华北电力大学电机学第12章 步发电机的基本类型与结构
发电机原理和结构
额定功率和效率
额定功率
指发电机在额定运行条件下能够持续输 出的最大功率，通常以千瓦（kW）或兆 瓦（MW）为单位。额定功率是评价发 电机性能的重要指标之一。
VS
效率
指发电机在给定运行条件下输出功率与输 入功率之比，通常以百分比表示。高效率 的发电机能够更好地将燃料或动力转换为 电能，减少能源浪费。
永磁同步发电机
工作原理
永磁同步发电机的工作原理是基于永磁体产生的恒定磁场与定子绕组产生的旋转磁场相互 作用，产生感应电势并输出交流电能。
结构特点
永磁同步发电机主要由定子、转子、轴承和端盖等组成。定子上绕有三相绕组，转子上装 有永磁体，通过轴承支撑在端盖上旋转。与普通交流发电机相比，永磁同步发电机无需励 磁电源，具有结构简单、效率高、体积小等优点。
温升和绝缘等级
温升
指发电机在运行过程中各部分温度相对于环 境温度的升高值。温升过高可能会影响发电 机的性能和寿命，因此需控制在允许范围内 。
绝缘等级
指发电机绕组绝缘材料所能承受的最高温度 。绝缘等级越高，发电机绕组在高温下的绝 缘性能越好，从而提高发电机的安全性和可 靠性。常见的绝缘等级有A、E、B、F、H 等。
能量转换过程
机械能转换为电能
在发电机中，原动机（如汽轮机、水轮机等）将机械能传递给发电机转子，使其旋转。转子上的导体 在旋转过程中切割定子磁场，从而在导体中产生感应电动势和感应电流。这个过程实现了机械能到电 能的转换。
电能输出与调节
发电机产生的电能通过定子绕组引出，经过变压器升压或降压后，输送到电网或用电设备。同时，为 了保持发电机输出电压和频率的稳定，需要对发电机的励磁系统和原动机的控制系统进行调节。
洛伦兹力
运动的带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，这个力会使带电粒子发生偏 转，从而产生电流。
发电机组的基本原理及结构简介
发电机组的基本原理及结构简介发电机组是指能将机械能或其它可再生能源转变成电能的发电设备。
一般我们常见的发电机组通常就是内燃机（汽油机、柴油机等发动机）驱动的发电机组，而近年来所说的可再生新能源包括核能、风能、太阳能、生物质能、海洋能等新型发电机组。
由于柴油发电机组的容量较大，可并机运行且持续供电时间长，还可独立运行，不与地区电网并列运行，不受电网故障的影响，可靠性较高。
尤其对某些地区常用市电不是很可靠的情况下，把柴油发电机组作为备用电源，既能起到应急电源的作用，又能通过低压系统的合理优化，将一些平时比较重要的负荷在停电时使用，因此在工程、医院、工厂等领域中得到广泛的使用。
以下对常见的发电机组的基本原理及结构形式分别予以介绍：1.汽轮发电机组与汽轮机配套的发电机组。
为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为3000转／分（频率为50赫）或3600转／分（频率为60赫）。
核电站中汽轮机转速较低,但也在1500转/分以上。
高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。
特别是在3000转／分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过 1.2米。
而转子本体的长度又受到临界速度的限制。
当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动。
所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。
10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。
为此必须加强电机的冷却。
所以5～10万千瓦以上的汽轮发电机组都采用了冷却效果较好的氢冷或水冷技术。
70年代以来，汽轮发电机组的最大容量已达到130～150万千瓦。
从1986年以来，在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。
超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机组发展史上产生一个新的飞跃。
