發(fā)電機(jī)基本知識

【專家解說】：">1. 概述　　電能是現(xiàn)代社會最主要的能源之一。發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備,最早產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命時(shí)期，由德國工程師西門子于1866年制成，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動力機(jī)械驅(qū)動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中有廣泛的用途。
　　發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。
　　發(fā)電機(jī)的分類可歸納如下：
　　發(fā)電機(jī) { 直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī) { 同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)(很少采用)
　　交流發(fā)電機(jī)還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相發(fā)電機(jī)。2. 結(jié)構(gòu)及工作原理　　發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋.機(jī)座及軸承等部件構(gòu)成。
　　定子由機(jī)座.定子鐵芯、線包繞組、以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。
　　轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(有磁扼.磁極繞組)滑環(huán)、(又稱銅環(huán).集電環(huán)).風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。
　　由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。
　　汽輪發(fā)電機(jī)　與汽輪機(jī)配套的發(fā)電機(jī)。為了得到較高的效率，汽輪機(jī)一般做成高速的，通常為3000轉(zhuǎn)／分（頻率為50赫）或3600轉(zhuǎn)／分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速較低,但也在1500轉(zhuǎn)/分以上。高速汽輪發(fā)電機(jī)為了減少因離心力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及降低風(fēng)摩耗，轉(zhuǎn)子直徑一般做得比較小，長度比較大，即采用細(xì)長的轉(zhuǎn)子。特別是在3000轉(zhuǎn)／分以上的大容量高速機(jī)組，由于材料強(qiáng)度的關(guān)系，轉(zhuǎn)子直徑受到嚴(yán)格的限制，一般不能超過 1.2米。而轉(zhuǎn)子本體的長度又受到臨界速度的限制。當(dāng)本體長度達(dá)到直徑的6倍以上時(shí),轉(zhuǎn)子的第二臨界速度將接近于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，運(yùn)行中可能發(fā)生較大的振動。所以大型高速汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴(yán)格的限制。10萬千瓦左右的空冷電機(jī)其轉(zhuǎn)子尺寸已達(dá)到上述的極限尺寸,要再增大電機(jī)容量,只有靠增加電機(jī)的電磁負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)。為此必須加強(qiáng)電機(jī)的冷卻。所以 5～10萬千瓦以上的汽輪發(fā)電機(jī)都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。70年代以來，汽輪發(fā)電機(jī)的最大容量已達(dá)到130～150萬千瓦。從1986年以來，在高臨界溫度超導(dǎo)電材料研究方面取得了重大突破。超導(dǎo)技術(shù)可望在汽輪發(fā)電機(jī)中得到應(yīng)用，這將在汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)展史上產(chǎn)生一個新的飛躍。 3.柴油發(fā)電機(jī)　　柴油發(fā)電機(jī) 　由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)。它起動迅速，操作方便。但內(nèi)燃機(jī)發(fā)電成本較高，所以柴油發(fā)電機(jī)組主要用作應(yīng)急備用電源，或在流動電站和一些大電網(wǎng)還沒有到達(dá)的地區(qū)使用。柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通常在1000轉(zhuǎn)/分以下,容量在幾千瓦到幾千千瓦之間，尤以200千瓦以下的機(jī)組應(yīng)用較多。它制造比較簡單。