發(fā)電機說(shuō)明
江蘇中動(dòng)電力設備有限公司 / 2012-08-22
發(fā)電機
1. 概述
電能是現代社會(huì )最主要的能源之一。發(fā)電機是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備，它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動(dòng)力機械驅動(dòng)，將水流，氣流，燃料燃燒或原子
核裂變產(chǎn)生的能量轉化為機械能傳給發(fā)電機，再由發(fā)電機轉換為電能。發(fā)電機在工農業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中有廣泛的用途。
發(fā)電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當的導磁和導電材料構成互相進(jìn)行電磁感應的磁路和電路，以產(chǎn)生電
磁功率，達到能量轉換的目的。
發(fā)電機的分類(lèi)可歸納如下：
發(fā)電機 { 直流發(fā)電機、交流發(fā)電機 { 同步發(fā)電機、異步發(fā)電機(很少采用)
交流發(fā)電機還可分為單相發(fā)電機與三相發(fā)電機。
2. 結構及工作原理
發(fā)電機通常由定子、轉子、端蓋.機座及軸承等部件構成。
定子由機座.定子鐵芯、線(xiàn)包繞組、以及固定這些部分的其他結構件組成。
轉子由轉子鐵芯(有磁扼.磁極繞組)滑環(huán)、(又稱(chēng)銅環(huán).集電環(huán)).風(fēng)扇及轉軸等部件組成。
由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉子連接組裝起來(lái)，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線(xiàn)的運動(dòng)，從而產(chǎn)生感應電勢，通過(guò)接線(xiàn)端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。
汽輪發(fā)電機 與汽輪機配套的發(fā)電機。為了得到較高的效率，汽輪機一般做成高速的，通常為3000轉／分（頻率為50赫）或3600轉／分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機轉速
較低,但也在1500轉/分以上。高速汽輪發(fā)電機為了減少因離心力而產(chǎn)生的機械應力以及降低風(fēng)摩耗，轉子直徑一般做得比較小，長(cháng)度比較大，即采用細長(cháng)的轉子。特別是在3000轉
／分以上的大容量高速機組，由于材料強度的關(guān)系，轉子直徑受到嚴格的限制，一般不能超過(guò) 1.2米。而轉子本體的長(cháng)度又受到臨界速度的限制。當本體長(cháng)度達到直徑的6倍以上時(shí)
,轉子的第二臨界速度將接近于電機的運轉速度，運行中可能發(fā)生較大的振動(dòng)。所以大型高速汽輪發(fā)電機轉子的尺寸受到嚴格的限制。10萬(wàn)千瓦左右的空冷電機其轉子尺寸已達到上
述的極限尺寸,要再增大電機容量,只有靠增加電機的電磁負荷來(lái)實(shí)現。為此必須加強電機的冷卻。所以 5～10萬(wàn)千瓦以上的汽輪發(fā)電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。
70年代以來(lái)，汽輪發(fā)電機的額定容量已達到130～150萬(wàn)千瓦。從1986年以來(lái)，在高臨界溫度超導電材料研究方面取得了重大突破。超導技術(shù)可望在汽輪發(fā)電機中得到應用，這將在
汽輪發(fā)電機發(fā)展史上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。
3.水輪發(fā)電機
由水輪機驅動(dòng)的發(fā)電機。由于水電站自然條件的不同，水輪發(fā)電機組的容量和轉速的變化范圍很大。通常小型水輪發(fā)電機和沖擊式水輪機驅動(dòng)的高速水輪發(fā)電機多采用臥式結
構，而大、中型代速發(fā)電機多采用立式結構(見(jiàn)圖)。由于水電站多數處在遠離城市的地方，通常需要經(jīng)過(guò)較長(cháng)輸電線(xiàn)路向負載供電，因此，電力系統對水輪發(fā)電機的運行穩定性提
出了較高的要求：電機參數需要仔細選擇；對轉子的轉動(dòng)慣量要求較大。所以，水輪發(fā)電機的外型與汽輪發(fā)電機不同，它的轉子直徑大而長(cháng)度短。水輪發(fā)電機組起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)
