发电机结构及冷却.ppt

1.2 发电机定子的结构特点 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。如下图所示，发电机最基本的组成部件是定子和转子。
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-机座
超导化：定子绕组采用常导材料导电，转子绕组采用超导 材料。超导励磁绕组能产生高于常导励磁绕组所能产生的气 隙磁通密度，而不需定子、转子铁心的存在，定子电枢绕组 可做成无巢气隙绕组，去掉了铁齿，定子的空间利用率及线 负荷都大大提高，单机容量提高3倍，达3600MW。
二、发电机工作原理
右图 为最简单的两极同步发电机。 定子上有AX、BY、CZ 三相对称绕组， 转子是直流励磁的主磁极。
23778A
额定转速
3000r/min
额定氢压
0.5 MPa(g)
冷却方式 通风方式 效率 短路比SCR 绝缘等级 励磁电压 励磁电流 励磁方式 定子绕组接线方式 漏氢量
水氢氢 定子轴向,转子轴向-径向 98.95％ 0.48 F（B级温升） 437V 5887A 无刷或静态 YY ≯12Nm3/24h
（2）可降低电厂基建安装费。 200MW 100％；500MW 85％。 （3）可降低运行费用。 运行人数、厂用电
电力系统大机组的单机容量应与系统总容量相匹配，合理 比例如下表。
系统容量（MW） 小于1000 1000～10000
大机组经济容量 ％ 4～6
系统容量
6～10
大于10000 约≥10
华中、华东、东北和华北四大区域电网电力系统容量均超 过40000MW，故适于装置300～600MW以上的单机容量。
发电机的单机功率： P KAB D 2nl i
K为常数；A为定子绕组线负荷，A/mm；B 为气隙磁通密度， T； 为D定i 子内径，m；n为额定转速，r/min；l为定子铁心 有效长度，m。
K与n不可能大幅提高。Di 增大则转子直径增大，会使转子 受到很大的离心力，特别是轴中心孔受到的应力最大，故受 到转子材料的机械强度限制。转子本体最大直径1.25m。
冷却介质
相对比热 相对密度
吸热能力 体积流量 相对吸热量
空气
1
1
1
1
散热能力 流速（m/s）相对散热系数
30
1
氢气
14.35 0.21
1
3
40
5
水
4.16
1000
0.05
208
2
84
当定、转子均采用氢表冷时，汽轮发电机单机极限容量只 能达100MW；转子氢内冷、定子氢表冷可达250MW；转、定子 绕组均为氢内冷时，可达1000MW；目前普遍采用的是转子绕 组采用氢内冷、定子铁心采用氢表冷、定子绕组为水冷（简 称水氢氢冷却）方式，单机极限容量可达1200MW。
定子每相绕组电势的有效值为：E=4.44fWKWФ 式中W－每相绕组匝数，KW－电势绕组系数，Ф －每极磁通（Wb） 每相绕组电势的波形，取决于气隙磁密沿圆周的分
布以及定子绕组的具体结构。电力系统中应用的同步 发电机，线电势波形都具有很好的正弦性。但是，由 于高次谐波的存在，实际线电势波形与正弦波形有一 定偏差，只要高次谐波的幅值限制在规定范围内，即 可认为线电势是正弦波形。
空气冷却
按照冷却介质的不同，可分为： 氢气冷却 水冷却
还可分为： 外冷式（冷却介质不直接与导线接触） 内冷式（冷却介质直接与导线接触）
3.发电机单机容量不断增长 ，300MW、600MW已成为主力机组， 部分电厂已有1000MW机组投运。优点：
（1）可降低发电机的造价和材料消耗量。800MW机组比500MW机 组单位成本降低17％；600MW材料消耗只有100MW机组的60％。
当转子磁极上的激磁绕组通以直流 励磁电流时，转子形成N 与S 极的主磁 极磁场，磁通Φ0从N 极出来，经气隙－ 定子铁芯－气隙，进入S极而形成回路， 如图中虚线所示。
若发电机转子由原动机拖动逆时针 方向以速度n 旋转时，主极磁通Φ0 切割 定子绕组而感应出对称的三相电势，其 电势频率为f=np/60.
1.1 1000MW发电机的技术参数
一.发电机概述 1. 同步发电机的功能
将原动机上的动能通过发电机转子与定子间的磁场耦合作 用，转换到定子绕组上变成电能。
2. （同1步）发按电照机原的动分机类的不同，可以分为：汽 水燃轮 轮气发 发轮电 电发机 机电机
柴油发电机
水轮发电机和柴油发电机转速较低，极数较多，多采用凸 极式转子；汽轮发电机和燃气轮发电机转速很高，采用隐极 式转子。水轮发电机组、燃气轮机组启动迅速，宜承担电力 系统峰荷；火电机组及核电机组（均为汽轮发电机）不能快 速启动，只宜于承担系统基荷。
发电机最基本的组成部件是定子、转子、端盖和轴承等。 定子由铁心、绕组、机座及若干紧固连接件构成。
1.机座与端盖 汽轮发电机的机座和端盖既是机械上的主要支撑，又是风
路系统的主要组成部分，其构件也是整个发电机所有部件中尺 寸最大的，机座要通过端盖支承转子质量。氢冷发电机的机座 既要能承受氢气爆炸时的压力，又要能满足强度和振动的要求。 因此，带有弹簧板支撑的铁芯和定子绕组的定子机座是发电机 中最重的部件。在运行期间，由于机座受到力和力矩气冷 却，所以要求机座抗压，其内部抗压水平应达到约10kPa。
当发电机带上负载，三相定子绕组中将产生电流，
三相电流又产生一个合成的旋转磁场，该磁场与转子 以相同的转速和方向旋转，这就叫“同步”。
百万级发电机技术介绍
1. 发电机主要技术数据
型号
THDF 125/67
额定功率
1000MW
功率因数
0.9（滞后）
最大连续输出功率 与汽轮机相匹配
额定电压
27kV
定子电流
转子长度和直径的比例不能过大，否则刚度不够，挠度太 大，使气隙不均匀，产生不平衡的磁拉力。
大型汽轮发电机：
6.5 l 3 D
目前硅钢片最大磁密只能达2T，气隙磁密不能超过1T，否 则会过度饱和。
综上，只有通过冷却技术的发展来提高线负荷A，才有较大 的可能。
几十年来，冷却介质由空气到氢气，又发展到水，使发电 机的单机容量大幅上升。