水轮发电机结构及工作原理介绍(教育课件)
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• 水源自文库发电机组成
主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、 冷却器、制动器等部件组成。
研究学习
19
水轮发电机定子结构
• 水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三 相绕组线圈等组成。
– 铁芯固定在机座上。 – 三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。 – 发电机定子机座、铁芯和三相绕组统一体
统称为发电机的定子，也称为电枢。
导水机构
导叶套筒 顶盖
底环
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16
4. 发电机
机组转子吊装
研究学习
17
• 水轮发电机组的型式
– 按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
• 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。 • 一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。
– 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞 式两种。
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适 用于转速在100r/min以上。
• 绕组
– 三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布 于铁芯内圆齿槽中。
– 三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极旋 转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。
研究学习
26
研究学习
27
定子叠片加固
研究学习
28
• 水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的 主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、 磁极等部件组成。
2、机械能转变为电能
水流驱动水轮机转动带动同轴发电机转动
1）发电机工作基本原理—电磁感应原理，导线切割磁力线将感应电动 势，闭合导线产生交 变电流。在工程上由于电枢绕组庞大，故电厂一 般采用移动磁力线去切割固定不动的电 枢绕组。当定子绕组流过三相交流电流以后产生一个旋转磁极，该磁极的转速称为同步转 速，旋转磁极与转子磁极产生相互作用力，二者之间的角度决定了力的大小(有功负荷大 小）和性质（发电机或电动机）。发电机的转速n与电势的频率f有严格不变的关系，即同 步关系，f=p*n/60。
研究学习
20
线圈
铁心
机座
立轴水轮发电机定子结构
研究学习
21
定
子
中性点串联 变出口
空冷器支架 空冷器 暖风窗
定子绕组
出口母线 定子铁芯
研究学习
定子机座
22
• 机座
– 定子机座一般呈圆形，小容量水轮发电 机多数采用铸铁整圆机座，也有采用钢 板焊接的箱形结构；容量较大的水轮发 电机的机座由钢板制成的壁、环、立筋 及合缝板等零件焊接组装而成。
4）我厂机组额定转速为93.75r/min，请计算有多少对磁极？
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7
1. 混流式
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9
研究学习
10
2. 轴流式
低水头轴流式水轮机转轮 高水头轴流式水轮机转轮
研究学习
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研究学习
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3. 其他
研究学习
13
斜 流 式 水 轮 机
研究学习
14
水泵水轮机转轮
研究学习
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控制环 导叶连杆 活动导叶
1、水能转化为机械能
1）进入水轮机的水能控制P=9.81QHη,根据能量守恒，要改 变P，必须 调节进入水轮机的流量或者改变水头。因为水头调节范围较小（431m— 440m),汛期留有防洪库容，水头调节范围更小（431m—435m)。所以 一般通过调节进入水轮机的流量来改变P。通过改变活动导叶开度这一途 径来调节进水量或切断水流。导叶的操作力来自液压接力器，而液压接力 器则受调速器来控制。 2）水电厂电能生产及送出示意图：天然水流—坝—水库—取水口—压力钢 管—水轮机—发电机—输变电装置—用户 3）流量的调节过程：调节命令（上位机）—机组现地LCU—调速器电气部 分—调速器机械部分—液压接力器—控制环—导叶拐臂—导叶开度改变—改 变进入水轮机的流量。 4）请写出有功功率与水头和流量的关系式。 5）请说出我厂设计防洪水位是多少？ 6）请简要说明进入水轮机流量调节过程？
– 机座应有足够的刚度，同时还应能适应 铁心的热变形。
