发电机基本结构

第一节 立式水轮发电机的转子
一、主轴 水轮发电机主轴用以传递转矩，并承受机组转运部分的重量及轴向推力。 主轴应具有一定的强度和刚度，以免运行中因轴的挠度过大使气隙超过允
许的偏差（对卧式水轮发电机还应考虑转子重量的影响），此外，轴系的 临界转速（无论对横向振动还是扭转振动）应高于或等于机组飞逸转速的 1.2倍。 主轴分一根结构和分段轴两种。一根结构，其优点是结构简单、制造方便、 机组轴线易于调整。适用于中、小容量的水轮发电机和大容量悬式发电机。 在这种结构中，借助于轴与轮毂之间的键或轴与轮毂之间的过盈配合来传 递转矩。中、小型水轮发电机由于其力矩较小，转轴尺寸小，加工键槽较 方便等原因，所以常采用分段结构。分段轴通常由上端轴、转子支架和下 端轴组成。这种结构的中间段是转子支架的中心体，没有轴，所以又称无 轴结构。若厂房内起吊高程结构布置允许，下端轴可与水轮机轴合为一根 轴。这样可以节省材料、缩短机组高度，又可以保证轴的加工同心度，减 小轴线摆度，从而提高安装和运行质量。这种结构还具有主轴便于锻造、 运输以及不需要热套轮毂等优点。 小容量水轮发电机采用整锻实心轴；大、中容量水轮发电机多采用整锻空 心轴；大容量水轮发电机主轴可以采用电渣焊工艺，将铸造或锻造的法兰 和铸造的轴身连成整体。近来，已有用钢板卷焊的大型薄壁轴结构。
不得凸出磁极压板表面。
2、磁极线圈（励磁线圈） 磁极铁心上套装有磁极线圈，它多用扁铜线立绕而成。匝与匝之间
用石棉纸板绝缘，整个磁极线圈与磁极铁心之间用云母板绝缘。线 圈绕好后需经浸胶热压处理，使之形成坚固的整体。 3、阻尼绕组 水轮发电机产生振荡时，发电机的转速、电压、电流、功率及转矩 等均发生周期性的变动，严重时会造成水轮发电机与电力系统失去 同步。所以，在水轮发电机的转子磁极上一般都装有阻尼绕组。它 的主要作用是提高电力系统运行的稳定性，削弱过电压的影响，抑 制转子自由振荡，提高发电机承担不对称负荷的能力。 阻尼绕组由阻尼条、阻尼环和阻尼环连接片等组成。阻尼条为裸铜 条，放置在极靴的阻尼槽中，然后用银铜焊将阻尼条与阻尼环连接 固紧，再用连接片接成整环。
四、磁极 磁极产生磁场的主要部件。一般它由磁极铁心，线圈和
阻尼绕组等部分组成。 （一）磁极的固定方式 磁极固定在磁极上的方式，通常采用螺钉、T尾和鸽尾
等结构。 中速和低速的中、小容量的水轮发电机的磁极用螺栓固
定在转子磁轭上；大、中容量水轮发电机的磁极用单个 或多个T尾固定的迭片或整体磁轭上；轭部应力较高的 中、小容量水轮发电机和部分大容量水轮发电机的磁极 用鸠尾固定在迭片或整体磁轭。 由于T尾结构的制造工艺、受力及固定较鸽尾简单，因 此获得较广泛的应用
（1）磁极冲片：磁极冲片的形状，它多用1.5mm厚的薄钢板冲压而成。 磁极冲牌上有T尾3（一个或二个），在极靴2上有阻尼孔1，以便安放阻尼条。
冲片中一般有四个螺杆孔，以便用拉紧螺杆将铁心冲片紧固成整体。 （2）磁极压板：一般采用锻钢或铸钢，压板的主要尺寸与冲片相同。 （3）螺杆或铆钉：螺杆或铆钉均用A3圆钢或15号冷拉圆钢制成。螺杆两端
定子由开有槽的硅钢片迭成，槽内安放有导线，每个 槽中的导线按一定规律连接起来构成定子绕组。
• 当转子励磁（在转子绕组中通以直流电），并在原动
机带动下旋转，则在定子绕线中产生交变电势。下面 我们研究A槽导线中电势的情况。
• 1、转子在图4-1所示位置时，导线A中的电势方向，用
右手定则判断为由外向内，用符号表示；
缘螺杆固定在上机架中心体内或励磁机架上。根据电刷的数量和
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尺寸，导电环可做成半圆形或扇形。“正”、“负”导电环沿周 向交错布置，以防碳粉引起短路。电刷的材料为电化石墨，为减
少运行中电刷的维护工作量，宜采用恒压弹簧式刷盒。每个导电
环上的电刷数和电缆接头数应在两个以上，不允许采用单刷和单 接头，这样可以防止因电刷接触不良或接头松脱而导致机组失磁。
通风槽牌由普通磁轭冲片、衬口环和导风带构成。 磁轭上、下压板的结构尺寸和冲片基本相似，只是压板的外径小，
内径稍大，其厚度一般不小于20毫米，并分成数块到工地组合成 一体。 制动环用钢板制成，大容量水轮发电机采用分块制动环，环的厚 度一般为60mm，环的宽度至少与制动块的宽度一样。对无下压 板的结构，制动环的宽度尺寸应取大些。为了减小摩擦引起的热 变形，在环的摩擦面上有辐向沟。此外，在相邻两扇形块之间应 有4—8mm的间隙，以防止热胀引起制动环挤紧凸起。
三、转子磁轭
磁轭的主要作用是产生转运惯量和固定磁极，同时 也是磁路的一部分。直径小于4m的磁轭可用铸钢或 整圆的厚钢板组成。大于4m时采用扇形冲片磁轭。
扇形冲片磁轭由扇形磁轭冲片1、通风槽牌2、定位 销3、拉紧螺杆4、磁轭上压板5、磁轭键6、锁定板 7、卡键8、下压板9、等零部件组成。
变化为两个周期。若转子有P对磁极，转子转速为n/60时，导线A中电势
的频率为
•
f Pn 60
（4-1）
•
式中f—同步发电机电势的频率，单位为Hz;
•
p —同步发电机的极对数；
•
n—同步发电机转子转速，单位为。
•
若f=50 Hz，则
•
当P=1时，
•
当P=2时，
n 60 f 3000 r/min；
本章重点介绍立式水轮发电机的结构，其他 形式的水轮机发电机只作简要地介绍。
