同步发电机的结构和分类
同步发电机的构成和区分
同步发电机的构造按其转速分为高速和低（中）速两种。前者多用于火电厂和核电站；后者多与低速柴油发电机或发电机联动。在结构上，高速同步发电机多用隐极式转子，低（中）速同步发电机多用凸极式转子。
一、高速同步发电机
高速同步发电机因大多数发电机与柴油发电机组同轴联动，火电厂都用高速汽轮机作柴油发电机，故而汽轮发电机一般用高转速的2极电机,其速度达3000转／分（在大电频率为60赫时,为3600转／分）。核电站多用4极电机，转速为1500转／分（当大电频率为60赫时，为1800转／分）。为适应高速、高功率要求，高速同步发电机在构成上一是采用隐极式转子，二是设置专门的冷却系统。
1、隐极式转子：外表呈圆柱形，在圆柱表面开槽以安放直流励磁绕组，并用金属槽楔固紧，使电机具有均匀的气隙。由于高速旋转时巨大的离心力，要求转子有很高的机械强度。隐极式转子通常由高强度合金钢整块锻成，槽形通常为开口形，以便装配励磁绕组。在每一个极距内约有13部分不开槽,形成大齿；其余部分的齿较窄，称做小齿。大齿中心即为转子磁极的中心。有时大齿也开一些较小的通气槽，但不嵌放绕组；有时还在嵌线槽底部铣出窄而浅的小槽作为通气槽。隐极式转子在转子本体轴向两端还装有金属的护环和中心环。护环是由高强度合金制成的厚壁圆筒，用以保护励磁绕组端部不至被巨大的离心力甩出；中心环用以预防绕组端部的轴向移动，并支撑护环。此外，为了把励磁电流通入励磁绕组，在电机轴上还装有集电环和电刷。
2、冷却装置：因为电机中能量损耗和电机的体积成正比，它的量级与电机线度量级的三次方成比例，而电机散热面的量级只是电机线度量级的二次方。因此，当电机尺寸增大时（受材料限制，增电网机功率就得加大其尺寸），电机每单位表面上需要散发的热量就会增加，电机的温升将会提高。在高速汽轮发电机中，离心力将使转子表面和转子中心孔表面产生巨大的切向应力，转子直径越大，这种应力也越大。因此，在锻件材料允许的应力极限范围内,2极汽轮发电机的转子本体直径无法超过1250毫米。大型汽轮发电机要增大单机功率，只有靠增加转子本体的长度（即用细长的转子）和提高电磁负荷来解决。目前,转子长度可达8米，已接近极限。要继续提高单机容量，只能是提升电机的电磁负载。这使大型汽轮发电机的发热和冷却问题变得特别突出。为此，已研制出多种冷却机构。对于50000千瓦以下的汽轮发电机，多采用闭路空气冷却装置，用电机内的风扇吹拂发热部件降温。对于容量为5～60万千瓦的发电机,广泛使用氢冷。氢气（纯度99％）的散热性能比空气好，用它来取代空气不仅散热效果好，而且可使电机的通气摩擦损耗大为降低，从而能显著提高发电机的效率。但是，采用氢冷必须有防爆和防漏举措，这使电机构成更为复杂，也增加了电极材料的消耗和成本。此外，还可采用液体介质冷却,例如水的相对冷却能力为空气的50倍,带走同样的热量，所需水的流量比空气小得多。因此，在线圈里采用一部分空心导线，导线中通水冷却，就可以大大减少电机温升,延缓绝缘老化,延长电机寿命。1956年,英国首创第一台12000KW定子线圈水内冷汽轮发电机。1958年，中国由浙江大学、上海电机厂首先研制成第一台定、转子线圈都采用水内冷的12000千瓦双水内冷汽轮发电机，为这种冷却方式奠定了基础。世界一些国家在大容量电机中也广泛采用水内冷技术，并制造出了几十万到一百多万千瓦的巨型发电机。除了水冷外,液体冷却介质还可使用变压器油，其相对导热能力约为水的40％，绝缘性能好，可将发电机额定电压提高到几万伏，从而节约了升压变压器的投资。近年来，还在探求用氟利昂作为冷却介质的蒸发冷却技术。氟利昂绝缘好，很容易气化，利用其气化潜热来冷却电机，是一种有意义的探索方向。
二、低速同步发电机
低速同步发电机多数由过低转速的柴油发电机或发电机驱动。电机磁极数由4极到60极,甚至更多。对应的速度为1500～100转／分及以下。因为速度偏低,一般都采用对材料和制造工艺要求过低的凸极式转子。
1、凸极式转子的每个磁极常由1～2毫米厚的钢板叠成，用铆钉装成整体,磁极上套有励磁绕组。励磁绕组一般用扁铜线绕制而成。磁极的极靴上还常装有阻尼绕组。它是一个由极靴阻尼槽中的裸铜条和焊在两端的铜环形成的一个短接回路。磁极固定在转子磁轭上，磁轭由铸钢铸成。凸极式转子可分为卧式和立式两类。大多数同步发电机、同步调相机和内燃机或冲击式柴油发电机拖动的发电。
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