柴油機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性脈動，所以發(fā)電機(jī)是在劇烈振動的條件下工作。因此,柴油發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件,特別是轉(zhuǎn)軸要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以防止這些部件因振動而斷裂。此外，為防止因轉(zhuǎn)矩脈動而引起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度不均勻，造成電壓波動,引起燈光閃爍,柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子也要求有較大的轉(zhuǎn)動慣量，而且應(yīng)使軸系的固有扭振頻率與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動中任一交變分量的頻率相差20％以上，以免發(fā)生共振，造成斷軸事故。
　　柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)組成，柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)有兩種連接方式，一為柔性連接，即用連軸器把兩部分對接起來，二為剛性連接，用高強(qiáng)度螺栓將發(fā)電機(jī)鋼性連接片和柴油機(jī)飛輪盤連接而成，目前使用剛性連接比較多一些，柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接好后安裝在公共底架上，然后配上各種傳感器，如水溫傳感器，通過這些傳感器，把柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)顯示給操作員，而且有了這些傳感器，就可以設(shè)定一個上限，當(dāng)達(dá)到或超過這個限定值時(shí)控制系統(tǒng)會預(yù)先報(bào)警，這個時(shí)候如果操作員沒有采取措施，控制系統(tǒng)會自動將機(jī)組停掉，柴油發(fā)電機(jī)組就是采取這種方式起自我保護(hù)作用的。傳感器起接收和反饋各種信息的作用，真正顯示這些數(shù)據(jù)和執(zhí)行保護(hù)功能的是機(jī)組本身的控制系統(tǒng)。4.柴油發(fā)電機(jī)原理　　柴油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將柴油的能量轉(zhuǎn)化為電能。
　　在柴油機(jī)汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定 柴油發(fā)電機(jī)順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動曲軸轉(zhuǎn)動的力量，從而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。
　　將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用‘電磁感應(yīng)’原理，發(fā)電機(jī)就會輸出感應(yīng)電動勢，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。
　　這里只描述發(fā)電機(jī)組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩(wěn)定的電力輸出，還需要一系列的柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)控制、保護(hù)器件和回路。
　　柴油發(fā)電機(jī)組是一種獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備，系指以柴油等為燃料，以柴油機(jī)為原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的動力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成。整體可以固定在基礎(chǔ)上，定位使用，亦可裝在拖車上，供移動使用。 柴油發(fā)電機(jī)組屬非連續(xù)運(yùn)行發(fā)電設(shè)備，若連續(xù)運(yùn)行超過12h，其輸出功率將低于額定功率約90%。 盡管柴油發(fā)電機(jī)組的功率較低，但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全，便于操作和維護(hù)，所以廣泛應(yīng)用于礦山、鐵路、野外工地、道路交通維護(hù)、以及工廠、企業(yè)、醫(yī)院等部門，作為備用電源或臨時(shí)電源。同時(shí)這種小型的發(fā)電機(jī)組也可以作為小型的移動電站使用，成為很多企業(yè)的后備電源使用。 5.類型　　由于一次能源形態(tài)的不同，可以制成不同的發(fā)電機(jī)。
　　利用水利資源和水輪機(jī)配合，可以制成水輪發(fā)電機(jī)；由于水庫容量和水頭落差高低不同，可以制成容量和轉(zhuǎn)速各異的水輪發(fā)電機(jī)。
