额定电压(Rated voltage) UN(V、kV等等
17、)：指额定运行时定子输：指额定运行时定子输出端的线电压。如出端的线电压。如6.3kV，10.5kV，13.8kV，15.7kV等等.5 额定电流额定电流(Rated current)IN (A、kA) ：指额定运行时定子的线：指额定运行时定子的线电流电流(该值和输出功率该值和输出功率(Power output)及额定电压有关及额定电压有关)。同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据(铭牌铭牌)6 额定功率因数额定功率因数(Rated power factor)cos N：额定运行时电机的：额定运行时电机的功率因数。如功率因数。如0.8、0.85等。等。(F4049J为为0.8)7 额定频率额定
18、频率(Rated frequency)fN：额定运行时电机电枢输出端：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz。8 额定转速额定转速(Rated speed)nN ：额定运行时电机的转速，即同步：额定运行时电机的转速，即同步转速。汽轮发电机一般转速。汽轮发电机一般nN =3000r/min.9 额定效率额定效率(Rated efficiency)：指发电机在额定工作状态下运行：指发电机在额定工作状态下运行时的效率。时的效率。 同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据(铭牌铭牌)10 额定温升额定温升(Rated temperature
19、 rise)： 指发电机长期正常运行指发电机长期正常运行时，电机某部分的最高温度与规定入口处风温的差值。由于发时，电机某部分的最高温度与规定入口处风温的差值。由于发电机在运行中其绝缘材料会逐渐老化，而对绝缘老化影响最大电机在运行中其绝缘材料会逐渐老化，而对绝缘老化影响最大的就是绝缘材料所处的温度。绝缘材料受热后所受温度愈高则的就是绝缘材料所处的温度。绝缘材料受热后所受温度愈高则老化愈快、寿命愈短。因此，必须严格规定发电机的允许温度老化愈快、寿命愈短。因此，必须严格规定发电机的允许温度和额定温升，使之不超过允许值，以保证发电机能安全正常运和额定温升，使之不超过允许值，以保证发电机能安全正常运行而
20、不致影响使用寿命。行而不致影响使用寿命。11 额定励磁电压额定励磁电压(Rated field voltage)：指发电机正常发电时，：指发电机正常发电时，其励磁绕组两端应保证的电压值。其励磁绕组两端应保证的电压值。 12 额定励磁电流额定励磁电流(Rated field current) ：指发电机正常发电时，：指发电机正常发电时，进入其励磁绕组内电流的保证值。进入其励磁绕组内电流的保证值。 同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据(铭牌铭牌)13 额定励磁功率额定励磁功率(Rated field power)：指发电机正常满负载发：指发电机正常满负载发电时，应提供其励磁绕组足够的励磁功率。
21、电时，应提供其励磁绕组足够的励磁功率。 14 绝缘等级绝缘等级(Insulation class)： 规定以发电机所使用的绝缘材规定以发电机所使用的绝缘材料耐热等级料耐热等级(Heat resisting class)作为发电机的绝缘等级。同步作为发电机的绝缘等级。同步发电机常用的绝缘材料有发电机常用的绝缘材料有E级、级、B级、级、F级，其允许温度依次分级，其允许温度依次分别为别为115、130、155。同步发电机的额定数据同步发电机的额定数据(铭牌铭牌)F4049J铭牌数据铭牌数据(Nameplate data)：额定功率：额定功率：30000 kW 额定励磁电流：额定励磁电流：370A额定
22、电压：额定电压：10500 V 额定功率因数：额定功率因数： 0.8额定电流：额定电流：2062 A 接线法：接线法：YY型型额定频率：额定频率：50Hz 额定转速额定转速: 3000 r/min绝缘等级绝缘等级/使用等级：使用等级：F/B同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线什么是同步发电机特性？什么是同步发电机特性？同步发电机在转速保持恒定、负载功率因数保同步发电机在转速保持恒定、负载功率因数保持持 不变的情况下，有三个主要变量，即：端不变的情况下，有三个主要变量，即：端电压电压U、负、负 载电流载电流Ia以及励磁电流以及励磁电流If。三个量。三个量中确定一个量不变，其他两个量相随变化的