間較短,運行調度靈活,它除了一般發(fā)電以外，特別適宜于作為調峰機組和事故備用機組。水輪發(fā)電機組的額定容量已達70萬(wàn)千瓦。
柴油發(fā)電機 由內燃機驅動(dòng)的發(fā)電機。它起動(dòng)迅速，操作方便。但內燃機發(fā)電成本較高，所以
柴油發(fā)電機組主要用作應急備用電源，或在流動(dòng)電站和一些大電網(wǎng)還沒(méi)有到達的地
區使用。柴油發(fā)電機轉速通常在1000轉/分以下,容量在幾千瓦到幾千千瓦之間，尤以200千瓦以下的機組應用較多。它制造比較簡(jiǎn)單。柴油機軸上輸出的轉矩呈周期性脈動(dòng)，所以發(fā)
電機是在劇烈振動(dòng)的條件下工作。因此,柴油發(fā)電機的結構部件,特別是轉軸要有足夠的強度和剛度，以防止這些部件因振動(dòng)而斷裂。此外，為防止因轉矩脈動(dòng)而引起發(fā)電機旋轉角
速度不均勻，造成電壓波動(dòng),引起燈光閃爍,柴油發(fā)電機的轉子也要求有較大的轉動(dòng)慣量，而且應使軸系的固有扭振頻率與柴油機的轉矩脈動(dòng)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)電機組主要由柴油機、發(fā)電機和控制系統組成，柴油機和發(fā)電機有兩種連接方式，一為柔性連接，即用連軸器把兩部分對接起來(lái)，二為剛性連接，用高強度螺栓將發(fā)電
機鋼性連接片和柴油機飛輪盤(pán)連接而成，目前使用剛性連接比較多一些，柴油機和發(fā)電機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(guò)這些傳感器，把
柴油機的運行狀態(tài)顯示給操作員，而且有了這些傳感器，就可以設定一個(gè)上限，當達到或超過(guò)這個(gè)限定值時(shí)控制系統會(huì )預先報警，這個(gè)時(shí)候如果操作員沒(méi)有采取措施，控制系統會(huì )
自動(dòng)將機組停掉，柴油發(fā)電機組就是采取這種方式起自我保護作用的。傳感器起接收和反饋各種信息的作用，真正顯示這些數據和執行保護功能的是機組本身的控制系統。
4.風(fēng)力發(fā)電機原理
是將風(fēng)能轉換為機械功的動(dòng)力機械，又稱(chēng)風(fēng)車(chē)。廣義地說(shuō)，它是一種以太陽(yáng)為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動(dòng)機。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的
多。但是若應急來(lái)用的話(huà)，還是不如柴油發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源，但是卻可以長(cháng)期利用。
風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉，再透過(guò)增速機將旋轉的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機發(fā)電。依據目前的風(fēng)車(chē)技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度）
，便可以開(kāi)始發(fā)電。
風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風(fēng)力發(fā)電沒(méi)有燃料問(wèn)題，也不會(huì )產(chǎn)生輻射或空氣污染。
風(fēng)力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國也在西部地區大力提倡。小型風(fēng)力發(fā)電系統效率很高，但它不是只由一個(gè)發(fā)電機頭組成的，而是一個(gè)有一定科技含量的小系統：風(fēng)
力發(fā)電機＋充電器＋數字逆變器。風(fēng)力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來(lái)接受風(fēng)力并通過(guò)機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著(zhù)
來(lái)風(fēng)的方向從而獲得額定的風(fēng)能；轉體能使機頭靈活地轉動(dòng)以實(shí)現尾翼調整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電能。