　　利用煤、石油等資源，和鍋爐，渦輪蒸汽機(jī)配合，可以制成汽輪發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)多為高速電機(jī)(3000rpm)。
　　此外還有利用風(fēng)能、原子能、地?zé)?、潮汐等能量的各類發(fā)電機(jī)。
　　此外，由于發(fā)電機(jī)工作原理不同又分作直流發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)。目前在廣泛使用的大型發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)。 6.滾筒直流發(fā)電機(jī)使用注意事項(xiàng)　　1、購買和使用發(fā)電機(jī)，應(yīng)當(dāng)符合銘牌上的技術(shù)要求，如電壓，功率和額定輸出電流等。例如用于豐收—27型拖拉機(jī)，東方紅—40型拖拉機(jī)等，常用150瓦發(fā)電機(jī)，額定輸出電流為13安；用于鐵?！?5型拖拉機(jī)常用220瓦發(fā)電機(jī)，額定輸出電流為18安。
　　2、用于拖拉機(jī)上的發(fā)電機(jī)通常為并激式，也就是說發(fā)電機(jī)激磁線圈是并聯(lián)的，所以，總要有一端通過機(jī)殼與電樞線圈是并聯(lián)的，所以，總要有一端通過機(jī)殼與電樞線圈相接。若激磁線圈在發(fā)電機(jī)內(nèi)通過機(jī)殼與電樞線圈相接叫內(nèi)搭鐵（圖5—1），即叫“內(nèi)搭鐵發(fā)電機(jī)”；若激磁線圈在發(fā)電機(jī)外通過調(diào)節(jié)器搭鐵（圖5—2），即叫“外搭鐵發(fā)電機(jī)”。國產(chǎn)拖拉機(jī)目前使用的直流發(fā)電機(jī)均為內(nèi)搭鐵。在接線時(shí)，一定要將激磁線圈的引出線與搭鐵的碳刷架相接，激磁線圈便無電流通過，發(fā)電機(jī)不會發(fā)電。另外有些進(jìn)口的拖拉機(jī)上使用外搭鐵發(fā)電機(jī)，如果改為內(nèi)搭鐵發(fā)電機(jī)，只要調(diào)換發(fā)電機(jī)激磁線圈抽頭接線即可。
　　3、發(fā)電機(jī)殼上兩個接線柱，一般均有“電樞”“磁場”字樣注明。如文字標(biāo)注不清，可用下述方法識別。
　　1) 電樞接線柱：直徑較粗；是接在絕緣的刷架上。
　　2) 磁場接線柱：直徑較細(xì)；磁場線圈一個端頭就按在上面。
　　4 、在拖拉機(jī)上的發(fā)電機(jī)是由發(fā)動機(jī)帶動的，所以轉(zhuǎn)動方向是一定的，在檢修時(shí)若將發(fā)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)就不發(fā)電，這是因?yàn)檎D(zhuǎn)時(shí)電樞線圈在磁場的作用下感應(yīng)出的電流經(jīng)調(diào)節(jié)器與激磁線圈相通。激磁線圈通電后的磁場方向與鐵芯剩磁方向相同，因而磁場不斷增強(qiáng)，電壓迅速升高。反轉(zhuǎn)時(shí)電流方向與正轉(zhuǎn)時(shí)相反，使激磁線圈通電后的磁場方向與鐵芯剩磁方向相反，磁場越來越弱，使發(fā)電機(jī)不能發(fā)電。
　　5、當(dāng)發(fā)電機(jī)電樞不經(jīng)負(fù)載短路時(shí)，發(fā)電楊是不會燒壞的。這是因?yàn)橥侠瓩C(jī)上使用的直流發(fā)電機(jī)均為并激式。發(fā)電機(jī)于額定功率下工作時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的電流大部分輸向外電路，小部分輸入激磁繞組產(chǎn)生磁場。當(dāng)電樞接線柱與機(jī)殼短路時(shí)，發(fā)電機(jī)電流迅速增大，此時(shí)在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的壓降和強(qiáng)烈的電樞反應(yīng)，使輸出的電壓急劇下降，激磁電流迅速消失，發(fā)電機(jī)電壓趨近于零。因此，當(dāng)電樞接線柱與機(jī)殼短路時(shí)不會燒壞發(fā)電機(jī)。
　　6、在使用中有時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)極性突然改變的現(xiàn)象（即發(fā)出的電流方向改變）。這是因?yàn)檩敵鲭娏黧E然增大時(shí)，電機(jī)內(nèi)部強(qiáng)烈的電樞反應(yīng)使鐵芯剩磁方向改變而引起。遇到這種情況必須將其改變過來，才能使充電電路正常工作。改變的方法是：將蓄電池正極與機(jī)殼連接，負(fù)極與磁場接線柱相觸2—3秒，即能改變磁極鐵芯的剩磁方向。（在正極搭鐵的系統(tǒng)中）。有時(shí)，在檢修中用蓄電池做電源，用跳火花法檢查激磁線圈故障時(shí)，如不注意連接的極性，把蓄電池負(fù)極當(dāng)成搭鐵極，改變了激磁線圈的電流方向，從而使鐵芯剩磁方向改變了。由于剩磁方向的改變，則發(fā)電機(jī)電壓極性也隨之改變。這是應(yīng)當(dāng)注意的。