发电机的结构及工作原理
发电机的结构及工作原理一、引言1. 背景介绍：电力在现代社会中的重要性2. 发电机在电力系统中的地位和作用3. 论文目的：介绍发电机的结构及工作原理，提高读者对发电机原理的理解二、发电机的基本结构1. 定子1) 定子的作用2) 定子的主要组成部分3) 定子的运行原理2. 转子1) 转子的作用2) 转子的主要组成部分3) 转子的运行原理3. 冷却系统1) 通风系统2) 冷却水的作用3) 冷却系统的运行原理三、发电机的工作原理1. 电磁感应1) 磁场原理2) 线圈原理3) 电磁感应的计算2. 能量转换1) 机械能转换为电能2) 电能转换为机械能3. 电力品质1) 电压2) 电流3) 频率四、发电机的类型及应用1. 直流发电机1) 直流发电机的结构2) 直流发电机的工作原理3) 直流发电机的主要应用2. 交流发电机1) 交流发电机的结构2) 交流发电机的工作原理3) 交流发电机的主要应用3. 分布式发电机1) 分布式发电机的结构2) 分布式发电机的工作原理3) 分布式发电机的主要应用五、结论1. 总结发电机的结构及工作原理2. 展望发电机的发展趋势和未来应用领域1. 背景介绍：电力在现代社会中的重要性电力在现代社会中的重要性电力，作为一种清洁、高效、可再生的能源，已经成为现代社会不可或缺的能源来源。
在我国，电力的重要性更是不言而喻。
随着经济的快速发展，人们对电力的需求量急剧增加，电力已经深入到人们生活的方方面面。
无论是工业生产、家用电器，还是交通、通讯、医疗等各个领域，电力都在发挥着关键性的作用。
在这样的背景下，发电机作为一种将机械能转换为电能的设备，其结构和工作原理就显得尤为重要。
本文将详细介绍发电机的结构和工作原理，以期为读者提供对发电机的基本认识。
发电机的结构发电机通常由定子、转子、磁场和电极组成。
1. 定子：定子是发电机的固定部分，通常由导线绕组和磁性材料构成。
定子的主要作用是产生磁场，以满足发电机工作所需的条件。
发电机的分类、原理、结构、使用方法，告别小白，一文全明白
发电机的分类、原理、结构、使用方法，告别小白，一文全明白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。
发电机是指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。
一、发电机的分类柴油发电机组中的发电机是将柴油机的机械能转变为电能的装置，是电力的输出部分。
柴油发电机组的种类较多，通常可按以下方法进行分类:①按使用条件不同，柴油发电机组可分为陆用和船用两大类，陆用机组又可分为固定式和移动式(拖车式)两类。
②按陆用机组使用要求的不同，柴油发电机组可分为普通型、自动化型、低噪声型和低噪声自动化型。
③按发电机输出电流性质的不同，柴油发电机组可分为交流发电机组和直流发电机组。
④按交流同步发电机励磁方式的不同，柴油发电机组可分为装备旋转交流励磁机励磁系统的机组和装备静止励磁机励磁系统的机组;⑤按柴油发电机组用途的不同，柴油发电机组可分为常用发电机组、备用发电机组、应急发电机组。
二、发电机的工作原理1、柴油发电机柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。
在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。
柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。
2、汽油发电机汽油机驱动发电机运转，将汽油的能量转化为电能。
在汽油机汽缸内，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行作功。
无论是柴油发电机还是汽油发电机，都是各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。
发电机的组成及工作原理
发机电的组成及工作原理发机电是一种将机械能转化为电能的装置，它由多个部件组成，每一个部件都发挥着重要的作用。
下面将详细介绍发机电的组成和工作原理。
1. 发机电的组成发机电主要由以下几个部份组成：1.1. 转子：转子是发机电的旋转部份，通常由一组导体绕成的线圈组成。