立式水轮发电机一般由转子、定子、机架、 轴承、冷却器、制动系统和消火系统等组成。
转子和定子是产生电磁作用的主要部件，其 他部件仅起支持或辅助作用。水轮发电机的 主轴，一般用法兰盘与水轮机轴直接连接， 由水轮机带动发电机转子旋转。
二、定子铁心 定子铁心是磁路的主要组成部分并用以嵌放绕组线圈。 定子铁心由扇形硅钢片、通风槽片、定位筋、齿压板、
拉紧螺杆及固定片等部件装压而成。定位筋通过托块焊 于机座环上，扇形片、通风槽片叠装于定位筋的鸠尾上， 并通过上、下齿压板及拉紧螺栓杆将铁心压紧成整体， 如图5-16所示。 （一）扇形冲片 定子铁心的扇形冲片（图5-17）是由0.35或0.5mm厚的 硅钢片冲压而成。冲片外缘有鸠尾槽，通过定位筋和托 板将冲片固定在机座上。冲片内缘有嵌线槽，对于大、 中型水轮发电机来说，嵌线槽为开口槽。靠冲片外缘一 端冲有R3半圆形标记孔，用于叠片时判别冲片的正反面。 为了减小铁心中的涡流损失，扇形冲片两面涂有绝缘漆。
冲片交错迭装，每迭250—500mm厚为一段，段间 有通风槽片，以形成风沟。为了减小磁轭的倾斜度 和波浪度，在磁轭上、下端装有压板（也有用制动 环代替下压板的），用拉紧螺杆交磁轭固紧。磁轭 通过磁轭键、卡键我锁定板楔紧在转子支架上。
扇形磁轭冲片用2—4.5mm厚的钢板冲成，冲片外圆有TA尾槽或鸠 尾槽两种。在T尾槽（或鸠尾槽）的两侧有弹簧槽（也有没有的， 取决于磁极的结构），利用槽内弹簧将线圈撑紧，避免磁极线圈 在发电机起动、运行和停机过程中径向串动。冲片内圆冲有键槽， 以便用键楔将磁轭与支架固定。
• 2、当转子顺时针转过1/4圆周（一个磁极）时，A中电
势的方向由内向外，用符号⊙表示；
• 3、当转子顺时针转过圆周2/4（二个磁极）时，A中电
势方向又为由外向内；
• 4、当转子顺时针转过圆周3/4（三个磁极）时，A中的
电势方向为⊙；
• 5、当转子转过一周时，A中的电势方向与初始一样，
即为。
•
由上述可知，如果转子有两对磁极，转子每转过一周，导线电势的频率
二、转子支架
转子支架是将主轴和磁轭连接成为一体的中间部件。它的 主要作用是固定磁轭和传递转矩。
大型辐臂式转子支架的结构。它由中心体和支壁组成，并 通过合缝板连成一体。转子支架中心体用铸造轮毂与钢板 焊成或用钢板焊接结构。它由轮毂、上圆盘、下圆盘、撑 板、筋板和合缝板等组成。中心体外径（对边距离）通常 为3.5—4m，若超过4m，因运输条件的限制，需要分瓣。 转子支架的支臂有工字形和盒形两种结构，根据结构外形， 盒式支臂又分为拐腿式、斜筒式和直筒式三种伞式水轮发 电机多采用斜支臂结构，以提高机组运行的稳定性。
发电机结构
第一章 同步发电机的工作原理
• 我们知道，当导线在磁场中作切割磁力运动的时候，
在导线中将有感应电势产生，若将导线连成闭合回路， 就有电流流通，同步发电机构的工作就是基于这个原 理。不过，在实用的同步发电机中不是导线在运动， 而是磁场在运动。
• 图4-1是同步发电机的原理图。转子由四块电磁铁组成；
第二节 立式水轮发电机的定子
水轮发电机的定子主要由机座、铁心、绕组等主要部件组成，其典型结构如 图5-14所示。
一、机座 机座用以固定铁心，在悬式机组中它又是支持整个机组转运部分的重要部件。 机座为圆形或多边形，小容量水轮发电机的机座多采用铸铁圆形机座，或采
用钢板焊接的箱形机座。大、中容量电机的机座（图5-15）用12—60mm厚 的钢板制成壁、环、立筋及合缝板等零件焊接组装而成。由于运输条件的限 制，机座外径超过4m时，做成分瓣的一般为二、三、四六瓣、瓣间合缝处用 螺丝联接，并有径向、轴向定位销定位。随着机座直径的不断增大，目前我 国已有采用在工地拼装焊成整体的结构。 机座应具有一定的刚度，以免定子变形和振动，并应能承受发电机的短路扭 矩。 机座下环与基础板间有径向销，并用地脚螺栓将其固定在混泥土上；机座上 环与上机架相连，机座外缘表面开有一定数量的风口，在风口处安装空气冷 却器。
P n 1500
r/min；
•
当P=3时，
n 1000 r/min。
•
其他依此类推。公式（4-1）描述了所有同步电机（不论是同步发电机还
是同步电动机的共同特性：极对数P已定时，电机的转速与电势的频率有
着严格不变的关系。用电机专业的“行话”来说就是“同步”，同步电
机的词意也由此而来。
第二章 水轮发电机的结构
（二）磁极结构 1、磁极铁心 磁极铁心有实心和迭片两种。
为了满足机械强度的要求和改善发电机的特性，中容量高速水轮发电机的转 子，常采用实心磁极铁心结构；抽水蓄能电站的高速发电机的转子亦有采用 实心磁极铁心的，以便适应频繁起动的要求。实心磁极铁心由整体锻钢或铸 钢件制成。
迭片磁极铁心由冲片，磁极压板和拉紧螺杆等零件组成。一般水轮发电机的 磁极铁心都采用此种。
五、集电装置 集电装置由集电环和电刷装置组成。 集电环固定在转轴上，经电缆或铜排与励磁绕
组连接。直流电经电刷、集电环流至励磁绕组， 使电机产生主磁场。 集电装置应设在便于观察和维护以及无油雾和 灰尘污染的位置。大容量悬式水轮发电机，集 电环布置在励磁机上面或上机架中心体内，伞 式水轮发电机的集电环多布置在上导轴承和上 机架的上面（半伞式）或机组顶端（全伞式）； 小容量水轮发电机的集电环常装设在励磁机内， 换向器的上面。
二、 推力轴承的调整

