水輪發(fā)電機

　　發(fā)電機的形式很多，但其工作原理都是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達到能量轉(zhuǎn)換的目的。

圖示：水力發(fā)電基本原理圖

　　水輪發(fā)電機的基本工作原理是原動機(水輪機)的機械能轉(zhuǎn)變成電能。從高處引水流進水輪機，通過水流與水輪機轉(zhuǎn)輪的相互作用，水流就把自己的能量傳給水輪機。水輪機獲得能量后就開始旋轉(zhuǎn)起來，把水能轉(zhuǎn)換成了旋轉(zhuǎn)的機械能。由于水輪機與發(fā)電機相連，于是發(fā)電機轉(zhuǎn)子跟著水輪機儀器旋轉(zhuǎn)，這樣水輪機就把能量傳遞給了發(fā)電機，磁極旋轉(zhuǎn)時，會改變線圈中的磁通，在線圈中產(chǎn)生電流。

　　水電發(fā)電廠都為同步電機，它能把原動機(水輪機)的機械能轉(zhuǎn)變成電能，通過輸電線路等設(shè)備送往用戶。我們知道，導(dǎo)線切割磁力線能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將導(dǎo)線連成閉合回路，就有電流通過，同步發(fā)電機就是利用電磁感應(yīng)原理將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿摹?/p>

　　導(dǎo)線放在空心圓桶鐵心槽里，鐵心是固定不動的，稱為定子。磁力線是由磁極產(chǎn)生的，磁極是轉(zhuǎn)動的，稱為轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子是發(fā)電機最基本的部分。為了得到三相交流電，沿定子鐵芯內(nèi)圓每相隔120度分別放三相繞組A-X、B-Y、C-Z，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組(又稱轉(zhuǎn)子繞組)。通過電刷和滑環(huán)的滑動接觸，將勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電引入轉(zhuǎn)子勵磁繞組，產(chǎn)生恒定的磁場。當轉(zhuǎn)子被原動機拖動旋轉(zhuǎn)時，定子繞組不斷切割磁力線，就在其中感應(yīng)出電動勢。

01按布置方式分

　　分為臥式和立式兩種。臥式水輪發(fā)電機適合中小型、貫流及沖擊式水輪機;一般低、中速的大、中型機組多采用立式發(fā)電機。

02按推力軸承位置分

　　立式發(fā)電機又分為懸式和傘式兩種。推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的發(fā)電機稱為傘式發(fā)電機，它適用于轉(zhuǎn)速在100r/min以上；推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方的發(fā)電機稱為傘式發(fā)電機，無上導(dǎo)的稱為全傘式，有上導(dǎo)的稱為半傘式，它適用于轉(zhuǎn)速在150r/min以下。

03按照冷卻方式分

　　可分為空氣冷卻和水冷卻兩種。

　　水輪發(fā)電機的主要作用是將水輪機的旋轉(zhuǎn)機械能最終轉(zhuǎn)換成電能，其結(jié)構(gòu)與性能的好壞對電站的安全、穩(wěn)定、高效運行起著至關(guān)重要的作用。

　　水輪發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、機架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動器等部件組成。

01臥式結(jié)構(gòu)

　　臥式結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機通常有沖擊式水輪機驅(qū)動。臥式水輪機組通常采用兩個或三個軸承。兩個軸承的結(jié)構(gòu)其軸向長度短，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝調(diào)整方便。但當其軸系臨界轉(zhuǎn)速不能滿足要求或軸承負荷較大時，這需要采用三軸承結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)臥式水輪機發(fā)電機組大部分屬于中小型機組。而容量為12.5MW的大型臥式機組也有生產(chǎn)，國外生產(chǎn)的臥式水輪發(fā)電機組，容量在60--70MW的并不罕見，而用抽水蓄能電站的臥式水輪發(fā)電機組，單機容量可達300MW。

02立式結(jié)構(gòu)

　　國產(chǎn)水輪發(fā)電機組廣泛采用立式結(jié)構(gòu)。立式水輪發(fā)電機組通常由混流式或軸流式水輪機驅(qū)動。立式結(jié)構(gòu)又可分為懸式和傘式。發(fā)電機推力軸承位于轉(zhuǎn)子上部的統(tǒng)稱為懸式，位于轉(zhuǎn)子下部的統(tǒng)稱為傘式。

03貫流式結(jié)構(gòu)

　　貫流式水輪發(fā)電機組由貫流式水輪機驅(qū)動。貫流式水輪機是一種帶有固定或可調(diào)轉(zhuǎn)輪葉片的軸流式水輪機的特殊型式。它的主要特征是轉(zhuǎn)輪軸線采取水平或傾斜布置，并與水輪機進水管和出水管水流方向一致。貫流式水輪發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕的優(yōu)點，廣泛用于低水頭的電站中。

　　水電作為可再生能源在世界能源中占有越來越重要的位置，近年來我國水電開發(fā)進程明顯加快，繼續(xù)加強水電建設(shè)、合理開發(fā)利用水能資源是保障我國能源供應(yīng)的重要措施。

　　現(xiàn)在水輪發(fā)電機主要朝著提高單機容量向巨型機組發(fā)展，為了提高其可靠性和耐久性，在結(jié)構(gòu)上采用不少新技術(shù)。例如為解決定子的熱膨脹而用定子浮動結(jié)構(gòu)、斜支承等，轉(zhuǎn)子采用圓盤式結(jié)構(gòu)。為解決定子線圈的松動，用彈性楔下墊條以防止線棒絕緣磨損。改進通風(fēng)結(jié)構(gòu)，減少風(fēng)損和端部渦流損耗以進一步提高機組效率。