研究学习
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研究学习
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25
• 铁芯
– 定子铁芯是定子的一个重要部件，由扇形冲 片、通风槽片、定位筋、齿压板，拉紧螺杆 及固定片等零部件装压而成。
– 定子铁芯的作用是：作为磁路的主要组成部 分，为发电机提供磁阻很小的磁路，以通过 发电机所需要的磁通，并用以固定绕组。
水轮发电机结构及工作原理介 绍
二零一四年七月
研究学习
1
水电厂生产简图：
混流式剖面： 水力发电示意：
轴流式剖面 贯流式剖面
一、水轮发电机组基本工作原理
上游大坝蓄水具有位能，具有压力的水流经拦污栅、进水口检修闸门、工 作闸门及发电引水钢管进入水轮机蜗壳，初步形成环流，再经座环固定导 叶分流后均匀地进入活动导叶，活动导叶开度的大小调节转轮的水流量， 转轮在水的压力和速度作用下旋转，把水能（动能、势能）转换成机械能， 转轮出口水流通过尾水管排至下游；水轮机大轴把转轮的转动力矩传给与 水轮机大轴连接的发电机转子，并带动发电机转子转动，当发电机转子绕 组中通以直流电，形成磁场同时由转子旋转而产生旋转磁场。发电机定子 绕组因切割转子的旋转磁场，而在发电机三相定子绕组中产生交变感应电 势。当发电机三相定子绕组输出回路接负载时就产生交变三相电流，此交 变电流产生的磁场在发电机定子、转子形成旋转磁场，并且定子绕组产生 的旋转磁场与发电机转子的旋转磁场同向，同速，当发电机转子磁极对数 p一定时，发电机的转速n与电势的频率f有严格不变的关系，即同步关系， f=p·n/60；其中f----同步发电机电势的频率(Hz);p----同步发电机的磁 极对数;n----同步发电机转子的转速(r/min)。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上 导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速 在150r/min以下。
– 按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
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• 水轮发电机的主要作用
将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构 与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起 着致关重要的作用。
2）发电机调压过程：由电磁感应定律E=L*dφ/dt可知改变等式右侧任意一个参数就可以改变 感应电势E，但一般L不可改变，同步发电机磁力线切割速度不可改变，所以一般通过改变 磁通强度（磁力线密度）来调整电压，要改变磁通强度必先改变励磁电流强度，也就是平 时改变可控硅导通角。
3）电压调整过程：电压调整命令—现地LCU—可控硅导通角—转子电压—转子电流—磁通— 感应电动势改变
主要由定子、转子、机架、推力轴承、导轴承、 冷却器、制动器等部件组成。
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水轮发电机定子结构
• 水轮发电机定子主要由机座、铁芯和三 相绕组线圈等组成。
– 铁芯固定在机座上。 – 三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内。 – 发电机定子机座、铁芯和三相绕组统一体
统称为发电机的定子，也称为电枢。
导水机构
导叶套筒 顶盖
底环
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4. 发电机
机组转子吊装
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• 水轮发电机组的型式
– 按布置方式分：可分为卧式和立式两种。
• 卧式水轮发电机适合中小型、贯流及冲击式水轮机。 • 一般低、中速的大、中型机组多采用立式发电机。
– 按推力轴承位置分：立式发电机又分为悬式和伞 式两种。
• 推力轴承位于转子上方的发电机称为悬式发电机，它适 用于转速在100r/min以上。
• 绕组
– 三相绕组由绝缘导线绕制而成，均匀地分布 于铁芯内圆齿槽中。
– 三相绕组接成Y形，它的作用是当转子磁极旋 转时，定子绕组切割磁力线而感应出电势。
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定子叠片加固
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• 水轮发电机的转子是转换能量和传递转矩的 主要部件，一般由主轴、转子支架、磁轭、 磁极等部件组成。
2、机械能转变为电能
水流驱动水轮机转动带动同轴发电机转动
1）发电机工作基本原理—电磁感应原理，导线切割磁力线将感应电动 势，闭合导线产生交 变电流。在工程上由于电枢绕组庞大，故电厂一 般采用移动磁力线去切割固定不动的电 枢绕组。当定子绕组流过三相交流电流以后产生一个旋转磁极，该磁极的转速称为同步转 速，旋转磁极与转子磁极产生相互作用力，二者之间的角度决定了力的大小(有功负荷大 小）和性质（发电机或电动机）。发电机的转速n与电势的频率f有严格不变的关系，即同 步关系，f=p*n/60。
