MW发电机定子基本结构总览

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汽轮发电机定子介绍.

(一)定子机座
从美国WH公司购进的八轴数控机座加工中心，一次找正、装夹就能加工完成，大大提高精确度。
(一)定子机座
机座水压和气密试验氢气冷却的发电机定子机座，在运行时机座内充满有一定压力的氢气。对机座要求要具有一定的强度和密封性。水压试验：实际上机座最大试验压力一般为1.0MPa的水
压。耐水压试验时，不允许有永久性的变形和泄露。
(四)冷却器
布置方式：在我厂的产品系列中，冷却器在机座内的布置方式主要有竖式（垂直）布置和卧式（水平）布置两种，这两种布置的设计要根据通风的风路和发电机轴系的临界转速等因素综合而定。
(一)定子机座
(一)定子机座
定子机座一般由外罩板、外壁、中壁、通风管道、各种支撑
筋板（管）、底脚板、吊攀及吊攀座、出线盒支座、冷却器支座、人孔法兰等部件焊接而成，外形尺寸庞大，形状结构复杂，要求有足够的刚度和强度，同时要最大限度的满足加工方便、工艺性好的要求。机座还需具备满足固定、冷却、
吊运、发电机状态监测仪表接口等功能的结构，同时，考虑
汽轮发电机定子
金工部分介绍
汽轮发电机基本结构
汽轮发电机，不管何种冷却方式，不管容量大小，发电机的本体的机械结构可分为静止和转动的两大部分。 • 静止部分主要有机座、定子铁芯、定子绕组、端盖、轴承、冷却器等。若是氢冷发电机则另设有动、静密封装置等。 • 转动部分主要有转轴、转子绕组、护环、中心环、风扇环、集电环等。若是水内冷转子则必须有进水机构和出水装置。
GE 公司及 A-A 公司则将主要零部件如出线罩、底脚等先回火消除应力，然后焊接成整体机座再金加工，最后
泵水压使整个机座消除应力。
(二)定子铁心
定子铁芯的作用：使发电机总磁通获得低磁阻的磁路，同时起着固定定子绕组的作用。在铁芯中有磁滞损耗和涡流损耗，为了减少涡流损耗，要把铁芯分成许多薄片，而且各片之间彼此绝缘，以防止各叠片之间流过电流。每一硅钢薄片厚度的选择与涡流的透入深度有关。大型汽轮发电机通常使用的冲片厚度是0.35mm或0.5mm。

发电机结构

图1－3 发电机碳刷
6）励磁系统（我公司自并励系统图）发电机定子
发发电电机机转转子子
碳刷滑环
发
电
机
出
励磁变
线
起励电源
调节装置
2.发电机设备规范及特性
项目型号额定容量额定有功额定无功功率因数
定子电压
参数 QFSN—300—2 353MVA
300 MW 186MVar 0.85(滞后)
20kV
集电环用耐磨合金钢制成，是一对带沟槽的钢环，经绝缘后热套在转子轴上的。在集电环与转轴之间设有绝缘套筒。集电环上加工有轴向和径向通风孔。表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况，使电刷之间的电流分配均匀。两集电环间设有同轴离心式风扇以冷却集电环和电刷。
4）护环、中心环、阻尼环因为转子旋转时，转子线圈端部受到很大的离心力的作用，为了防止对转子线圈端部的破坏，
在负载运行条件下，定子绕组会产生自感应涡流损耗，为减少这种损耗，定子线棒采用了罗贝尔换位形式。所谓换位，就是在线棒编织时，让每根线棒沿轴向长度，分别处于槽内不同高度的位置，这样每根线棒的漏电抗相等，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生的环流及附加损耗。定子线棒由矩形的空心和实心股线混合编织而成，定子绕组就是通过空心股线中的水介质来冷却的。定子线棒端部的所有股线均焊接到水电接头上，通过铜带将两根线棒水电接头焊在一起形成电气连接，构成一匝线圈；而所有空心股线中的冷却水通过水电接头的水路接至靠滑环端的汇流母管，并经绝缘引水管进入线圈。在发电机的集电环端设有一条进水母管；在汽机端部设有一条出水母管。冷却水流通道为单向型，即从集电环端流向汽机端。汇流母管是直接接地的，从线圈到汇流母管间的连接是采用单个加强型绝缘管，这种绝缘管设计上能够受发电机的运行电压，这就保证了线圈的对地绝缘。但对于这种结构，测量线圈绝缘却是不方便的。