　　7、一般的直流發(fā)電機(jī)整流子銅片間的云母片都低于銅片。這是因?yàn)殂~片比云母片磨損速度快，使用一段時(shí)間云母片就會高出整流子銅片，使碳刷懸空。這樣整流子和碳刷之間就會出現(xiàn)強(qiáng)烈火花。為避免此現(xiàn)象，整流子車光后應(yīng)用鋸片將云母割低于整流子銅片0.8毫米左右。但有的直流發(fā)電機(jī)如ZF—28型和ZF—33型，整流子銅片間采用人工云母，它與銅片磨損速度相近，故出廠時(shí)未將云母片割低，檢修這種發(fā)電機(jī)就不需割低。7、同步發(fā)電機(jī)　　作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。是一種最常用的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機(jī)發(fā)電。由于同步發(fā)電機(jī)一般采用直流勵磁，當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。若并入電網(wǎng)運(yùn)行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時(shí)調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機(jī)的功率因數(shù)和無功功率。
　　同步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機(jī)中電樞繞組采用單相。
　　工作特性 表征同步發(fā)電機(jī)性能的主要是空載特性和負(fù)載運(yùn)行特性。這些特性是用戶選用發(fā)電機(jī)的重要依據(jù)。
　　空載特性 　發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時(shí)，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行。此時(shí)電機(jī)定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0（三相對稱），其大小隨If的增大而增加。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比（圖1）。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。
　　電樞反應(yīng) 　當(dāng)發(fā)電機(jī)接上對稱負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。
　　同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認(rèn)為都按正弦規(guī)律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動勢E0與電樞電流I之間的時(shí)間相位差。電樞反應(yīng)磁場還與負(fù)載情況有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載為電感性時(shí)，電樞反應(yīng)磁場起去磁作用，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的電壓降低；當(dāng)負(fù)載呈電容性時(shí),電樞反應(yīng)磁場起助磁作用,會使發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高。
　　負(fù)載運(yùn)行特性 　主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系,如圖2所示。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時(shí),勵磁電流If與負(fù)載電流I之間的關(guān)系，如圖3所示。圖2中還顯示出電阻性、電容性和電感性3種負(fù)載的情況。由于電樞反應(yīng)磁場影響的不同，三者的曲線也不一樣。在外特性中，從空載到額定負(fù)載時(shí)電壓的變化程度稱為電壓變化率△U，常用百分?jǐn)?shù)表示為
　　同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為20～40％。一般工業(yè)和家用負(fù)載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負(fù)載電流的增大,必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。圖3所示為 3種不同性質(zhì)負(fù)載下的調(diào)整特性。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的。
　　結(jié)構(gòu)和分類 同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)按其轉(zhuǎn)速分為高速和低（中）速兩種。前者多用于火電廠和核電站；后者多與低速水輪機(jī)或柴油機(jī)聯(lián)動。在結(jié)構(gòu)上，高速同步發(fā)電機(jī)多用隱極式轉(zhuǎn)子，低（中）速同步發(fā)電機(jī)多用凸極式轉(zhuǎn)子。