23、函中确定一个量不变，其他两个量相随变化的函数关系，称为同步电机的特性。数关系，称为同步电机的特性。基本特性基本特性运行特性运行特性同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线一、空载特性一、空载特性n=nN，Ia=0，E0=f(If)空载特性是发电机的基本特性之一。空载特性是发电机的基本特性之一。它 一 方 面 表 征 了 磁 路 的 饱 和它 一 方 面 表 征 了 磁 路 的 饱 和(Magnetic circuit saturation)情况，情况，另一方把它和短路特性另一方把它和短路特性(Short circuit characteristic)、零功率因数、零功率因数负载特性负载特性(L
24、oad characteristic)配合，配合，可确定电机的基本参数、额定励磁可确定电机的基本参数、额定励磁电流和电压变化率等。电流和电压变化率等。实际生产中，它还可以检实际生产中，它还可以检查三相查三相 电枢绕组的对称性、电枢绕组的对称性、匝间短路匝间短路(Interturn short circuit)、判、判 断励磁绕组和断励磁绕组和定子铁心有无故障等定子铁心有无故障等NU00, EFIf,0fIo空载特性空载特性 NU气隙线气隙线同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线一、空载特性一、空载特性n=nN，Ia=0，E0=f(If)空 载 特 性空 载 特 性 ( N o l o a d
25、 characteristic)可以用空载试验可以用空载试验测 出 。 试 验 时 ， 电 枢 开 路测 出 。 试 验 时 ， 电 枢 开 路(Open circuit) (空载空载)， 用原动用原动机机(Prime mover)把被试同步电把被试同步电机拖动到同步转速，改变励磁机拖动到同步转速，改变励磁电流电流If，并记，并记 取相应的电枢端取相应的电枢端电压电压U0 (空载时即等于空载时即等于E0，直，直到到U01.25UN左右，左右， 可得空载可得空载特性曲线特性曲线 。NU00, EFIf,0fIo空载特性空载特性 NU气隙线气隙线同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线一、空载特性
26、一、空载特性n=nN，Ia=0，E0=f(If)当励磁电流较小时，当励磁电流较小时，由于磁通较小，电机由于磁通较小，电机磁路没有饱和，空载磁路没有饱和，空载特性呈直线（将其延特性呈直线（将其延长后的射线称为（气长后的射线称为（气隙线）磁势主要消耗隙线）磁势主要消耗在气隙上；在气隙上；NU00, EFIf,0fIo空载特性空载特性 NU气隙线气隙线同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线一、空载特性一、空载特性n=nN，Ia=0，E0=f(If)随着励磁电流的增大，磁随着励磁电流的增大，磁路逐渐饱路逐渐饱 和，磁化曲线和，磁化曲线(Magnetization curve)开开始进入饱和段。（向下
27、弯始进入饱和段。（向下弯 曲）；曲）；NU00, EFIf,0fIo空载特性空载特性 NU气隙线气隙线二、短路特性二、短路特性n=nN，U=0，Ia=Ik=f(If)同步发电机运行于同步同步发电机运行于同步转速时，将电枢绕组三转速时，将电枢绕组三相的端点短路然后加上相的端点短路然后加上励磁电流，称为短路运励磁电流，称为短路运行。行。这时端电压这时端电压U =0 ，如果改变励磁电流，则如果改变励磁电流，则电枢短路电流的有效值电枢短路电流的有效值(Effective value)也改变。也改变。短路特性就是指二者之短路特性就是指二者之间的关系间的关系IK =f(If ) 。同步发电机的特性曲线同步
