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大型发电机结构说 图解)
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  大型发电机 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-引出线-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 1 铁芯轴向风段通 量电机铁芯的通风冷却有四种方式: ○ 2 铁芯轴向分段径向分区通风; 3 铁芯内轴向通风; 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) 在铁芯端部个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, 压圈出的漏磁会有所增多, 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 连接片考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