　　高速同步發(fā)電機(jī) 　因大多數(shù)發(fā)電機(jī)與原動機(jī)同軸聯(lián)動，火電廠都用高速汽輪機(jī)作原動機(jī)，所以汽輪發(fā)電機(jī)通常用高轉(zhuǎn)速的2極電機(jī),其轉(zhuǎn)速達(dá)3000轉(zhuǎn)／分（在電網(wǎng)頻率為60赫時(shí),為3600轉(zhuǎn)／分）。核電站多用4極電機(jī)，轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)／分（當(dāng)電網(wǎng)頻率為60赫時(shí)，為1800轉(zhuǎn)／分）。為適應(yīng)高速、高功率要求，高速同步發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上一是采用隱極式轉(zhuǎn)子，二是設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)。
　?、匐[極式轉(zhuǎn)子：外表呈圓柱形，在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組，并用金屬槽楔固緊，使電機(jī)具有均勻的氣隙。由于高速旋轉(zhuǎn)時(shí)巨大的離心力，要求轉(zhuǎn)子有很高的機(jī)械強(qiáng)度。隱極式轉(zhuǎn)子一般由高強(qiáng)度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵磁繞組。在每一個極距內(nèi)約有1/3部分不開槽,形成大齒；其余部分的齒較窄，稱做小齒。大齒中心即為轉(zhuǎn)子磁極的中心。有時(shí)大齒也開一些較小的通風(fēng)槽，但不嵌放繞組；有時(shí)還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風(fēng)槽。隱極式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子本體軸向兩端還裝有金屬的護(hù)環(huán)和中心環(huán)。護(hù)環(huán)是由高強(qiáng)度合金制成的厚壁圓筒，用以保護(hù)勵磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出；中心環(huán)用以防止繞組端部的軸向移動，并支撐護(hù)環(huán)。此外，為了把勵磁電流通入勵磁繞組，在電機(jī)軸上還裝有集電環(huán)和電刷。
　?、诶鋮s系統(tǒng)：由于電機(jī)中能量損耗和電機(jī)的體積成正比，它的量級與電機(jī)線度量級的三次方成比例，而電機(jī)散熱面的量級只是電機(jī)線度量級的二次方。因此，當(dāng)電機(jī)尺寸增大時(shí)（受材料限制，增大電機(jī)容量就得加大其尺寸），電機(jī)每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會增加，電機(jī)的溫升將會提高。在高速汽輪發(fā)電機(jī)中，離心力將使轉(zhuǎn)子表面和轉(zhuǎn)子中心孔表面產(chǎn)生巨大的切向應(yīng)力，轉(zhuǎn)子直徑越大，這種應(yīng)力也越大。因此，在鍛件材料允許的應(yīng)力極限范圍內(nèi),2極汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子本體直徑不能超過1250毫米。大型汽輪發(fā)電機(jī)要增大單機(jī)容量，只有靠增加轉(zhuǎn)子本體的長度（即用細(xì)長的轉(zhuǎn)子）和提高電磁負(fù)荷來解決。目前,轉(zhuǎn)子長度可達(dá)8米，已接近極限。要繼續(xù)提高單機(jī)容量，只能是提高電機(jī)的電磁負(fù)荷。這使大型汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)熱和冷卻問題變得特別突出。為此，已研制出多種冷卻系統(tǒng)。 對于50000千瓦以下的汽輪發(fā)電機(jī)，多采用閉路空氣冷卻系統(tǒng)，用電機(jī)內(nèi)的風(fēng)扇吹拂發(fā)熱部件降溫。對于容量為5～60萬千瓦的發(fā)電機(jī),廣泛使用氫冷。氫氣（純度99％）的散熱性能比空氣好，用它來取代空氣不僅散熱效果好，而且可使電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗大為降低，從而能顯著提高發(fā)電機(jī)的效率。但是，采用氫冷必須有防爆和防漏措施，這使電機(jī)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，也增加了電極材料的消耗和成本。此外，還可采用液體介質(zhì)冷卻,例如水的相對冷卻能力為空氣的50倍,帶走同樣的熱量，所需水的流量比空氣小得多。因此，在線圈里采用一部分空心導(dǎo)線，導(dǎo)線中通水冷卻，就可以大大降低電機(jī)溫升,延緩絕緣老化,增長電機(jī)壽命。1956年,英國首創(chuàng)第一臺12000千瓦定子線圈水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。1958年，中國由浙江大學(xué)、上海電機(jī)廠首先研制成第一臺定、轉(zhuǎn)子線圈都采用水內(nèi)冷的 12000千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，為這種冷卻方式奠定了基礎(chǔ)。世界一些國家在大容量電機(jī)中也廣泛采用水內(nèi)冷技術(shù)，并制造出了幾十萬到一百多萬千瓦的巨型發(fā)電機(jī)。除了水冷外,液體冷卻介質(zhì)還可使用變壓器油，其相對導(dǎo)熱能力約為水的40％，絕緣性能好，可將發(fā)電機(jī)額定電壓提高到幾萬伏，從而節(jié)約了升壓變壓器的投資。近年來，還在研究用氟利昂作為冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻技術(shù)。氟利昂絕緣好，很容易氣化，利用其氣化潛熱來冷卻電機(jī)，是一種有意義的探索方向。