28、发电机的特性曲线二、短路特性二、短路特性n=nN，U=0，Ia=Ik=f(If)短路运行时，短路运行时，IK和励磁电势和励磁电势E0 之间的相位差之间的相位差(Phase difference)，仅受同步电抗，仅受同步电抗(Synchronous reactance)xt和和绕组本身电阻的制约，在忽绕组本身电阻的制约，在忽略绕组电阻时，略绕组电阻时，IK将滞后于将滞后于E0相 位相 位 9 0 ， 交 轴 分 量， 交 轴 分 量(Quadrature axis component) Iq=0 ，其电枢反应表现为，其电枢反应表现为纯纯去磁作用去磁作用(Demagnetization)。同步发电
29、机的特性曲线同步发电机的特性曲线二、短路特性二、短路特性n=nN，U=0，Ia=Ik=f(If)去磁作用减少了电机中去磁作用减少了电机中的磁通，磁路处于不饱的磁通，磁路处于不饱和状态，和状态， 励磁电势和励磁电势和励磁电流之间在数量上励磁电流之间在数量上呈线性关系。由于短路呈线性关系。由于短路电流电流 ，所以，所以IK和励磁电流和励磁电流If在数量在数量也呈线性关系，短路特也呈线性关系，短路特性就是一条通过原点的性就是一条通过原点的直线。直线。同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线三三 零功率因数负载特性零功率因数负载特性发电机的负载特性：是指当负载电流发电机的负载特性：是指当负载电流Ia
30、=常数，常数，功率因数功率因数 cos =常数的条件下，端电压常数的条件下，端电压U与与励磁电流励磁电流If 的关系曲线。的关系曲线。其中，当其中，当cos =0、Ia =IN时一条负载特性称为零功率时一条负载特性称为零功率因数特性因数特性(Zero power factor characteristic)。同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线三、零功率因数负载特性三、零功率因数负载特性 零功率因数负载特性曲线零功率因数负载特性曲线纯电感负载纯电感负载(Inductive load)的的cos=0 ，试验时将发电机拖，试验时将发电机拖到额定转速到额定转速nN，带上纯电感，带上纯电感负载，改
31、变发电机励磁电流负载，改变发电机励磁电流If，同时调节纯电感负载的大小同时调节纯电感负载的大小以保持负载电流以保持负载电流Ia不变，记录不变，记录If及对应的端电压及对应的端电压U，绘出二，绘出二者的间的关系曲线，即得零者的间的关系曲线，即得零功率因数负载特性曲线。功率因数负载特性曲线。用来测定漏电抗用来测定漏电抗x同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线外特性曲线的走向和负载的性质有关。外特性曲线的走向和负载的性质有关。1. 对于感性负载对于感性负载(0)，在励磁电流不变的情况下，随着，在励磁电流不变的情况下，随着Ia 增大，有两个因素导致增大，有两个因素导致U下降，其一是电枢反应的去磁作用
32、下降，其一是电枢反应的去磁作用的增强，其二是漏抗压降的增强，其二是漏抗压降(Leakage reactance pressure drop) 的增大，所以感性负载时，同步电机的外特的增大，所以感性负载时，同步电机的外特 性是下降的曲性是下降的曲线。线。四、外特性四、外特性 n=nN，If=常数，常数，cos=常数常数,U=f(Ia)2. 当发电机带阻感性负载时，外特性当发电机带阻感性负载时，外特性 是下降的，原因是电是下降的，原因是电枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降。枢反应的去磁作用和电枢漏阻抗产生了电压降。3. 带容性负载（且发电机负载的带容性负载（且发电机负载的容抗容抗(Capac
33、itive reactance)大于同步电抗大于同步电抗）时，外特性是上升的，原因是电枢反）时，外特性是上升的，原因是电枢反 应的应的助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。助磁作用和容性电流在漏抗上的压降。同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线四、外特性四、外特性 n=nN，If=常数，常数，cos=常数常数,U=f(Ia)同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线在感性负载抑或纯电阻在感性负载抑或纯电阻负载负载(cos=1)时，由于时，由于电枢反应去磁作用和定电枢反应去磁作用和定子漏抗压降影响，外特子漏抗压降影响，外特性是下降的。在容性负性是下降的。在容性负载且载且0(空载电动势和空载电动势和电