大型发电机结构说图解)

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。
图12转子线槽分布图
（a）转子磁极横断面；（b）转子轴线剖视
二极转子表面铣出嵌线槽后，磁极轴线上的大齿部分刚比极间开槽区的大，当转子旋转时，受自重和惯性转矩影响，依转子位置的不同，转轴弯曲程度也不相同。转子每转一圈，弯曲程度的大小要变化两个周期，将产生双倍频振动。为此，对大型的细长转子，常在大齿表面上沿轴向铣出一定数量的圆弧形横向月牙槽，使大齿区域和小齿区域两个方向的刚度接近相等，降低转子双倍频振动，如图12所示。
定子铁芯的叠装结构与其通风散热方式有关。大容量电机铁芯的通风冷却有四种方式：铁芯轴向风段通风；铁芯轴向分段径向分区通风；铁芯内轴向通风；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。
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发电机的氢冷却器放在机座两侧或顶部的外罩内。每只氢冷却器有独立的水支路。当停运一只水支路是，冷却器能带80%～100%的负荷运行。
氢冷却器外罩为钢板焊接结构，对称布置安装在发电机机座的两端或顶部。这样既可减少发电机轴向长度，又可运输时另行包装，减少定子运输尺寸和质量。

1000MW发电机结构说明

发电机本体结构1 发电机基本构成图4-11 发电机结构原理图图4-12 发电机剖视图汽轮发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成，具体的发电机结构见图4-11和图4-12所示。