　　低速同步發(fā)電機(jī) 　多數(shù)由較低速度的水輪機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動。電機(jī)磁極數(shù)由4極到60極,甚至更多。對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1500～100轉(zhuǎn)／分及以下。由于轉(zhuǎn)速較低,一般都采用對材料和制造工藝要求較低的凸極式轉(zhuǎn)子。
　　凸極式轉(zhuǎn)子的每個磁極常由1～2毫米厚的鋼板疊成，用鉚釘裝成整體,磁極上套有勵磁繞組（圖4）。勵磁繞組通常用扁銅線繞制而成。磁極的極靴上還常裝有阻尼繞組。它是一個由極靴阻尼槽中的裸銅條和焊在兩端的銅環(huán)形成的一個短接回路。磁極固定在轉(zhuǎn)子磁軛上，磁軛由鑄鋼鑄成。凸極式轉(zhuǎn)子可分為臥式和立式兩類。大多數(shù)同步電動機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和內(nèi)燃機(jī)或沖擊式水輪機(jī)拖動的發(fā)電機(jī)，都采用臥式結(jié)構(gòu)；低速、大容量水輪發(fā)電機(jī)則采用立式結(jié)構(gòu)。
　　臥式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由主磁極、磁軛、勵磁繞組、集電環(huán)和轉(zhuǎn)軸等組成。其定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相似。立式結(jié)構(gòu)必須用推力軸承承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的重力和水向下的壓力。大容量水輪發(fā)電機(jī)中，此力可高達(dá)四、五十兆牛（約相當(dāng)于四、五千噸物體的重力），所以這種推力軸承的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和安裝要求都很高。按照推力軸承的安放位置，立式水輪發(fā)電機(jī)分為懸吊式和傘式兩種。懸吊式的推力軸承放在上機(jī)架的上部或中部，在轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)子直徑與鐵心長度的比值較小時(shí)，機(jī)械上運(yùn)行較穩(wěn)定。傘式的推力軸承放在轉(zhuǎn)子下部的下機(jī)架上或水輪機(jī)頂蓋上。負(fù)重機(jī)架是尺寸較小的下機(jī)架，可節(jié)約大量鋼材，并能降低從機(jī)座基礎(chǔ)算起的發(fā)電機(jī)和廠房高度。
　　同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行 同步發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)是并聯(lián)運(yùn)行，并網(wǎng)發(fā)電的。各并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)必須頻率、電壓的大小和相位都保持一致。否則，并聯(lián)合閘的瞬間，各發(fā)電機(jī)之間會產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流，引起擾動，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)拱l(fā)電機(jī)遭受破壞。但是，兩臺發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以前，一般說來它們的頻率與電壓的大小和相位是不會完全相同的。為了使同步發(fā)電機(jī)能投入并聯(lián)運(yùn)行，首先必須有一個同步并列的過程。同步并列的方法可分為準(zhǔn)同步和自同步兩種。同步發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以后，各機(jī)負(fù)載的分配決定于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。通過調(diào)節(jié)原動機(jī)的調(diào)速器，改變發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速特性，即可改變各發(fā)電機(jī)的負(fù)載分配，控制各發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。而通過調(diào)節(jié)各發(fā)電機(jī)的勵磁電流，可以改變各發(fā)電機(jī)無功功率分配和調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓。
