這里介紹汽輪發(fā)電機的構(gòu)造，由于發(fā)電機大小不同，結(jié)構(gòu)也不相同，但主要部分的結(jié)構(gòu)與功能相同，本課件就汽輪發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)與組成進行介紹，為顯示清楚，定子與轉(zhuǎn)子槽數(shù)都較少，定子線圈外形按導線繞制的線圈繪制（不是用銅條或銅管連接成的線圈）。發(fā)電機主要部件結(jié)構(gòu)則參考大中型汽輪發(fā)電機繪制。

發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子與定子組成。汽輪發(fā)電機是同步發(fā)電機，由于汽輪機的轉(zhuǎn)速很高，故汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子只有一對磁極，在額定轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)時輸出50赫茲的三相交流電。下面通過一個汽輪發(fā)電機模型來介紹汽輪發(fā)電機的基本構(gòu)造與組成。

轉(zhuǎn)子

由于大型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子磁極表面線速度達150m/s以上，離心力很大，故轉(zhuǎn)子直徑不能過大，大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子都為細長型。轉(zhuǎn)子圓周上沒有凸出的磁極（不像三相發(fā)電機模型中的轉(zhuǎn)子），轉(zhuǎn)子鐵芯是一個在圓周上開有一些槽的圓柱，在圓周兩側(cè)各有一段槽距大的面稱為大齒，就是磁極（圖1所示），稱之為隱極式轉(zhuǎn)子。在槽中嵌有勵磁繞組，隱極式轉(zhuǎn)子將勵磁繞組分成多個線圈，便于安裝與加固。

勵磁繞組兩端通過集電環(huán)（滑環(huán)）接到勵磁電源，在轉(zhuǎn)子圓周兩側(cè)就形成北極與南極，旋轉(zhuǎn)時就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

圖1--隱極式轉(zhuǎn)子示意圖

圖2是汽輪發(fā)電機定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯截面圖，中部是轉(zhuǎn)子鐵芯，外部是定子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯采用隱極式結(jié)構(gòu)。北京發(fā)電機###http://www.1688baifa.com

圖2--定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯截面

圖3是放大的定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯截面圖，兩鐵芯間有氣隙。定子鐵芯的內(nèi)圓周有嵌放定子線圈的槽，在槽口兩側(cè)有固定槽楔的小槽，槽楔用途是壓住定子線圈。轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓周有嵌放轉(zhuǎn)子線圈的槽，在槽口兩側(cè)有小槽，用來固定槽楔，在槽底有用于通風的槽。

圖3--定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯截面局部圖

轉(zhuǎn)子鐵芯與軸用高強度高磁導率的合金鋼材整體制作，在轉(zhuǎn)子鐵芯部分有一些軸向與徑向的孔隙，用來通風冷卻。由于各種電機冷卻方式不同，孔隙布置走向也不同，這里就不作介紹了，見圖4。

圖4--汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子勵磁繞組由多個線圈組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中，多個線圈串聯(lián)起來組成轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子軸的勵磁端（簡稱勵端）安裝集電環(huán)，轉(zhuǎn)子繞組的兩個線端分別連接到兩個集電環(huán)。見圖5。

圖5--嵌裝好繞組的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子

嵌放好線圈后在槽口塞入槽楔，壓住槽內(nèi)線圈，線圈在槽外的端部用護環(huán)壓住，防止線圈被離心力甩出，見圖6。

圖6--轉(zhuǎn)子線圈與護環(huán)

為降低發(fā)電機的溫度，在轉(zhuǎn)子兩端還裝有軸流風扇對機內(nèi)氣體進行強制循環(huán)。見圖7，這是整個轉(zhuǎn)子，是發(fā)電機中的旋轉(zhuǎn)部件。北京發(fā)電機###http://www.1688baifa.com

圖7--安裝好集電環(huán)與風扇的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子

定子

因為定子鐵芯內(nèi)的磁通是在不停的變化，為防止渦流損耗，定子鐵芯采用多層硅鋼片疊成，硅鋼片涂絕緣漆相互絕緣。硅鋼片導磁良好。為通風冷卻定子鐵芯分成多段，段間有縫隙實現(xiàn)徑向通風。在定子鐵芯的兩端用壓圈與穿心螺桿壓緊定子鐵芯，見圖8。