34、枢电流电枢电流Ia的夹角的夹角)时，时，由于电枢反应起助磁作由于电枢反应起助磁作用及容性电流用及容性电流(Capacitive current)的漏抗压降使端电压上的漏抗压降使端电压上升，所以外特性是上升升，所以外特性是上升的。的。五、调节特性五、调节特性 n=nN，U=常数，常数，cos=常数常数, If= f(Ia)物理意义：物理意义：维持端电压不变维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大小变，励磁电流需随负载电流的大小变化进行调节。化进行调节。在在感性和纯电阻感性和纯电阻负载时，随负载时，随 着负着负载电流的增加，必须增加励磁电载电流的增加，必须增加励磁电流，补偿电枢反应的去磁作用和流，
35、补偿电枢反应的去磁作用和漏阻抗压降，保持端漏阻抗压降，保持端 电压恒定；电压恒定；对对容性负载容性负载，随着，随着 负载电流的增负载电流的增加，必须减小励加，必须减小励 磁电流。磁电流。同步发电机的特性曲线同步发电机的特性曲线第二章第二章 大型同步发电大型同步发电 机的结构机的结构l同步发电机的分类同步发电机的分类l长动公司汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍同步发电机的分类同步发电机的分类同步电机的基本类型同步电机的基本类型n按结构形式分转枢式(Revolving armature)：用于小容量同步电机转极式(Revolving pole)：用于高压、大容量同步电机n按磁极形
36、状分隐极式(Cylindrical rotor)：转子圆柱形，气隙均匀凸极式(Salient pole)：转子有明显凸出的磁极，气隙不均匀n按原动机不同分汽轮发电机(Steam turbine generator)：高速，转子隐极式, 细长形水轮发电机(Hydraulic turbine generator)：低速，转子凸极式, 短粗形n按冷却介质和 冷却方式分空冷(Air cooling)外冷(External cooling)：空气自然循环或风扇吹风强迫冷却水冷(Water cooling)内冷(Inner-cooling)：需进水管、出水管等氢冷(Hydrogen cooling)外冷或
37、内冷：需密封系统，防爆防漏汽轮发电机整体结构介绍汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）1、定子定子：包括包括定子铁心定子铁心(Stator core)、定子绕组、定子绕组(Stator winding)、 绕组出线绕组出线(Outlet terminal)、机座机座(Stator frame)、端盖、端盖(End bracket)等。等。定子主要作用为产生旋转定子主要作用为产生旋转磁场与转子相作用，并产磁场与转子相作用，并产生三相电路在一定条件下生三相电路在一定条件下可与外部电路相连。可与外部电路相连。长动公司汽轮发电机整体结构介绍长
38、动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子）定子铁心定子铁心是构成发电机磁路和是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了固定定子绕组的重要部件。为了减少铁心的磁滞减少铁心的磁滞(Magnetic hysteresis)和涡流损耗和涡流损耗(Eddy current loss)，定子铁心采用，定子铁心采用导磁率高导磁率高(High magnetic permeability) 、损耗小、厚度、损耗小、厚度为为0.5mm的优质冷轧硅钢片的优质冷轧硅钢片(Cold rolling silicon steel sheet)冲制而成。每层硅钢片由冲制而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张数张