2 发电机冷却方式发电机的发热部件，主要是定子绕组、定子铁芯（磁滞与涡流损耗）和转子绕组。

必须采用高效的冷却措施，使这些部件所发出的热量散发除去，以使发电机各部分温度不超过允许值。

我厂发电机采用水－氢－氢冷却方式，即发电机定子绕组及引线是水内冷，发电机的转子绕组是氢内冷，转子本体及定子铁芯是氢表冷。

为此，发电机还设有定子内冷水冷却系统，发电机氢冷系统和为防止氢气从轴封漏出的密封油系统。

3 发电机定子发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。

1）机座与端盖机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。

此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。

在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。

由于发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。

这些小室用管子相互连通，并能交替进行通风。

氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。

端盖是发电机密封的一个组成部分，结构如图4-13所示。

为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。

在端盖的合缝面上还设有密封沟，沟内充以密封胶以保证良好的气密。

轴瓦采用椭圆式水平中分面结构，轴瓦外园的球面形状保证了轴承有自调心的作用。

在转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来保证。

密封瓦为铜合金制成，内圆与轴间有间隙，装在端盖内圆处的密封座内。

密封瓦分成四块，在径向和轴向均有卡紧弹簧箍紧，尽管密封瓦在径向可以随轴一起浮动，但在密封座上下均有销子可以防止它切向转动。

密封油经密封座和密封瓦的油腔流入瓦和轴之间的间隙沿径向形成油膜以防止氢气外泄，在励端油密封设有双层对地绝缘以防止轴电流烧伤转轴。

MW发电机结构

生的离心力。非磁性槽楔和磁性槽楔的应用，保
证了合理的磁通分布。采用了高强度、非磁性合
金钢锻件加工而成的护环，热套在转子本体两端，
采用悬挂式嵌装，一端与转子本体热套配合，另
一端为悬挂式。转子绕组与护环之间采用模压的
绝缘环绝缘。为了隔开和支撑端部线圈，限制它
们之间由于温差和离心力引起的位移，端部绕组
间隔块放置了模压的环氧玻璃布绝缘块。
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600MW培训讲义
2、定子线圈的连接散热方式
定子绕组为60°相带、三项、双层绕组，双支路并联、Y连接。定子线圈的空心导线内通过冷却水以冷却铜线，因此线圈温升很低，但定子线圈对地绝缘仍采用F级环氧云母带连续绝缘，确保使用寿命。在线圈的才内支线段和出槽口、端部均进行了表面防电晕处理。
为减少由于不平衡负荷产生的负序电流在转子上引起的发热，提高发电机承受不平衡负荷（负序电流和异步运行）的能力，由槽楔压紧。阻尼电流通路是由护环、槽楔、端部铍钴锆铜槽楔组成形成的阻尼系统。
阻尼系统有效地减少负序电流在转子表面的发热情况，增强了转子的负序承载能力。
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600MW培训讲义
转子的结构及冷却
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600MW培训讲义
3、在大齿上开有阻尼槽，使发电机在不平衡负载时可以减少在横向槽边缘处的阻尼电流和由此引起的在尖角出的温度急剧升高，有效地提高了发电机承受负序的能力。
4、为消弱运行时在近磁极中心的气隙磁通和转子轭部磁通局部饱和，改善磁场波形，在靠近大齿的两个嵌线槽分别采用了不等间距分布，1、4 好嵌线槽采用浅槽。
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600MW培训讲义
铁芯的散热结构
铁芯内设有许多径向通风道组成氢气便面冷却、多路并联通风、对应转子进风和出风的十一个风区。

MW汽轮发电机结构原理

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6Hale Waihona Puke h7发电机剖视图
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四、汽轮发电机的结构
● 发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成，具体的发电机结构见上图，火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构。
● 发电机定子：发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。端盖是发电机密封的一个组成部分，结构如图所示。为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。
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● 机座隔振——定子弹性支撑：为了减小由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起的双频振动，以及短路等其它因数引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，在定子铁芯和机座之间采用卧式弹性隔振结构。弹性隔振结构形式如下图所示：在定位筋的背部装弹簧板，弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。
● 在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风（氢气）系统的一部分。由于发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。这些小室用管子相互连通，并能交替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热
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● 根据电磁感应定律，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线在定子铁芯内的U、V、 W三相绕组（导线）依次切割，在定子绕组内感应的电动势正好变化一次，亦即感应电动势每秒钟变化的次数，恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。

发电机的定子结构

发电机的定子结构
发电机的定子由机座、铁芯、线圈等部件组成。

如下左图：1-机座2-铁芯3-线圈
机座是用来固定铁芯的，对于悬式发电机，机座用来承受转动部分的全部重量；铁芯是发电机磁路的一部分；线圈则形成发电机的电路。

一.机座
发电机的机座主要作用是：
1.作为定子铁芯叠片的支撑结构；
2.承受定子的扭矩,并将其传至底脚；
3.构成冷却气体的通道；
4.构成轴承,机架和冷却器的支撑结构；
大型水轮发电机的定子机座直径比较大，主要采用立式结构，大部分需要分瓣制造，如下底图。

二.定子铁芯
定子铁芯是定子的主要磁路，同时也是定子绕组的安装和固定部件。

定子铁芯由扇形冲片、通风槽片、齿压板、拉紧螺栓、托块、定位筋等部件组成，如下右图：1-定位筋2-扇形片3-齿压板4-拉紧螺杆5-固定片6-通风槽片7-下齿压板8-托块
三.线圈
大型水轮发电机的定子绕组大部分采用条式线圈(亦称线棒)双层波绕组，条式波绕组的特点是端部连接少，拆换方便。