圖8--汽輪發(fā)電機定子鐵芯

在定子鐵芯槽內(nèi)嵌放定子的三相繞組，繞組形式一般為雙層疊繞。每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律對稱排列，大型發(fā)電機的線圈只有幾匝，是用一根根銅條或銅管彎成，在端部進行連接形成線圈。本模型簡化處理，線圈是由表皮絕緣的導線繞成多匝的線圈，圖中為排列在一起的24槽繞組示意圖。

圖9--汽輪發(fā)電機定子繞組

這些線圈是嵌裝在汽輪發(fā)電機定子鐵芯的槽內(nèi)，見圖10。

圖10--嵌裝繞組的定子鐵芯

嵌裝好線圈還要在槽口插入槽楔，把線圈壓緊固定。圖11是嵌裝好線圈的定子鐵芯剖視圖。

圖11--定子與繞組剖視圖

發(fā)電機的實際組裝過程是定子鐵芯先安裝進機座，然后才進行線圈的嵌裝工作。

定子與轉(zhuǎn)子裝入機座

機座（機殼）由鋼板卷制焊接而成，為確保剛度在殼內(nèi)壁焊有多圈圓環(huán)筋與多條軸向筋。本模型圓環(huán)筋較寬，為便于冷卻氣體流動，開有多個通氣孔。在機座下方有發(fā)電機出線盒，發(fā)出的三相交流電從這里引出，見圖12。安裝好的機殼加端蓋應(yīng)有很好的氣密性，以防止冷卻介質(zhì)泄露。北京發(fā)電機###http://www.1688baifa.com

圖12--發(fā)電機機殼

把定子鐵芯安裝在發(fā)電機機座內(nèi)，再進行定子線圈嵌裝，把各相線圈連接起來組成三相繞組。在定子鐵芯的槽口插入定子槽楔，壓緊槽內(nèi)線圈，見圖13。三相繞組的6個線端連接到出線盒的六個高壓瓷套端子，在出線盒外接成Y形連接，按三相四線輸出。

圖13--裝入機座的發(fā)電機定子鐵芯與繞組

把轉(zhuǎn)子插入定子鐵芯內(nèi)是發(fā)電機安裝的重要工序，要保證不損傷定子與轉(zhuǎn)子的任何部分。圖14是插入轉(zhuǎn)子后的狀態(tài)。

圖14--發(fā)電機安裝轉(zhuǎn)子

本模型的兩個轉(zhuǎn)子軸承安裝在機殼兩側(cè)的端蓋上，稱為端蓋式軸承。每塊端蓋由上下兩塊組成，在端蓋上安裝軸承部件，軸承部件由軸瓦與軸承油密封等組成，循環(huán)的密封油可以潤滑軸瓦、防止氫氣泄露、降低軸瓦溫度。

安裝好機殼兩側(cè)的下端蓋，在端蓋上安裝軸承部件，軸承把轉(zhuǎn)子支撐起來，轉(zhuǎn)子磁極與定子鐵芯間留有氣隙，轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)，見圖15。

圖15--發(fā)電機安裝軸承

安裝電刷裝置

轉(zhuǎn)子的勵磁電源連接到電刷，電刷與集電環(huán)緊密接觸，勵磁電流先通過電刷，再通過集電環(huán)到轉(zhuǎn)子勵磁繞組。電刷由天然石墨制成，有很好的自潤滑特性，導電良好，電刷通過刷辮接到勵磁端子。電刷裝在刷盒內(nèi)，可自由上下移動，壓簧把電刷壓向集電環(huán)。壓簧采用恒壓彈簧，在電刷整個行程中壓力基本不變，恒壓彈簧固定在彈簧夾上，彈簧夾上有楔形卡子，彈簧夾插在刷盒內(nèi)，卡子進入卡孔就卡住了。圖16左圖是壓簧，右圖是較新的電刷在刷盒的狀態(tài)，中圖是磨損較多的電刷（待換電刷）在刷盒的狀態(tài)。北京發(fā)電機###http://www.1688baifa.com