風(fēng)力發(fā)電機因風(fēng)量不穩定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護電路的逆變電源，把
電瓶里的化學(xué)能轉變成交流220V市電，才能保證穩定使用。
通常人們認為，風(fēng)力發(fā)電的功率完全由風(fēng)力發(fā)電機的功率決定，總想選購大一點(diǎn)的風(fēng)力發(fā)電機，而這是不正確的。目前的風(fēng)力發(fā)電機只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起
來(lái)，人們最終使用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關(guān)系。功率的大小更主要取決于風(fēng)量的大小，而不僅是機頭功率的大小。在內地，小的風(fēng)力發(fā)電機會(huì )比大的更合適。因為它
更容易被小風(fēng)量帶動(dòng)而發(fā)電，持續不斷的小風(fēng)，會(huì )比一時(shí)狂風(fēng)更能供給較大的能量。當無(wú)風(fēng)時(shí)人們還可以正常使用風(fēng)力帶來(lái)的電能，也就是說(shuō)一臺200W風(fēng)力發(fā)電機也可以通過(guò)大電
瓶與逆變器的配合使用，獲得500W甚至1000W乃至更大的功率出。
使用風(fēng)力發(fā)電機，就是源源不斷地把風(fēng)能變成我們家庭使用的標準市電，其節約的程度是明顯的，一個(gè)家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價(jià)。而現在的風(fēng)力發(fā)電機比幾年前
的性能有很大改進(jìn)，以前只是在少數邊遠地區使用，風(fēng)力發(fā)電機接一個(gè)15W的燈泡直接用電，一明一暗并會(huì )經(jīng)常損壞燈泡。而現在由于技術(shù)進(jìn)步，采用先進(jìn)的充電器、逆變器，風(fēng)力
發(fā)電成為有一定科技含量的小系統，并能在一定條件下代替正常的市電。山區可以借此系統做一個(gè)常年不花錢(qián)的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標燈；山區的孩子可以在日光燈
下晚自習；城市小高層樓頂也可用風(fēng)力電機，這不但節約而且是真正綠色電源。家庭用風(fēng)力發(fā)電機，不但可以防止停電，而且還能增加生活情趣。在旅游景區、邊防、學(xué)校、部隊
乃至落后的山區，風(fēng)力發(fā)電機正在成為人們的采購熱點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)電愛(ài)好者可用自己的技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電方面為山區人民服務(wù)，使人們看電視及照明用電與城市同步，也能使自己勞動(dòng)致
富。
5.柴油發(fā)電機原理
柴油機驅動(dòng)發(fā)電機運轉，將柴油的能量轉化為電能。
在柴油機汽缸內，經(jīng)過(guò)空氣濾清器過(guò)濾后的潔凈空氣柴油發(fā)電機組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(dòng)活塞下行，稱(chēng)為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過(guò)連桿變成了推動(dòng)曲軸轉動(dòng)的力量，從
而帶動(dòng)曲軸旋轉。
將無(wú)刷同步交流發(fā)電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉帶動(dòng)發(fā)電機的轉子，利用‘電磁感應’原理，發(fā)電機就會(huì )輸出感應電動(dòng)勢，經(jīng)閉合的負載回路就能產(chǎn)
生電流。
這里只描述發(fā)電機組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩定的電力輸出，還需要一系列的柴油機和發(fā)電機控制、保護器件和回路。
柴油發(fā)電機組是一種獨立的發(fā)電設備，系指以柴油等為燃料，以柴油機為原動(dòng)機帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電的動(dòng)力機械。整套機組一般由柴油機、發(fā)電機、控制箱、燃油箱、起動(dòng)和控制
用蓄電瓶、保護裝置、應急柜等部件組成。整體可以固定在基礎上，定位使用，亦可裝在拖車(chē)上，供移動(dòng)使用。 柴油發(fā)電機組屬非連續運行發(fā)電設備，若連續運行超過(guò)12h，其輸