39、扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了耐高温的无机绝缘扇形片都涂了耐高温的无机绝缘漆漆(Inorganic insulation)。冲。冲片上冲有嵌放线圈的下线槽及放片上冲有嵌放线圈的下线槽及放置槽楔置槽楔(Slot wedge)用的鸽尾用的鸽尾槽。槽。扇形冲片利用定子定位筋定位，通过压扇形冲片利用定子定位筋定位，通过压圈圈(Pressing ring)施压，夹紧成一个刚施压，夹紧成一个刚性性(Rigidity)圆柱形铁心，用定位筋固圆柱形铁心，用定位筋固定在内机座上。齿部是通过压圈内侧的定在内机座上。齿部是通过压圈内侧的非磁性非磁性(Nonmagnetic)压指来压紧。压指来压紧。长动公司汽轮
40、发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子） 为了减少端部漏磁通在压为了减少端部漏磁通在压圈和边段铁心中引起的发热以圈和边段铁心中引起的发热以及在端部铁心中的附加电气损耗及在端部铁心中的附加电气损耗(Additional electricity loss)，压，压圈一般使用非磁性材料；边端铁圈一般使用非磁性材料；边端铁心为阶梯状以增加铁心内圆与转心为阶梯状以增加铁心内圆与转子之间的气隙。在运行过程中，子之间的气隙。在运行过程中，转子绕组端部存在大量的漏磁通转子绕组端部存在大量的漏磁通(Leakage flux)，另外，发电机运，另外，发电机运行时定子绕组在铁心端部也产生行时
41、定子绕组在铁心端部也产生大量的漏磁通，这些漏磁通主要大量的漏磁通，这些漏磁通主要是垂直进入端部定子铁芯，从而是垂直进入端部定子铁芯，从而感应出垂直于轴向的涡流，引起感应出垂直于轴向的涡流，引起铁心端部过热。发电机在欠励铁心端部过热。发电机在欠励(Underexcitation)条件下运行时条件下运行时，定子绕组会产生更多的漏磁通，定子绕组会产生更多的漏磁通，使铁心端部过热更为严重。为，使铁心端部过热更为严重。为减少定子端部发热，对减少定子端部发热，对F4060K我我厂采取了以下措施：厂采取了以下措施：长动公司汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子）铁心端部设计成阶梯
42、状铁心端部设计成阶梯状 铁心孔两端逐渐放大，这可以防止转子漏磁通量过多聚集在定子铁心端部，而铁心孔两端逐渐放大，这可以防止转子漏磁通量过多聚集在定子铁心端部，而且可以使部分漏磁通转变成垂直于定子轴线的径向磁通，从而减少损耗降低端部过且可以使部分漏磁通转变成垂直于定子轴线的径向磁通，从而减少损耗降低端部过热。热。在转子线圈端部采用非磁性护环在转子线圈端部采用非磁性护环(Retaining ring) 通过励磁绕组护环的去磁作用，增加了漏磁通的磁阻，从而减少了转子端部漏通过励磁绕组护环的去磁作用，增加了漏磁通的磁阻，从而减少了转子端部漏磁通对定子铁心的影响。磁通对定子铁心的影响。铁心端部压圈和铁心
43、端板铁心端部压圈和铁心端板(压指压指)采用高电阻率、低导磁率材料采用高电阻率、低导磁率材料 这种材料增大了压圈和铁心间的磁阻，使漏磁通不易穿过铁心，高电阻率又使这种材料增大了压圈和铁心间的磁阻，使漏磁通不易穿过铁心，高电阻率又使该部位涡流减小，故此部件也不会过热。该部位涡流减小，故此部件也不会过热。部分机组在铁心端部扇形体上开槽部分机组在铁心端部扇形体上开槽 由于在铁心端部扇形齿部开槽，使得涡流流动面积减少了约由于在铁心端部扇形齿部开槽，使得涡流流动面积减少了约1/2，于是涡流损，于是涡流损耗减小了约耗减小了约3/4。冷却风系统中，加强对端部的冷却。冷却风系统中，加强对端部的冷却。铁心采用高电
44、阻率的硅钢片，减少涡流。铁心采用高电阻率的硅钢片，减少涡流。长动公司汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子）定子绕组定子绕组 即即电枢绕组电枢绕组(Armature winding)，是发电机，是发电机进行能量进行能量 转换的心脏部位。对于大型汽轮发电机转换的心脏部位。对于大型汽轮发电机主要采用主要采用三相双层绕组三相双层绕组(Double layer winding)，并采用并采用短距短距(Short pitch)分布式叠绕组分布式叠绕组(Distributed lap winding) 。在每个槽内有上下。在每个槽内有上下两个线圈边，线圈的一个边嵌在某个槽的下层