刷盒固定在刷握上，刷握固定在刷握架上，刷辮連接到勵磁電源接線端子上，見圖17左圖，在圖17右圖中顯示了電刷與集電環(huán)的相對位置（圖中隱去了轉(zhuǎn)子軸）。

圖17--電刷裝置與集電環(huán)

圖17僅為發(fā)電機電刷示意圖，實際大型發(fā)電機的勵磁電流很大，每個集電環(huán)由幾段組成，電刷組相應(yīng)增多，電刷數(shù)量達數(shù)十個。集電環(huán)采用耐磨的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，為降低集電環(huán)溫度，集電環(huán)有通風孔，在兩集電環(huán)之間還裝有離心風扇。

電刷裝置安裝在發(fā)電機的勵端集電環(huán)的兩側(cè)。在轉(zhuǎn)子兩端還要安裝轉(zhuǎn)子上的風扇，為了使風扇的氣流按照指定路徑流動，必須安裝上導風罩，見圖18。

圖18--發(fā)電機安裝電刷與風扇

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發(fā)電機整機

把機座兩端的上半端蓋安裝好，發(fā)電機就組裝好了，圖19是汽輪發(fā)電機的剖視圖。

圖19--汽輪發(fā)電機的剖視圖北京發(fā)電機###http://www.1688baifa.com

圖20是汽輪發(fā)電機的勵端（集電環(huán)與電刷端）外觀圖。

圖20--汽輪發(fā)電機勵端外觀圖

圖21是汽輪發(fā)電機的汽端（接汽輪機端）外觀圖。

圖21--汽輪發(fā)電機汽端外觀圖

冷卻系統(tǒng)

大型發(fā)電機產(chǎn)生的熱量很大，必須有強有力的冷卻措施，不同型號發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子、機座等主要結(jié)構(gòu)基本一樣，但冷卻系統(tǒng)五花八門，也較復雜。

主要的冷卻介質(zhì)是氫氣與水，也有用空氣。氫氣比空氣的密度小很多、導熱系數(shù)大很多；水與很大的比熱容、導熱系數(shù)大、價格低廉。冷卻方式主要有：

全氫冷發(fā)電機，電機定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵芯均用氫氣冷卻。

水氫冷發(fā)電機，電機定子繞組采用水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組與定子鐵芯用氫氣冷卻。

水水空發(fā)電機，電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷、定子鐵芯用空氣冷卻。

水水氫發(fā)電機，電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷、定子鐵芯用氫氣冷卻。

全水冷發(fā)電機，電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷、定子鐵芯也用水冷卻。

空冷發(fā)電機，電機定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵芯均用空氣冷卻，僅用于中小型發(fā)電機。

氫氣或水如何在電機內(nèi)循環(huán)則有多種途徑，根據(jù)循環(huán)路線在定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯上制作冷卻介質(zhì)的通道，繞組水冷采用空心銅管作導線，在管內(nèi)通水冷卻。

圖22是全氫冷發(fā)電機的氫氣流動示意圖，機座完全密封，在機殼靠兩端設(shè)有氫氣冷卻器，氫氣冷卻器就是排管式熱交換器，管內(nèi)是流動的水，水通過電機外設(shè)備冷卻。在機殼內(nèi)部充滿氫氣，風扇向兩端抽出熱氫氣，熱氫氣經(jīng)過氫氣冷卻器降溫，再次進入定子與轉(zhuǎn)子帶走熱量。圖中淺藍色箭頭線示意氫氣的流動路徑。北京發(fā)電機###http://www.1688baifa.com

圖22--全氫冷發(fā)電機氫氣流動示意圖

一些大型發(fā)電機將氫氣冷卻器設(shè)在機殼外部的上面，見圖23。

圖23 --600MW水氫冷發(fā)電機

除了上述的基本部件外，在定子、轉(zhuǎn)子、繞組、軸承等部位分布著許多溫度傳感器；在一些部位還有壓力傳感器、振動傳感器、位移傳感器等，全面監(jiān)視發(fā)電機的工作狀態(tài)。

在機外還配有發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)、冷卻水的凈化裝置與循環(huán)裝置、氫氣的儲存與控制裝置、密封油的循環(huán)系統(tǒng)等。