　　準(zhǔn)同步并列 　將已加勵磁的待投運(yùn)發(fā)電機(jī)通過調(diào)節(jié)其原動機(jī)的轉(zhuǎn)速和改變該發(fā)電機(jī)的勵磁，使其和運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)的頻率差不超過0.1～0.5％。在兩機(jī)電壓相位差不超過10°的瞬間進(jìn)行合閘并聯(lián)，兩者即可自動牽入同步運(yùn)行。準(zhǔn)同步并列的操作可以手動，也可以借自動裝置完成。
　　自同步并列 　把待投入并聯(lián)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)到接近電網(wǎng)的同步轉(zhuǎn)速，在未加勵磁的條件下就合閘并聯(lián)，然后再加入勵磁，依靠發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間出現(xiàn)的環(huán)流及相應(yīng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩把發(fā)電機(jī)迅速牽入同步。采用自同步并列時(shí)，由于減少了調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓和選擇合閘瞬間所需的時(shí)間，所以并列的過程較快，特別適宜于電力系統(tǒng)事故情況下機(jī)組的緊急投入。但是此法在并列合閘瞬間的電流沖擊比較大，會使電網(wǎng)電壓短時(shí)下降，電機(jī)繞組端部承受較大的電磁力。
　　8.交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓精度差時(shí)如何解決？
　　在日常生活中我們用交流發(fā)電機(jī)來供用電設(shè)備使用時(shí),常發(fā)生用電設(shè)備不能正常工作的情況,其原因是發(fā)電機(jī)輸出的交流電不夠穩(wěn)定,這時(shí)候需要電力穩(wěn)壓器來穩(wěn)定電壓,也就是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫降慕涣鞣€(wěn)壓電源，交流穩(wěn)壓電源能使發(fā)電機(jī)的輸出電壓精度穩(wěn)定到我們用電設(shè)備正常工作所允許的范圍。 [編輯本段]9.異步發(fā)電機(jī)　　[6]異步發(fā)電機(jī)又稱“感應(yīng)發(fā)電機(jī)”。利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用的一種交流發(fā)電機(jī)。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，但轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。常用作小功率水輪發(fā)電機(jī)。
　　交流勵磁發(fā)電機(jī)又被人們稱之為雙饋發(fā)電機(jī)
　　三相異步電動機(jī)
　　.交流勵磁發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)子方采用交流電壓勵磁,使其具有靈活的運(yùn)行方式,在解決電站持續(xù)工頻過電壓、變速恒頻發(fā)電、抽水蓄能電站電動-發(fā)電機(jī)組的調(diào)速等問題方面有著傳 統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)無法比擬的優(yōu)越性。交流勵磁發(fā)電機(jī)主要的運(yùn)行方式有以下三種:1) 運(yùn)行于變速恒頻方式;2) 運(yùn)行于無功大范圍調(diào)節(jié)的方式;3) 運(yùn)行于發(fā)電-電動方式。
　　隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高,線路的增長, 當(dāng)線路的傳輸功率低于自然功率時(shí),線路和電站將出現(xiàn)持續(xù)的工頻過電壓.為改善系統(tǒng)的運(yùn)行特性, 不少技術(shù)先進(jìn)的國家,在6"世紀(jì)A"年代初開始研究異步發(fā)電機(jī)在大電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題,并認(rèn)為大系統(tǒng)采用異步發(fā)電機(jī)后,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 可靠性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性.發(fā)電機(jī)的種類　　發(fā)電機(jī)的種類有很多種。從原理上分為同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、單相發(fā)電機(jī)、三相發(fā)電機(jī)。從產(chǎn)生方式上分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)等。從能源上分為火力發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)等。