大型发电机结构及特点

大型发电机结构及特点

摘要：介绍发电机的工作原理，主要介绍了大型发电机的组成部件，主要有定子、转子、发电机励磁控制系统、汽轮发电机冷却方式和发电机的主接线。另外还介绍了发电机的主接线一些知识。

关键词：大型发电机结构技术参数

一、发电机概述

发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。

发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

发电机可分为直流发电机和交流发电机，交流发电机又可分为同步发电机和异步发电机(很少采用) ，还可分为单相发电机与三相发电机。

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

二、发电机的工作原理

按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机

的基本工作原理。图1为同步发电机的工作原理图。发电机转子与汽轮机转子为同轴连接，当蒸汽推动汽轮机高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电源后，便建立了一个磁场，这个磁场有一对主磁极，它随着汽轮机发电机转子旋转。磁通自转子的一个极（N级）出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，进入转子另一个极（S极）构成回路。

图1 同步发电机工作原理图2 发电机出线的接线

发电机转子具有一对磁极，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极是，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次。这样，发电机转子以每秒50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中心点）连在一起，绕组的首端引出线与用电设备相连，就会有电流流过，如图2所示。

三、发电机的结构

图3 大型发电机基本结构

目前我国热力发电厂的发电机皆采用二极、转速为3000r/m的卧式结构。如图4所示，发电机最基本的组成部件是定子和转子。

图4 300MW汽轮发电机组侧视图

1-发电机主体；2-主励磁机；3-永磁副励磁机；4-气体冷却器；5-励磁机轴承；6-碳刷架隔音罩；7-电机端盖；8-连接汽轮机背靠轮；9-电机接线盒；10-电路互感器；11-引出线；12测温引线盒；13-基座

定子由铁芯和定子绕组构成，固定在机壳（座）上，转子由轴承支撑置于定子铁芯中央，转子绕组上通以励磁电流。

为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度，在这些部位埋植了多只测温元件，通过导线连接到温度巡检装置，在运行中监控，比通过微机进行现实和打印。

图 5 发电机定子外形图图 6 发电机转子外形图

（一）定子

发电机的定子有机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部件组成。

1、定子铁芯

定子铁芯是构成发电机磁路并固定定

子绕组的重要部件，如图7所示。为了减

少铁芯的磁滞和涡流损耗，现代大容量发

电机定子铁芯常常用磁导率高、损耗小、

厚度为0.35~0.5mm的优质冷轧硅钢片叠

装而成。每层硅钢片由数张扇形片拼成一个圆形，每张扇形片都涂了

耐高温的无极绝缘漆。

定子铁芯的叠装结构与其通风散热方式有关。大容量电机铁芯的通风冷却有四种方式：○1铁芯轴向风段通风；○2铁芯轴向分段径向分区通风；○3铁芯内轴向通风；○4铁芯半轴向通风。

图7 定子铁芯

为了减少铁芯端部漏磁和发热，制造厂主要采取了下列措施：

（1）把靠两端的铁芯段均采用阶梯形

结构，用逐步扩大气隙以增大磁阻的办法

来减少轴向进入定子边段铁芯的漏磁通。

（2）在铁芯端部各阶梯段的扇形叠片

的小齿上开了1~2个宽为2~3mm的小槽，如图8所示，以减少齿部的涡流损耗和发热。

（3）铁芯端部的齿连接片及其外侧的压圈或连接片采用电阻系数低的非磁性钢，利用其中涡流的反磁作用，以削弱进入端部铁芯的漏磁通。

图8 阶梯铁芯扇形片齿上开槽

（4）压圈外侧加装环形电屏蔽层，用导电率高的铜板或铝板制成。因铁芯端部采用阶梯形后，压圈处的漏磁会有所增多，利用电屏蔽层中的涡流就能有效阻止漏磁进去压圈内圆部分，以防压圈局部出现高温或过热。

（5）铁芯压紧不用整体压圈而用分块铜质连接片（铁芯不但要定位筋，还要用穿心螺旋锁死），这种连接片本身也起电屏蔽作用，分

块后亦可减少自身的发热。有的还在分块后连接片靠铁芯侧再加电屏蔽层。

（6）在压圈和铁芯齿连接片之间加装磁屏蔽，用硅钢片冲成武痴的扇形叠成，形成一个磁分路，能减少齿根和压圈上的漏磁集中现象。

（7）转子绕组端部的护环采用非磁性的锰铬合金制成，利用反磁作用，减小转子端部漏磁对定子铁芯端部的影响。

（8）在冷却系统中，加强对端部的冷却。

2、定子绕组

（1）定子绕组结构

定子绕组嵌放在定子铁芯内圆的定子槽中，分三相布置，互成120°电角度，以保证转子旋转时在三相定子绕组中产生互成120°相位角的电动势。大容量发电机定子绕组和一般交流发电机定子绕组的共同点，都采用三相双层短节距分布绕组，目的是为了改善感应电动势的波形，即消除绕组的高次谐波电动势，以获得近似的正弦波电动势。

定子绕组采用叠式绕组，每个绕组都是由两根条形线棒各自做成半匝后，构成所谓单匝式结构，然后在端部线鼻处用对接或并头套焊接结成一个整单匝式绕组。绕组按双层单叠的方式构成的一个极相组。600MW发电机的定子绕组都采用单匝短距上层叠绕，三相接成双星型（YY）。

绕组每匝绕组的端部（伸处铁芯槽外部分）都向铁芯的外侧倾斜，