对于水冷发电机，也可以采用单层波绕组，这样可以简化冷却水管路。

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330MW发电机定子基本结构
北京北重汽轮发电机有限责任公司 T225-460
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同步发电机发展概况
❖ 同步发电机的功能是将原动机转轴上的动能通过发电机转子与定子间的磁场耦合作用，转换到定子绕组上变成电能。按照原动机的不同，通常分为水轮、汽轮、燃气轮及柴油发电机等。按照冷却介质的不同可分为空气冷却、氢气冷却、水冷却等。大型同步发电机已经没有完全的空气冷却了。现主要冷却方式为：水氢氢、水水空氢气冷却。
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定子本体
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发电机组的技术规范
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定子铁芯
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定子铁芯
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弹性支持系统
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弹性支持系统
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弹性支持系统
❖ 弹性支持系统各个支持筋焊到悬挂壁板上，悬挂壁板本身焊在弹簧板上，弹簧板两端焊到固定壁板上。这种布置为铁心和机座之间提供了减振环节。弹性支承系统设计成不仅容许由磁力和膨胀引起的径向位移，而且还容许由常规或意外转矩产生的切向位移。这些位移是相对固定的机座来说的，机座通过底脚固定到基础上。铁心和机座间的减振环节足以保证仅有铁心振动的很小部分越过支持系统被传送，这样就保证了机座的振动为一个低水平。支持筋的内面有一燕尾部分，定子铁心固定在其上面。
则将转子绕组采用超导材料，单机极限容量
达3600MW。
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概述
❖ T255-460型330MW汽轮发电机为三相交流两极同步发电机。发电机采用封闭循环通风系统，转子采
用氢气内部冷却（槽底副槽转子径向通风），定子
铁心采用氢气表面冷却，定子绕组采用水内冷却。氢气在机座内部循环，保证发电机在氢气压力0.3 MPa压力下正常运行。在机座上部横放两组四个气体冷却器。集电环端有一个轴承在机座外部，发电
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定子绕组
❖ 定子绕组线棒是由一束绝缘铜线构成，铜线有实心的也有空心的。这些绝缘铜线沿铁心的整个长度上 540°换位。这样大大减小了漏磁引起的损失。每只线棒通过排间绝缘来实现两个线棒间的绝缘。定子线捧的对地绝缘由云母带包扎而成。为避免电晕或火花的形成，线棒的槽内部分用导电漆来覆盖，端部绕组用电阻性漆来涂覆。每根线棒所有股线的末端都是通过“水盒”进行电气连接，线棒嵌入槽内后，上下层线棒的“水盒”通过连接套和环装配在一起，提供了两线棒间的电连接。
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大，现阶段我国
300MW、600MW机组已成为主力机组。单
机容量增长的原因和优点是：可降低发电机
的造价和材料消耗；可降低电厂基建安装费
用；可降低运行费用。目前，增大单机容量
主要手段是通过冷却技术的发展提高线负荷，
其单机极限容量达1200MW,若要再一步提高，
机汽、励两端的轴承安装在发电机两端的大盖上。
发电机定冷水由发电机汽侧汇水环和引出线汇水环进入，从发电机励侧汇水环流出形成一个循环。
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机座构造的简述
❖ 发电机的机座必须承受机内氢气的压力，所以机座的整个主体及其焊缝要完全不透气，并在制造后要仔细地进行检验（0.9MPa水压试验）。机座形成了汽轮发电机的外壳。机座组装成一个筒体，其两端中心位置开孔。沿两侧装有底脚。机座由锅炉钢板焊接而成，所用钢材具有良好的焊接性能。机座内部通过与轴线垂直的环形隔板来加固。这些环形隔板使机座具有必要的刚度，足以支撑装有铁心的支持筋。机座也形成了冷却回路，其轴段的设计保证了冷却气体对发电机所有零件的冷却效果处于最佳分布状态。
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定子线棒截面
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定子线棒截面
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氢气冷却器结构
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氢气冷却器的位置
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谢谢！
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