同步涡轮机和水轮发电机是如何布置的？

在水力发电厂中，发电机由转速为 68 至 250 rpm 的水轮机驱动；在火力发电厂中，电能由由蒸汽轮机和涡轮发电机组成的涡轮机组产生。为了更好地利用蒸汽能，涡轮机被建造成转速为3000转/分的高速涡轮机，大型工业企业也有热电厂。

交流发电机的设计更简单，并且可以制造比直流发电机大得多的功率。

与大多数同步电机相比，大多数同步电机都采用倒置设计 直流机， IE。励磁系统位于转子上，电枢绕组位于定子上。这是因为通过滑动触点向励磁线圈提供相对较低的电流比向操作线圈提供电流更容易。同步电机的磁系如图 1 所示。 1.

同步电机的励磁极位于转子上。电磁铁的磁极铁芯的制造方法与直流电机相同。在固定部分，即定子上，有一个由绝缘电工钢片制成的铁芯 2，在其通道中有一个用于交流电的工作线圈 - 通常是三相。

米。 1. 同步电机磁系

当转子旋转时，在电枢绕组中感应出交变电动势，其频率与转子的速度成正比。流过工作线圈的交流电会产生自己的磁场。转子和工作线圈的磁场以相同的频率旋转—— 同步地… 在电机模式下，旋转工作场携带励磁系统的磁铁，在发电机模式下，反之亦然。

有关更多详细信息，请参见此处： 同步电机的用途和配置

考虑设计最强大的机器——涡轮机和水轮发电机……涡轮发电机由蒸汽轮机驱动，这在高速时最经济。因此，涡轮发电机的励磁系统极数最少——两个，对应于 50 Hz 工业频率下 3000 rpm 的最大转速。

涡轮发电机工程的主要问题是创建具有电、磁、机械和热负载极限值的可靠机器。这些要求在机器的整个设计上留下了印记（图 2）。

米。 2、水轮发电机总图：1——滑环和电刷装置，2——轴承，3——转子，4——转子片，5——定子绕组，6——定子，7——定子绕组，8——风扇。

涡轮发电机的转子以实心锻件的形式制成，直径可达 1.25 m，长度可达 7 m（工作部分）。考虑到轴，锻件的总长度为 12 — 15 m。在工作部件上铣削通道，其中放置励磁线圈。因此，获得了没有明确定义的磁极的圆柱形双极电磁铁。

在涡轮发电机的生产中，使用了最新的材料和设计解决方案，特别是通过冷却剂 - 氢气或液体的喷射直接冷却活动部件。为了获得高功率，有必要增加长度机器外观，给人一种非常特别的感觉。

水力发电机（图 3）在结构上与涡轮发电机有很大不同。水轮机的运行效率取决于水流​​的速度，即努力。不可能在平坦的河流上产生高压，因此涡轮机的转速非常低——每分钟几十到几百转。

要获得 50 Hz 的工业频率，必须将这种低速机器制成大量极数。为了容纳大量的极数，需要增加水轮发电机转子的直径，有时可达10-11 m。

米。 3、伞形制氢机纵剖面：1—转子轮毂，2—转子轮缘，3—转子磁极，4—定子铁芯，5—定子绕组，6—横梁，7—制动器，8—推力轴承，9 — 转子套筒。

建造强大的涡轮机和水力发电机是一项工程挑战。需要解决机械、电磁、热力和通风计算等多项问题，确保结构在生产中的可制造性。只有强大的设计和生产团队和公司才能完成这些任务。

不同类型的结构非常有趣。 同步微型机械，其中广泛使用永磁体和反应系统，即工作磁场不与激励磁场相互作用，而是与转子的铁磁凸极相互作用的系统，转子没有绕组。

然而，当今同步电机没有竞争对手的主要技术领域是能源。发电厂中的所有发电机，从最强大的发电机到移动发电机，都基于同步电机。

至于 同步电机，那么他们的弱点就是启动问题。同步电机本身通常无法加速。为此，它配备了一个根据异步电机原理工作的特殊启动线圈，这使设计和启动过程本身变得复杂。因此，同步电机通常具有中高额定功率。

下图显示了涡轮发电机的结构。

发电机的转子1由锻钢制成，其中为励磁线圈铣槽，由称为励磁机的特殊直流电机10驱动。流向转子绕组的电流通过由外壳9封闭的滑环供应，转子绕组的导线连接到它们。

旋转时，转子产生很大的离心力。在转子的凹槽中，绕组由金属楔子固定，钢质挡圈 7 压在前部。

定子由特殊电工钢的冲压板 2 组装而成，这些板在由钢板焊接而成的框架 3 中得到加强。每个定子叶由几个部分组成，称为段，用 4 个螺栓固定。

在定子的通道中，放置线圈6，当转子旋转时在线圈6的导线中感生电动势。串联连接的绕组线的电动势增加，在端子12处产生数千伏的电压。当电流在绕组线之间流动时，会产生很大的力。因此，定子绕组的前部由环5连接。

转子在轴承 8 中旋转。在轴承和底板之间放置断路绝缘，通过它可以关闭轴承电流。第二个轴承与汽轮机一起制造。

为了冷却发电机，定子被分成单独的包装，通风管道位于这些包装之间。空气由安装在转子上的风扇 11 驱动。

为了冷却强大的发电机，需要推动大量空气通过它们，达到每秒数十立方米。

如果冷却空气取自电站场地，那么由于其中存在微量灰尘（每立方米几毫克），发电机将在短时间内被灰尘污染。因此，涡轮发电机建造有封闭的通风系统。

通过发电机的通风通道时被加热的空气进入位于涡轮发电机外壳下方的特殊空气冷却器。

在那里，加热的空气在水流过的空气冷却器的翅片管之间通过并被冷却。然后空气返回到风扇，推动空气通过通风管道。这样，发电机就不断地用相同的空气冷却，灰尘就不会进入发电机内部。

沿涡轮发电机转子圆周的速度超过 150 m / s。在这个速度下，大量的能量消耗在转子在空气中的摩擦上。例如，在功率为 50,000 kWVt 的涡轮发电机中，由于空气摩擦造成的能量损失占所有损失总和的 53%。

为了减少这些损失，强大的涡轮发电机的内部空间不是充满空气，而是充满氢气。氢气比空气轻 14 倍，也就是说，它具有类似的较低密度，因此转子摩擦损失显着降低。

为了防止由空气中的氢气和氧气的混合物形成的氢氧气体爆炸，发生器内部设置了高于大气压的压力。因此，大气中的氧气无法穿透发电机。

汽轮发电机的 3D 模型：

1965年学校用品厂制作的一盘教育磁带：
同步发电机