45、，则两个线圈边，线圈的一个边嵌在某个槽的下层，则另一边则嵌在相隔另一边则嵌在相隔y槽（槽（节距节距y：一个线圈的有效边：一个线圈的有效边在定子铁芯上跨的槽数在定子铁芯上跨的槽数）的上层。采用双层绕组可）的上层。采用双层绕组可以很方便地把绕组型式设计成短距绕组。短距绕组以很方便地把绕组型式设计成短距绕组。短距绕组具有改善电势波形和节约材料的优点。具有改善电势波形和节约材料的优点。 定子绕组的端部结构由嵌入铁芯槽内的绝缘线定子绕组的端部结构由嵌入铁芯槽内的绝缘线棒在端部联结成的线圈，绕组端部为棒在端部联结成的线圈，绕组端部为篮式结构篮式结构(Basket structure)，并且由引线环连，并且
46、由引线环连接成固定的相带。采用连续式接成固定的相带。采用连续式F级环氧粉云母级环氧粉云母绝缘系统，表面有防晕处理措施。绝缘系统，表面有防晕处理措施。 在负载运行条件下，定子绕组会产生自感应涡流损耗，为减少这种损耗，定子线在负载运行条件下，定子绕组会产生自感应涡流损耗，为减少这种损耗，定子线棒采用了罗贝尔换位棒采用了罗贝尔换位(Roebel bar)形式形式(Roebel Transposition )。所谓。所谓“换位换位”，即，即线棒内部的多根股导线在线棒直线段进行交叉换位，通过导线空间位置的改变，使各线棒内部的多根股导线在线棒直线段进行交叉换位，通过导线空间位置的改变，使各股线交链的磁通尽
47、可能均衡，产生基本相等的感应电势，以消除线棒内的内部环流，股线交链的磁通尽可能均衡，产生基本相等的感应电势，以消除线棒内的内部环流，降低线棒损耗。降低线棒损耗。 F4060K采用采用360换位换位(Incomplete transposition)。长动公司汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子）绕组出线绕组出线 汽轮发电机绕组一般分汽轮发电机绕组一般分为为6个相带个相带(Phase belt)，每两个相带进行串联或者并每两个相带进行串联或者并联组成一相回路，联组成一相回路，6个相带个相带共组成共组成3个回路，每个回路个回路，每个回路2个出线端子，共个出线端子，共6
48、个端子个端子。出线端子一般通过变压器。出线端子一般通过变压器和电网相连。完成这一功能和电网相连。完成这一功能的就是绕组出线。的就是绕组出线。 F4060K为并联出线方为并联出线方式。式。长动公司汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子） 定子机座定子机座是用钢板焊成的壳体结构是用钢板焊成的壳体结构 发电机的定子机座主要作用是：发电机的定子机座主要作用是： 1.作为定子铁心叠片及定子线圈的支撑结构；作为定子铁心叠片及定子线圈的支撑结构；2.承受定子的扭矩承受定子的扭矩,并将其传至底脚；并将其传至底脚；3.构成冷却气体的通道；构成冷却气体的通道； 长动公司汽轮发电机整体结
49、构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（定子）（定子）端盖端盖是发电机密封的一个组成部分。是发电机密封的一个组成部分。端盖分为内端盖和外端盖。为了安装、端盖分为内端盖和外端盖。为了安装、检修、拆装方便，端盖由垂直分开的检修、拆装方便，端盖由垂直分开的左右两半构成。我厂的端盖目前全部左右两半构成。我厂的端盖目前全部使用玻璃钢使用玻璃钢(Fiber glass reinforced plastics)材质。材质。l端盖主要作用是保护定子端部同时形端盖主要作用是保护定子端部同时形成电机冷却风路。由于玻璃钢属于非导成电机冷却风路。由于玻璃钢属于非导磁性材料。采用玻璃钢端盖能减少端部磁性材料。采用玻璃钢端
50、盖能减少端部漏磁漏磁，从而减小端部发热，而且玻璃钢，从而减小端部发热，而且玻璃钢的非导电性特性使线圈端部不受的非导电性特性使线圈端部不受爬电距爬电距离离(Creepage distance)的影响。的影响。长动公司汽轮发电机整体结构介绍长动公司汽轮发电机整体结构介绍（转子）（转子）转子主要由转轴转子主要由转轴(Shaft)、绕组、绕组(Windings)、护环、护环(Retaining ring)、中心环、中心环(Center ring)、集电环、集电环(Collector ring)、风扇、风扇(Fan)等组成。发电机转子的主要作用是传递原等组成。发电机转子的主要作用是传递原动机供给的机械转