（一）集电环

水轮发电机的集电环用钢板制成，有套筒式和支架式两种。套筒
式集电环是将集电环直接热套在套筒上，它适用于直径小于
550mm的集电环；支架式集电环又分为整圆和分瓣的两种，用绝
缘螺杆将集电环固定在支架上。

（二）电刷装置

电刷装置主要由导电环和电刷等组成。导电环采用钢板并通过绝
（二）通风槽片 对于采用径向通风系统的大、中容量水轮发电机，铁心沿高度分成
若干段，每段铁心冲片长度约为30-45mm。轴向通风系统，水冷电 机每段铁心冲片长度可大一些。段间有通风沟，它由通风槽片构成。 通风槽片由扇形片以及固定于扇形片上的通风槽钢及衬口环组成， 如图5-18所示。 通风槽片所用扇形片的材料为酸洗钢板，厚度一般为0.5、0.65、 0.75mm通风槽钢采用A3钢热轧而成，截面为工字形，高10mm左 右。通风槽钢及衬口环一般多用点焊的方法固定于扇形片上。 （三）定位筋、托块、拉紧螺栓杆及齿压板 冲片通过定位筋和托快固定在机座上。定位筋由方钢加工而成，呈 鸠尾形，所以又称鸠尾筋。托快由钢板制成，目前多采用平板托快。 拉紧螺栓杆及齿压板用以将铁心轴向压紧。