当转子旋转时，导体味在磁场中产生电动势。
1.2. 定子：定子是发机电的静止部份，通常由一组定子线圈组成。
定子线圈通过电流产生一个稳定的磁场，与转子的磁场相互作用，从而产生电动势。
1.3. 磁场：发机电中的磁场通常由磁铁或者电磁铁提供。
磁场的强弱和方向决定了发机电的输出电压和频率。
1.4. 端子：发机电的端子是用于连接负载的电路，将产生的电能传输到外部设备或者电网。
1.5. 整流器：对于交流发机电，整流器用于将交流电转换为直流电。
整流器通常由一组二极管组成。
1.6. 调压器：调压器用于控制发机电的输出电压，确保其稳定在设定值。
2. 发机电的工作原理发机电的工作原理基于电磁感应的原理，即当导体在磁场中运动时，会产生电动势。
下面是发机电的工作原理步骤：2.1. 磁场产生：通过磁铁或者电磁铁产生一个稳定的磁场，磁场的强弱和方向决定了发机电的输出电压和频率。
2.2. 旋转转子：当发机电启动时，转子开始旋转。
转子上的导体线圈在磁场中运动，导体线圈切割磁力线，产生一个电动势。
2.3. 电动势产生：根据法拉第电磁感应定律，当导体线圈切割磁力线时，会在导体两端产生电压。
这个电压就是发机电的输出电压。
2.4. 电能输出：通过端子将产生的电能传输到外部设备或者电网，供电使用。
3. 发机电的工作原理示意图```+--------+ +--------+| | | || | | || | | || | | || | | || | | || | | |+--------+ +--------+转子定子```上图是一个简化的发机电示意图。
转子由导体线圈组成，定子由定子线圈组成。
发电机的结构和发电原理
发电机的结构和发电原理发电机是一种能够将机械能转变为电能的设备。
它主要由定子、转子、发电机组、传动系统和控制系统等组成。
以下将详细介绍发电机的结构和工作原理。
1.定子：定子是一种静态部件，通常由铁心和定子线圈组成。
铁心由许多柱状的铁片叠加而成，旨在增加磁路面积和提高导磁性能。
定子线圈一般包括若干绕组，绕组的数量根据需要的电压和功率来确定。
2.转子：转子是发电机的旋转部分，负责产生转矩和旋转运动。
转子通常由铁心和励磁线圈组成。
铁心的形状有多种，例如圆盘形、柱状形、凸形等。
励磁线圈通过电流产生旋转磁场，从而与定子磁场产生电磁感应力，驱动转子旋转。
3.发电机组：发电机组由发电机和发动机组成。
发动机通过燃料的燃烧产生机械能，驱动发电机运转。
4.传动系统：传动系统通常由发动机的曲轴和发电机的转子轴以及联轴器组成，用于将发动机的旋转运动传递给发电机转子。
5.控制系统：控制系统主要用于监测和控制发电机的工作状态，包括电压、电流、频率等参数的监测和调节。
发电机的工作原理：发电机的工作原理基于电磁感应定律，即当导体相对于磁场运动时，会在导体两端产生电动势和电流。
工作步骤如下：1.励磁：发电机通过励磁线圈产生旋转磁场。
励磁线圈通过直流电流激励，形成磁场。
2.电磁感应：当发电机的转子旋转时，励磁线圈产生的旋转磁场与定子线圈的磁场相互作用，产生电磁感应。
根据电磁感应定律，磁场的变化会在导体上产生感应电动势。
3.给定子加载负载：当给定子加载负载后，在定子线圈两端产生电压差，从而驱动电流通过负载。
4.电能输出：负载中的电流可以用来提供电力，并将机械能转变为电能。
发电机的主要原理是利用旋转磁场和定子线圈之间的相互作用，通过电磁感应将机械能转化为电能。
它是现代社会中不可或缺的设备，广泛应用于工业、家庭和交通等领域。
发电机结构
同步发电机基本结构及工作原理各位同事：大家好！今天我们有幸在一起学习同步发电机基本结构及工作原理，有讲的不周到的地方请大家指正！一：同步发电机基本结构发电机主要由定子、转子、端盖及轴承、氢气冷却器、冷却器罩、出线盒油密封装臵、座板、刷架、隔音罩等部件组成。
发电机与主变压器之间采用带有微正压装臵的离相封闭母线，发电机中性点经干式单相变压器接地。
发电机采用水氢氢冷却方式，即定子绕组为水冷却，转子绕组为氢气内部冷却，铁芯为氢气冷却，发电机整体为全封闭气密结构。
定子绕组总进出水汇流管分别装在机座的励端和汽端，在出线罩内还装有单独的出水小汇流管，由进水汇流管经绝缘引水管构成向定子绕组、主引线、出线瓷套端子及中性点母线板供水通道，由出水汇流管汇集排出。
