同步渦輪機和水輪發電機是如何佈置的？

在水力發電廠中，發電機由轉速為 68 至 250 rpm 的水輪機驅動；在火力發電廠中，電能由由蒸汽輪機和渦輪發電機組成的渦輪機組產生。為了更好地利用蒸汽能，渦輪機被建造成轉速為3000轉/分的高速渦輪機，大型工業企業也有熱電廠。

交流發電機的設計更簡單，並且可以製造比直流發電機大得多的功率。

與大多數同步電機相比，大多數同步電機都採用倒置設計 直流機， IE。勵磁系統位於轉子上，電樞繞組位於定子上。這是因為通過滑動觸點向勵磁線圈提供相對較低的電流比向操作線圈提供電流更容易。同步電機的磁系如圖 1 所示。 1.

同步電機的勵磁極位於轉子上。電磁鐵的磁極鐵芯的製造方法與直流電機相同。在固定部分，即定子上，有一個由絕緣電工鋼片製成的鐵芯 2，在其通道中有一個用於交流電的工作線圈 - 通常是三相。

米。 1. 同步電機磁系

當轉子旋轉時，在電樞繞組中感應出交變電動勢，其頻率與轉子的速度成正比。流過工作線圈的交流電會產生自己的磁場。轉子和工作線圈的磁場以相同的頻率旋轉—— 同步地… 在電機模式下，旋轉工作場攜帶勵磁系統的磁鐵，在發電機模式下，反之亦然。

有關更多詳細信息，請參見此處： 同步電機的用途和配置

考慮設計最強大的機器——渦輪機和水輪發電機……渦輪發電機由蒸汽輪機驅動，這在高速時最經濟。因此，渦輪發電機的勵磁系統極數最少——兩個，對應於 50 Hz 工業頻率下 3000 rpm 的最大轉速。

渦輪發電機工程的主要問題是創建具有電、磁、機械和熱負載極限值的可靠機器。這些要求在機器的整個設計上留下了印記（圖 2）。

米。 2、水輪發電機總圖：1——滑環和電刷裝置，2——軸承，3——轉子，4——轉子片，5——定子繞組，6——定子，7——定子繞組，8——風扇。

渦輪發電機的轉子以實心鍛件的形式製成，直徑可達 1.25 m，長度可達 7 m（工作部件）。考慮到軸，鍛件的總長度為 12 — 15 m。在工作部件上銑削通道，其中放置勵磁線圈。因此，獲得了沒有明確定義的磁極的圓柱形雙極電磁鐵。

在渦輪發電機的生產中，使用了最新的材料和設計解決方案，特別是通過冷卻劑 - 氫氣或液體的噴射直接冷卻活動部件。為了獲得高功率，有必要增加長度機器外觀，給人一種非常特別的感覺。

水力發電機（圖 3）在結構上與渦輪發電機有很大不同。水輪機的運行效率取決於水流的速度，即努力。不可能在平坦的河流上產生高壓，因此渦輪機的轉速非常低——每分鐘幾十到幾百轉。

要獲得 50 Hz 的工業頻率，必須將這種低速機器製成大量極數。為了容納大量的極數，需要增加水輪發電機轉子的直徑，有時可達10-11 m。

米。 3、繖形制氫機縱剖面：1—轉子輪轂，2—轉子輪緣，3—轉子磁極，4—定子鐵芯，5—定子繞組，6—橫梁，7—制動器，8—推力軸承，9 — 轉子套筒。

建造強大的渦輪機和水力發電機是一項工程挑戰。需要解決機械、電磁、熱力和通風計算等多項問題，確保結構在生產中的可製造性。只有強大的設計和生產團隊和公司才能完成這些任務。

不同類型的結構非常有趣。 同步微型機械，其中廣泛使用永磁體和反應系統，即工作磁場不與激勵磁場相互作用，而是與轉子的鐵磁凸極相互作用的系統，轉子沒有繞組。

然而，當今同步電機沒有競爭對手的主要技術領域是能源。發電廠中的所有發電機，從最強大的發電機到移動發電機，都基於同步電機。

至於 同步電機，那麼他們的弱點就是啟動問題。同步電機本身通常無法加速。為此，它配備了一個根據異步電機原理工作的特殊啟動線圈，這使設計和啟動過程本身變得複雜。因此，同步電機通常具有中高額定功率。

下圖顯示了渦輪發電機的結構。

發電機的轉子1由鍛鋼製成，其中為勵磁線圈銑槽，由稱為勵磁機的特殊直流電機10驅動。流向轉子繞組的電流通過由外殼9封閉的滑環供應，轉子繞組的導線連接到它們。

旋轉時，轉子產生很大的離心力。在轉子的凹槽中，繞組由金屬楔子固定，鋼質擋圈 7 壓在前部。

定子由特殊電工鋼的沖壓板 2 組裝而成，這些板在由鋼板焊接而成的框架 3 中得到加強。每個定子葉由幾個部分組成，稱為段，用 4 個螺栓固定。

在定子的通道中，放置線圈6，當轉子旋轉時在線圈6的導線中感生電動勢。串聯連接的繞組線的電動勢增加，在端子12處產生數千伏的電壓。當電流在繞組線之間流動時，會產生很大的力。因此，定子繞組的前部由環5連接。

轉子在軸承 8 中旋轉。在軸承和底板之間放置斷路絕緣，通過它可以關閉軸承電流。第二個軸承與汽輪機一起製造。

為了冷卻發電機，定子被分成單獨的包裝，通風管道位於這些包裝之間。空氣由安裝在轉子上的風扇 11 驅動。

為了冷卻強大的發電機，需要推動大量空氣通過它們，達到每秒數十立方米。

如果冷卻空氣取自電站場地，那麼由於其中存在微量灰塵（每立方米幾毫克），發電機將在短時間內被灰塵污染。因此，渦輪發電機建造有封閉的通風系統。

通過發電機的通風通道時被加熱的空氣進入位於渦輪發電機外殼下方的特殊空氣冷卻器。

在那裡，加熱的空氣在水流過的空氣冷卻器的翅片管之間通過並被冷卻。然後空氣返回到風扇，推動空氣通過通風管道。這樣，發電機就不斷地用相同的空氣冷卻，灰塵就不會進入發電機內部。

沿渦輪發電機轉子圓周的速度超過 150 m / s。在這個速度下，大量的能量消耗在轉子在空氣中的摩擦上。例如，在功率為 50,000 kWVt 的渦輪發電機中，由於空氣摩擦造成的能量損失佔所有損失總和的 53%。

為了減少這些損失，強大的渦輪發電機的內部空間不是充滿空氣，而是充滿氫氣。氫氣比空氣輕 14 倍，也就是說，它具有類似的較低密度，因此轉子摩擦損失顯著降低。

為了防止由空氣中的氫氣和氧氣的混合物形成的氫氧氣體爆炸，發生器內部設置了高於大氣壓的壓力。因此，大氣中的氧氣無法穿透發電機。

汽輪發電機的 3D 模型：

1965年學校用品廠製作的一盤教育磁帶：
同步發電機