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线圈
铁心
机座
立轴水轮发电机定子结构
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定
子
中性点串联 变出口
空冷器支架 空冷器 暖风窗
定子绕组
出口母线 定子铁芯
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定子机座
22
• 机座
– 定子机座一般呈圆形，小容量水轮发电 机多数采用铸铁整圆机座，也有采用钢 板焊接的箱形结构；容量较大的水轮发 电机的机座由钢板制成的壁、环、立筋 及合缝板等零件焊接组装而成。
4）我厂机组额定转速为93.75r/min，请计算有多少对磁极？
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1. 混流式
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研究学习
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2. 轴流式
低水头轴流式水轮机转轮 高水头轴流式水轮机转轮
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研究学习
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3. 其他
研究学习
13
斜 流 式 水 轮 机
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14
水泵水轮机转轮
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15
控制环 导叶连杆 活动导叶
1、水能转化为机械能
1）进入水轮机的水能控制P=9.81QHη,根据能量守恒，要改 变P，必须 调节进入水轮机的流量或者改变水头。因为水头调节范围较小（431m— 440m),汛期留有防洪库容，水头调节范围更小（431m—435m)。所以 一般通过调节进入水轮机的流量来改变P。通过改变活动导叶开度这一途 径来调节进水量或切断水流。导叶的操作力来自液压接力器，而液压接力 器则受调速器来控制。 2）水电厂电能生产及送出示意图：天然水流—坝—水库—取水口—压力钢 管—水轮机—发电机—输变电装置—用户 3）流量的调节过程：调节命令（上位机）—机组现地LCU—调速器电气部 分—调速器机械部分—液压接力器—控制环—导叶拐臂—导叶开度改变—改 变进入水轮机的流量。 4）请写出有功功率与水头和流量的关系式。 5）请说出我厂设计防洪水位是多少？ 6）请简要说明进入水轮机流量调节过程？
– 机座应有足够的刚度，同时还应能适应 铁心的热变形。
研究学习
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• 铁芯
– 定子铁芯是定子的一个重要部件，由扇形冲 片、通风槽片、定位筋、齿压板，拉紧螺杆 及固定片等零部件装压而成。
– 定子铁芯的作用是：作为磁路的主要组成部 分，为发电机提供磁阻很小的磁路，以通过 发电机所需要的磁通，并用以固定绕组。
水轮发电机结构及工作原理介 绍
二零一四年七月
研究学习
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水电厂生产简图：
混流式剖面： 水力发电示意：
轴流式剖面 贯流式剖面
一、水轮发电机组基本工作原理
上游大坝蓄水具有位能，具有压力的水流经拦污栅、进水口检修闸门、工 作闸门及发电引水钢管进入水轮机蜗壳，初步形成环流，再经座环固定导 叶分流后均匀地进入活动导叶，活动导叶开度的大小调节转轮的水流量， 转轮在水的压力和速度作用下旋转，把水能（动能、势能）转换成机械能， 转轮出口水流通过尾水管排至下游；水轮机大轴把转轮的转动力矩传给与 水轮机大轴连接的发电机转子，并带动发电机转子转动，当发电机转子绕 组中通以直流电，形成磁场同时由转子旋转而产生旋转磁场。发电机定子 绕组因切割转子的旋转磁场，而在发电机三相定子绕组中产生交变感应电 势。当发电机三相定子绕组输出回路接负载时就产生交变三相电流，此交 变电流产生的磁场在发电机定子、转子形成旋转磁场，并且定子绕组产生 的旋转磁场与发电机转子的旋转磁场同向，同速，当发电机转子磁极对数 p一定时，发电机的转速n与电势的频率f有严格不变的关系，即同步关系， f=p·n/60；其中f----同步发电机电势的频率(Hz);p----同步发电机的磁 极对数;n----同步发电机转子的转速(r/min)。
• 推力轴承位于转子下方的发电机称为伞式发电机，无上 导的称为全伞式，有上导的称为半伞式，它适用于转速 在150r/min以下。
– 按冷却方式分：可分为空气冷却和水冷却两种 。
研究学习
18
• 水轮发电机的主要作用
将水轮机旋转的机械能最终转换成电能，其结构 与性能的好坏对电站的安全、稳定、高效运行起 着致关重要的作用。
2）发电机调压过程：由电磁感应定律E=L*dφ/dt可知改变等式右侧任意一个参数就可以改变 感应电势E，但一般L不可改变，同步发电机磁力线切割速度不可改变，所以一般通过改变 磁通强度（磁力线密度）来调整电压，要改变磁通强度必先改变励磁电流强度，也就是平 时改变可控硅导通角。
3）电压调整过程：电压调整命令—现地LCU—可控硅导通角—转子电压—转子电流—磁通— 感应电动势改变