出功率將低于額定功率約90%。 盡管柴油發(fā)電機組的功率較低，但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全，便于操作和維護，所以廣泛應用于礦山、鐵路、野外工地、道路交通維
護、以及工廠(chǎng)、企業(yè)、醫院等部門(mén)，作為備用電源或臨時(shí)電源。同時(shí)這種小型的發(fā)電機組也可以作為小型的移動(dòng)電站使用，成為很多企業(yè)的后備電源使用。
6.類(lèi)型
由于一次能源形態(tài)的不同，可以制成不同的發(fā)電機。
利用水利資源和水輪機配合，可以制成水輪發(fā)電機；由于水庫容量和水頭落差高低不同，可以制成容量和轉速各異的水輪發(fā)電機。
利用煤、石油等資源，和鍋爐，渦輪蒸汽機配合，可以制成汽輪發(fā)電機，這種發(fā)電機多為高速電機(3000rpm)。
此外還有利用風(fēng)能、原子能、地熱、潮汐等能量的各類(lèi)發(fā)電機。
此外，由于發(fā)電機工作原理不同又分作直流發(fā)電機，異步發(fā)電機和同步發(fā)電機。目前在廣泛使用的大型發(fā)電機都是同步發(fā)電機。
7.滾筒直流發(fā)電機使用注意事項
1、購買(mǎi)和使用發(fā)電機，應當符合銘牌上的技術(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，東方紅—40型拖拉機等，常用150瓦發(fā)電機，額定輸出電
流為13安；用于鐵牛—55型拖拉機常用220瓦發(fā)電機，額定輸出電流為18安。
2、用于拖拉機上的發(fā)電機通常為并激式，也就是說(shuō)發(fā)電機激磁線(xiàn)圈是并聯(lián)的，所以，總要有一端通過(guò)機殼與電樞線(xiàn)圈是并聯(lián)的，所以，總要有一端通過(guò)機殼與電樞線(xiàn)圈相接。
若激磁線(xiàn)圈在發(fā)電機內通過(guò)機殼與電樞線(xiàn)圈相接叫內搭鐵（圖5—1），即叫“內搭鐵發(fā)電機”；若激磁線(xiàn)圈在發(fā)電機外通過(guò)調節器搭鐵（圖5—2），即叫“外搭鐵發(fā)電機”。國產(chǎn)
拖拉機目前使用的直流發(fā)電機均為內搭鐵。在接線(xiàn)時(shí)，一定要將激磁線(xiàn)圈的引出線(xiàn)與搭鐵的碳刷架相接，激磁線(xiàn)圈便無(wú)電流通過(guò)，發(fā)電機不會(huì )發(fā)電。另外有些進(jìn)口的拖拉機上使用
外搭鐵發(fā)電機，如果改為內搭鐵發(fā)電機，只要調換發(fā)電機激磁線(xiàn)圈抽頭接線(xiàn)即可。
3、發(fā)電機殼上兩個(gè)接線(xiàn)柱，一般均有“電樞”“磁場(chǎng)”字樣注明。如文字標注不清，可用下述方法識別。
1) 電樞接線(xiàn)柱：直徑較粗；是接在絕緣的刷架上。
2) 磁場(chǎng)接線(xiàn)柱：直徑較細；磁場(chǎng)線(xiàn)圈一個(gè)端頭就按在上面。
4 、在拖拉機上的發(fā)電機是由發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)的，所以轉動(dòng)方向是一定的，在檢修時(shí)若將發(fā)電機反向旋轉就不發(fā)電，這是因為正轉時(shí)電樞線(xiàn)圈在磁場(chǎng)的作用下感應出的電流經(jīng)調節
器與激磁線(xiàn)圈相通。激磁線(xiàn)圈通電后的磁場(chǎng)方向與鐵芯剩磁方向相同，因而磁場(chǎng)不斷增強，電壓迅速升高。反轉時(shí)電流方向與正轉時(shí)相反，使激磁線(xiàn)圈通電后的磁場(chǎng)方向與鐵芯剩
磁方向相反，磁場(chǎng)越來(lái)越弱，使發(fā)電機不能發(fā)電。
5、當發(fā)電機電樞不經(jīng)負載短路時(shí)，發(fā)電楊是不會(huì )燒壞的。這是因為拖拉機上使用的直流發(fā)電機均為并激式。發(fā)電機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(chǎng)。當電樞接線(xiàn)柱與機殼短路時(shí)，發(fā)電機電流迅速增大，此時(shí)在電機內產(chǎn)生很大的壓降和強烈的電樞反應，使輸出的電壓急劇下降，激磁電流迅速
消失，發(fā)電機電壓趨近于零。因此，當電樞接線(xiàn)柱與機殼短路時(shí)不會(huì )燒壞發(fā)電機。