定子铁芯沿轴向分为九大风区，其中四个进风区、五个出风区、冷热风区依次交替，转子与定子对应。
转子绕阻槽部采用气隙取气斜流通风系统，冷风自铁芯径向风道进入气隙，通过转子表面进出风斗的旋转压头效应，进入转子绕阻的内风道，气体在风道内被加热后从两侧相邻出风区排入气隙。
转子端部采用两路通风系统：一路由绕组端部直线部分侧面进风，由本体第一风区（或第九风区)出风；另一路由绕组端部弧部外侧进风，经过端部铜排的风沟至弧部中心里侧出风，再由大齿端头月牙槽排入气隙。
氢气由装在转轴汽、励两端护环外侧的单级浆式风扇驱动，在定子机座内密封循环，热氢气经过氢气冷却器冷却进行再循环。
氢气冷却器横臵于发电机两端顶部的外罩内，汽、励端各一组，每组冷却器由两个冷却器组成，水路为各自独立的并联系统。
定子：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。
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。
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。
发电机结构
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。
发电机内部结构
发电机内部结构发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
它通过引入磁场和导电线圈的相互作用来产生电流。
为了更好地理解发电机的工作原理，本文将详细探讨发电机的内部结构。
一、转子发电机的转子是其中最重要的部件之一。
它通常由铁磁材料制成，如硅钢片。
转子又分为两种类型：永磁转子和励磁转子。
1. 永磁转子永磁转子内部拥有永磁体，它可以产生稳定的磁场。
当转子旋转时，磁场会与定子上的线圈相互作用，诱发电流。
这种结构常见于小型家用发电机。
2. 励磁转子励磁转子依靠外部电流来产生磁场。
通常有两种类型的励磁转子：直流励磁转子和交流励磁转子。
直流励磁转子通过直流电源提供电流，而交流励磁转子则通过电源和整流器来产生直流电流。
励磁转子常见于大型发电机。
二、定子定子是发电机的固定部分，通常由线圈和铁芯构成。
它的主要作用是提供导体以及支撑和保护线圈。
1. 线圈定子线圈是由导电材料制成的，通常绕在铁芯上。
它们被安排成若干个线圈组，这些线圈组有助于提高发电机的效率和性能。
线圈与转子磁场的相互作用产生了感应电流。
2. 铁芯定子的铁芯是由软磁材料制成的，如硅钢片。
它的主要作用是引导和增强磁场，从而增加感应电流的产生。
铁芯通常采用堆叠的方式组装，以减少涡流损耗。
三、绕组绕组是发电机内部的导线系统，用于传输电流。
它们主要分为定子绕组和转子绕组两种。
1. 定子绕组定子绕组是安装在定子上的线圈系统。
在发电机内部，定子绕组通常分为若干相和极对。
每相由若干个线圈组成，这些线圈通过绝缘材料隔离并连接在一起。
定子绕组在电流通过时会产生磁场，并与转子的磁场相互作用。
2. 转子绕组转子绕组用于励磁转子，主要是为了提供励磁电流。
这些线圈被绝缘并包裹在转子的铁芯上。
四、支撑结构支撑结构是发电机的外部框架，用于支撑和保护内部部件。
它通常由金属材料制成，如铝合金或钢材。
支撑结构的设计需要兼顾稳定性和重量，以确保发电机整体的可靠性和安全性。
五、冷却系统发电机内部会产生大量热量，因此需要冷却系统来散热。
发电机的基础知识
发电机的基础知识
一、发电机的构造原理
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。
由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。
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。
二、发电机主要特点
具有自励建压可靠、恒压能力强、动态性能好、结构简单、运行可靠、使用操作及维护方便等特点。
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第十二章同步发电机的基本类型与结构教学要求：
1.了解同步发电机的基本类型
