火力发电厂或核能发电厂的汽轮发电机皆采用卧式结构,发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。汽轮发电机最基本的组成部件是定子、转子、励磁系统和冷却系统。
定子
汽轮发电机的定子是由定子铁芯、定子绕组、机座等部件组成。
(1)定子铁芯。定子铁芯是构成磁路并固定定子绕组的重要部件,通常由0.5mm或3.5mm厚、导磁性能良好的冷轧硅钢片叠压而成。大型汽轮发电机的定子铁芯尺寸很大,硅钢片冲成扇形,再用多片拼装成圆形。
(2)定子绕组。定子绕组嵌放在定子铁芯内圆的定子槽中,分三相布置,互成120°角度,以保证转子旋转时在三相定子绕组中产生互成120°相位差的电动势。每个槽内放有上下两组绝缘导体(亦称线棒),每个线棒分为直线部分(置于铁芯槽内)和两个端接部分。直线部分是切割磁力线并产生感应电动势的导体有效边,线棒端接部分则起到连接作用,把相关线棒按照一定的规律连接起来,构成发电机的定子三相绕组。中、小型汽轮发电机的定子线棒均为实心线棒,而大型汽轮发电机由于散热的需要,多采用内部冷却的线棒,譬如由若干实心线棒和可通水的空心线棒并联组成。
(3)机座及端盖。机座的作用是支撑和固定发电机定子铁芯。机座一般用钢板焊接而成,必须有足够的强度和刚度,并能满足通风散热的要求。端盖的作用是将发电机本体的两端封盖起来,并与机座、定子铁芯和转子一起构成发电机内部完整的通风系统。
转子图3 汽轮发电机的转子
汽轮发电机的转子主要由转子铁芯、励磁绕组(转子绕组)、护环和风扇等组成,是汽轮发电机最重要的部件之一。由于汽轮发电机转速高,转子受的离心力很大,所以转子都呈细长形,且制成隐极式的,以便更好地固定励磁绕组。
(1)转子铁芯。发电机转子本体采用高强度、导磁性能良好的合金钢加工而成。沿转子本体表面轴向铣出用于放置励磁绕组的凹槽。槽的排列方式一般为辐射式,槽与槽之间的部分为齿,俗称小齿。未加工的部分通称大齿,大齿作为磁极的极身,是主磁通必经之路。
(2)励磁绕组。励磁绕组为若干个线圈组成的同心式绕组,线圈则用矩形扁铜线绕制而成。励磁绕组放在槽内后,绕组的直线部分用槽楔压紧,端部径向固定采用护环,轴向固定采用云母块和中心环。励磁绕组的引出线经导电杆连接到集电环上,再经过电刷引出。
(3)护环和中心环。汽轮发电机转速很高,励磁绕组端部承受很大的离心力,所以要用护环和中心环来紧固。护环把励磁绕组端部套紧,使绕组端部不发生径向位移和变形;中心环用以支持护环,并防止端部的轴向移动。
(4)集电环。集电环分为正、负两个集电环,由坚硬耐磨的合金锻钢制成,装于发电机转子的励磁端外侧。正、负两个集电环分别通过引线接到励磁绕组的两端,并借电刷装置引至发电机励磁系统上。
(5)风扇。风扇装于发电机转子的两端,用以加快气体在定子铁芯和转子部分的循环,提高冷却效果。
冷却系统
发电机运行时,其内部产生的各种损耗会转化为热能,引起发电机发热。尤其是大型汽轮发电机,因其结构细长,中部热量不易散发,发热问题更显得严重。如果发电机温度过高,会直接影响绝缘的使用寿命,因此冷却对于大型汽轮发电机是非常重要的问题。
励磁系统
励磁系统的主要作用是:
(1)发电机正常运转时,按主机负荷情况供给和自动调节励磁电流,以维持一定的端电压和无功功率的输出。
(2)发电机并列运行时,使无功功率分配合理。
(3)统发生突然短路故障时,能对发电机进行强励,以提高系统运行的稳定性。短路故障切除后,使电压迅速恢复正常。
(4)当发电机负荷突减时,能进行强行减磁,以防止电压过分升高。
(5)发电机发生内部故障,如匝间短路或转子发生两点接地故障时,能够对发电机自动减磁或灭磁。