6、在使用中有時(shí)發(fā)現發(fā)電機極性突然改變的現象（即發(fā)出的電流方向改變）。這是因為輸出電流驟然增大時(shí)，電機內部強烈的電樞反應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(guò)來(lái)，才能使充電電路正常工作。改變的方法是：將蓄電池正極與機殼連接，負極與磁場(chǎng)接線(xiàn)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(xiàn)圈故障時(shí)，如不注意連接的極性，把蓄電池負極當成搭鐵極，改變了激磁線(xiàn)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)電機電壓極性也隨之改變。這是應當注意的。
7、一般的直流發(fā)電機整流子銅片間的云母片都低于銅片。這是因為銅片比云母片磨損速度快，使用一段時(shí)間云母片就會(huì )高出整流子銅片，使碳刷懸空。這樣整流子和碳刷之間
就會(huì )出現強烈火花。為避免此現象，整流子車(chē)光后應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(chǎng)時(shí)未將云母片割低，檢修這種發(fā)電機就不需割低。
8、同步發(fā)電機
作發(fā)電機運行的同步電機。是一種最常用的交流發(fā)電機。在現代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機發(fā)電。由于同步發(fā)電機一般采用直流勵磁
，當其單機獨立運行時(shí)，通過(guò)調節勵磁電流，能方便地調節發(fā)電機的電壓。若并入電網(wǎng)運行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時(shí)調節勵磁電流的結果是調節了電機的功率因數和
無(wú)功功率。
同步發(fā)電機的定子、轉子結構與同步電機相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機中電樞繞組采用單相。
工作特性 表征同步發(fā)電機性能的主要是空載特性和負載運行特性。這些特性是用戶(hù)選用發(fā)電機的重要依據。
空載特性 發(fā)電機不接負載時(shí)，電樞電流為零，稱(chēng)為空載運行。此時(shí)電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動(dòng)勢E0（三相對稱(chēng)），其大小隨If的增大而增加。但
是，由于電機磁路鐵心有飽和現象，所以?xún)烧卟怀烧龋▓D1）。反映空載電動(dòng)勢E0與勵磁電流If關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為同步發(fā)電機的空載特性。
電樞反應 當發(fā)電機接上對稱(chēng)負載后，電樞繞組中的三相電流會(huì )產(chǎn)生另一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，稱(chēng)電樞反應磁場(chǎng)。其轉速正好與轉子的轉速相等，兩者同步旋轉。
同步發(fā)電機的電樞反應磁場(chǎng)與轉子勵磁磁場(chǎng)均可近似地認為都按正弦規律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動(dòng)勢E0與電樞電流I之間的時(shí)間相位差。電樞反應磁場(chǎng)還與
負載情況有關(guān)。當發(fā)電機的負載為電感性時(shí)，電樞反應磁場(chǎng)起去磁作用，會(huì )導致發(fā)電機的電壓降低；當負載呈電容性時(shí),電樞反應磁場(chǎng)起助磁作用,會(huì )使發(fā)電機的輸出電壓升高。
負載運行特性 主要指外特性和調整特性。外特性是當轉速為額定值、勵磁電流和負載功率因數為常數時(shí)，發(fā)電機端電壓U與負載電流I之間的關(guān)系,如圖2所示。調整特性是轉
速和端電壓為額定值、負載功率因數為常數時(shí),勵磁電流If與負載電流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種負載的情況。由于電樞反應磁場(chǎng)影響的
不同，三者的曲線(xiàn)也不一樣。在外特性中，從空載到額定負載時(shí)電壓的變化程度稱(chēng)為電壓變化率△U，常用百分數表示為
同步發(fā)電機的電壓變化率約為20～40％。一般工業(yè)和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著(zhù)負載電流的增大,必須相應地調整勵磁電流。圖3所示為 3種不同性質(zhì)負載
下的調整特性。雖然調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載，它是上升的，而在容性負載下，一般是下降的。