2．熟悉同步发电机的基本结构
3. 掌握同步发电机的额定值
第一节同步电机的用途
◆同步电机用作发电机运行，把机械能转化成电能，向电网发出交流电能，是同步电机最主要的运行方式；
◆同步电动机通过调节励磁电流来改善电网的功率因数。
在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。
◆同步补偿机实际是一台接在交流电网上空载的同步电动机，电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。
第二节同步电机基本类型与结构
同步电机在定子上放置电枢绕组，转子上装有磁极，磁极上有励磁绕组。
励磁绕组中通入直流电流，电枢绕组中流过交流电流。
当电机极对数一定时，转子转速和电流频率f有严格的关系，即n=n1称为同步发电机。
一、基本类型
1、用途：发电机、电动机、调相机（补偿机）
2、转子结构：凸极式（salient-pole)、隐极式(non-salient pole)
3、按原动机类型：汽轮发电机(turbe generator)、水轮发电机（hydroelectric generator)。
二、基本结构
1、汽轮发电机
无明显凸出的磁极，沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。
在转子表面约
1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。
励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现N 极和S 极。
一般汽轮发电机都作成一对磁极，转子上只有两个大齿，在齿上形成N、S极。
中大型发电机的转子上一般
都放置有专门的阻尼绕组。
为了
减小转子本体及转子上的各部件
所承受的巨大离心力，大型汽轮
发电机都做成细长的隐极式圆柱
体转子。
汽轮发电机定子大体上与异步电机相同，定子铁心由0.35mm、0.5mm或其它厚度的电工钢片叠成。
定子外径较小时，采用圆形冲片，当定子外径大于1m 时，采用扇形冲片。
定子铁心固定在机座上，机座常由钢板焊接而成，它必须有足够的强度和刚度，同时还必须满足通风和散热的需要。
汽轮发电
机的电压较高，要求定子绕
组有足够的绝缘强度，一般
采用B 级或 F 级绝缘。
转子铁心表面圆周上铣有许多
槽，励磁绕组嵌放在这些槽内。
励磁绕组为同心式绕组。
定子铁心
定子绕组端部
汽轮发电机转子结构
2、水轮发电机
水轮发电机的转速较低，转子都制成凸极式。
转子上有明显凸出的磁极和励磁线圈，当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为N 极和S 极。
磁极的极靴上还装有阻尼绕组，两端用铜环焊在一起，自己形成一个短接回路。
d 轴d 轴q 轴发电机的极数就比较多，做
成凸极式结构工艺上较为简
单。
另外，中小型同步电机
多半也做成凸极式。
d 轴（direct axis) 主磁极的中
心线（直轴）；
q 轴（quadrature ）（交轴）
水轮发电机的特点：极数多，直径大，轴向长度短，凸极式转子。
大多数水轮发电机为立式。
定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。
为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。
转子磁极由厚度为1～2mm的钢片叠成。
有些发电机磁极的极靴上开
有一些槽，槽内放上铜条，
并用端环将所有铜条连在一
起构成阻尼绕组，其作用是
用来拟制短路电流和减弱电
机振荡，在电动机中作为起
动绕组用。
磁极与磁极轭部
采用T形或鸽尾形连接。
(1)立式水轮发电机(2)卧式水轮发电机
(3)灯泡贯流式水轮发电机
(4)转子结构
10000kw水轮机转子
三、额定值
1、额定功率(kW) 输出的额定功率
发电机：电功率；
电动机：机械功率
2、额定电压(V)：定子绕组额定线电压
3、额定电流(A)：定子绕组额定线电流
4、额定转速(r/min)：
5、额定功率因数：额定工况下发电机的功率因数
6、励磁电压（V）和励磁电流(A)
7、额定温升( )
C。