結構和分類(lèi) 同步發(fā)電機的結構按其轉速分為高速和低（中）速兩種。前者多用于火電廠(chǎng)和核電站；后者多與低速水輪機或柴油機聯(lián)動(dòng)。在結構上，高速同步發(fā)電機多用隱極式
轉子，低（中）速同步發(fā)電機多用凸極式轉子。
高速同步發(fā)電機 因大多數發(fā)電機與原動(dòng)機同軸聯(lián)動(dòng)，火電廠(chǎng)都用高速汽輪機作原動(dòng)機，所以汽輪發(fā)電機通常用高轉速的2極電機,其轉速達3000轉／分（在電網(wǎng)頻率為60赫時(shí)
,為3600轉／分）。核電站多用4極電機，轉速為1500轉／分（當電網(wǎng)頻率為60赫時(shí)，為1800轉／分）。為適應高速、高功率要求，高速同步發(fā)電機在結構上一是采用隱極式轉子，
二是設置專(zhuān)門(mén)的冷卻系統。
?、匐[極式轉子：外表呈圓柱形，在圓柱表面開(kāi)槽以安放直流勵磁繞組，并用金屬槽楔固緊，使電機具有均勻的氣隙。由于高速旋轉時(shí)巨大的離心力，要求轉子有很高的機械強
度。隱極式轉子一般由高強度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開(kāi)口形，以便安裝勵磁繞組。在每一個(gè)極距內約有1/3部分不開(kāi)槽,形成大齒；其余部分的齒較窄，稱(chēng)做小齒。大齒中心
即為轉子磁極的中心。有時(shí)大齒也開(kāi)一些較小的通風(fēng)槽，但不嵌放繞組；有時(shí)還在嵌線(xiàn)槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風(fēng)槽。隱極式轉子在轉子本體軸向兩端還裝有金屬的護環(huán)和
中心環(huán)。護環(huán)是由高強度合金制成的厚壁圓筒，用以保護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(dòng)，并支撐護環(huán)。此外，為了把勵磁電流通入
勵磁繞組，在電機軸上還裝有集電環(huán)和電刷。
?、诶鋮s系統：由于電機中能量損耗和電機的體積成正比，它的量級與電機線(xiàn)度量級的三次方成比例，而電機散熱面的量級只是電機線(xiàn)度量級的二次方。因此，當電機尺寸增大
時(shí)（受材料限制，增大電機容量就得加大其尺寸），電機每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會(huì )增加，電機的溫升將會(huì )提高。在高速汽輪發(fā)電機中，離心力將使轉子表面和轉子中心孔
表面產(chǎn)生巨大的切向應力，轉子直徑越大，這種應力也越大。因此，在鍛件材料允許的應力極限范圍內,2極汽輪發(fā)電機的轉子本體直徑不能超過(guò)1250毫米。大型汽輪發(fā)電機要增大
單機容量，只有靠增加轉子本體的長(cháng)度（即用細長(cháng)的轉子）和提高電磁負荷來(lái)解決。目前,轉子長(cháng)度可達8米，已接近極限。要繼續提高單機容量，只能是提高電機的電磁負荷。這
使大型汽輪發(fā)電機的發(fā)熱和冷卻問(wèn)題變得特別突出。為此，已研制出多種冷卻系統。 對于50000千瓦以下的汽輪發(fā)電機，多采用閉路空氣冷卻系統，用電機內的風(fēng)扇吹拂發(fā)熱部件
降溫。對于容量為5～60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機,廣泛使用氫冷。氫氣（純度99％）的散熱性能比空氣好，用它來(lái)取代空氣不僅散熱效果好，而且可使電機的通風(fēng)摩擦損耗大為降低，從而
能顯著(zhù)提高發(fā)電機的效率。但是，采用氫冷必須有防爆和防漏措施，這使電機結構更為復雜，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(xiàn)圈里采用一部分空心導線(xiàn)，導線(xiàn)中通水冷卻，就可以大大降低電機溫升,延緩絕緣老化,增長(cháng)電機壽命。
1956年,英國首創(chuàng )第一臺12000千瓦定子線(xiàn)圈水內冷汽輪發(fā)電機。1958年，中國由浙江大學(xué)、上海電機廠(chǎng)首先研制成第一臺定、轉子線(xiàn)圈都采用水內冷的 12000千瓦雙水內冷汽輪發(fā)
電機，為這種冷卻方式奠定了基礎。世界一些國家在大容量電機中也廣泛采用水內冷技術(shù)，并制造出了幾十萬(wàn)到一百多萬(wàn)千瓦的巨型發(fā)電機。除了水冷外,液體冷卻介質(zhì)還可使用變
壓器油，其相對導熱能力約為水的40％，絕緣性能好，可將發(fā)電機額定電壓提高到幾萬(wàn)伏，從而節約了升壓變壓器的投資。近年來(lái)，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(lái)冷卻電機，是一種有意義的探索方向。
低速同步發(fā)電機 多數由較低速度的水輪機或柴油機驅動(dòng)。電機磁極數由4極到60極,甚至更多。對應的轉速為1500～100轉／分及以下。由于轉速較低,一般都采用對材料和制
造工藝要求較低的凸極式轉子。
凸極式轉子的每個(gè)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(xiàn)繞制而成。磁極的極靴上還常裝有阻尼繞組。它是
一個(gè)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(gè)短接回路。磁極固定在轉子磁軛上，磁軛由鑄鋼鑄成。凸極式轉子可分為臥式和立式兩類(lèi)。大多數同步電動(dòng)機、同步調
相機和內燃機或沖擊式水輪機拖動(dòng)的發(fā)電機，都采用臥式結構；低速、大容量水輪發(fā)電機則采用立式結構。
臥式同步電機的轉子主要由主磁極、磁軛、勵磁繞組、集電環(huán)和轉軸等組成。其定子結構與異步電機相似。立式結構必須用推力軸承承擔機組轉動(dòng)部分的重力和水向下的壓力
。大容量水輪發(fā)電機中，此力可高達四、五十兆牛（約相當于四、五千噸物體的重力），所以這種推力軸承的結構復雜，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)電機分為懸吊式和傘式兩種。懸吊式的推力軸承放在上機架的上部或中部，在轉速較高、轉子直徑與鐵心長(cháng)度的比值較小時(shí)，機械上運行較穩定。傘式的推力軸承放在
轉子下部的下機架上或水輪機頂蓋上。負重機架是尺寸較小的下機架，可節約大量鋼材，并能降低從機座基礎算起的發(fā)電機和廠(chǎng)房高度。
同步發(fā)電機的并聯(lián)運行 同步發(fā)電機絕大多數是并聯(lián)運行，并網(wǎng)發(fā)電的。各并聯(lián)運行的同步發(fā)電機必須頻率、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
之間會(huì )產(chǎn)生內部環(huán)流，引起擾動(dòng)，嚴重時(shí)甚至會(huì )使發(fā)電機遭受破壞。但是，兩臺發(fā)電機在投入并聯(lián)運行以前，一般說(shuō)來(lái)它們的頻率與電壓的大小和相位是不會(huì )完全相同的。為了使
同步發(fā)電機能投入并聯(lián)運行，首先必須有一個(gè)同步并列的過(guò)程。同步并列的方法可分為準同步和自同步兩種。同步發(fā)電機在投入并聯(lián)運行以后，各機負載的分配決定于發(fā)電機的轉
速特性。通過(guò)調節原動(dòng)機的調速器，改變發(fā)電機組的轉速特性，即可改變各發(fā)電機的負載分配，控制各發(fā)電機的發(fā)電功率。而通過(guò)調節各發(fā)電機的勵磁電流，可以改變各發(fā)電機無(wú)
功功率分配和調節電網(wǎng)的電壓。
準同步并列 將已加勵磁的待投運發(fā)電機通過(guò)調節其原動(dòng)機的轉速和改變該發(fā)電機的勵磁，使其和運行中的發(fā)電機的頻率差不超過(guò)0.1～0.5％。在兩機電壓相位差不超過(guò)10°
的瞬間進(jìn)行合閘并聯(lián)，兩者即可自動(dòng)牽入同步運行。準同步并列的操作可以手動(dòng)，也可以借自動(dòng)裝置完成。
自同步并列 把待投入并聯(lián)的發(fā)電機轉速調到接近電網(wǎng)的同步轉速，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)電機和電網(wǎng)之間出現的環(huán)流及相應產(chǎn)生的電磁
轉矩把發(fā)電機迅速牽入同步。采用自同步并列時(shí)，由于減少了調節發(fā)電機轉速、電壓和選擇合閘瞬間所需的時(shí)間，所以并列的過(guò)程較快，特別適宜于電力系統事故情況下機組的緊
急投入。但是此法在并列合閘瞬間的電流沖擊比較大，會(huì )使電網(wǎng)電壓短時(shí)下降，電機繞組端部承受較大的電磁力。
8.交流發(fā)電機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)電機來(lái)供用電設備使用時(shí),常發(fā)生用電設備不能正常工作的情況,其原因是發(fā)電機輸出的交流電不夠穩定,這時(shí)候需要電力穩壓器來(lái)穩定電壓,也就是
我們日常生活中常用到的交流穩壓電源，交流穩壓電源能使發(fā)電機的輸出電壓精度穩定到我們用電設備正常工作所允許的范圍。
