发电机结构知识讲解

1 发电机基本构成

汽轮发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件组成，具体的发电机结构见下图。

2 发电机冷却方式

发电机的发热部件，主要是定子绕组、定子铁芯(磁滞与涡流损耗)和转子绕组。必须采用高效的冷却措施，使这些部件所发出的热量散发除去，以使发电机各部分温度不超过允许值。

发电机采用水-氢-氢冷却方式，即发电机定子绕组及引线是水内冷，发电机的转子绕组是氢内冷，转子本体及定子铁芯是氢冷。为此，发电机还设有定子水冷系统，发电机氢冷系统和为防止氢气从轴封漏出的密封油系统。

3 发电机定子

发电机定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。

1)机座与端盖

机座是用钢板焊成的壳体结构，它的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。此外，机座可以防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。

在机壳和定子铁芯之间的空间是发电机通风(氢气)系统的一部分。由于发电机定子采用径向通风，将机壳和铁芯背部之间的空间沿轴向分隔成若干段，每段形成一个环形小风室，各小风室相互交替分为进风区和出风区。这些小室用管子相互连通，并能交替进行通风。氢气交替地通过铁芯的外侧和内侧，再集中起来通过冷却器，从而有效地防止热应力和局部过热。

端盖是发电机密封的一个组成部分，结构如图所示。为了安装、检修、拆装方便，端盖由水平分开的上下两半构成，并设有端盖轴承。在端盖的合缝面上还设有密封沟，沟内充以密封胶以保证良好的气密。

轴瓦采用椭圆式水平中分面结构，轴瓦外园的球面形状保证了轴承有自调心的作用。

在转轴穿过端盖处的氢气密封是依靠油密封的油膜来保证。密封瓦为铜合金制成，内圆与轴间有间隙，装在端盖内圆处的密封座内。密封瓦分成四块，在径向和轴向均有卡紧弹簧箍紧，尽管密封瓦在径向可以随轴一起浮动，但在密封座上下均有销子可以防止它切向转动。密封油经密封座和密封瓦的油腔流入瓦和轴之间的间隙沿径向形成油膜以防止氢气外泄。

在滑环端轴承及油密封设有对地绝缘以防止轴电流损伤转轴。

2)机座隔振——定性支撑

为了减低由于转子磁通对定子铁芯的磁拉力引起的双频振动，以及短路等其它因数引起的定子铁芯振动对机座和基础的影响，在定子铁芯和机座之间采用卧式弹性隔振结构。

弹性隔振结构形式如左图所示：在定位筋的背部装弹簧板，弹簧板通过垫块，用螺栓固定在定位筋的背部，弹簧板中部与机座内的隔板相连，构成弹性隔振结构。

3)定子铁芯

定子铁芯是构成发电机磁路和固定定子绕组的重要部件。为了减少铁芯的磁滞和涡流损耗，定子铁芯采用导磁率高、损耗小、厚度为0.5mm的优质冷轧硅钢片冲制而成。每层硅钢片由数张扇形片组成一个圆形，每张扇形片都涂了耐高温的无机绝缘漆。冲片上冲有嵌放线圈的下线槽及放置槽楔用的鸽尾槽。扇形冲片利用定子定位筋定位，通过球墨铸铁压圈施压，夹紧成一个刚性圆柱形铁芯，用定位筋固定在内机座上。齿部是通过压圈内侧的非磁性压指来压紧。边段铁芯涂有粘接漆，在铁芯装压后加热，使其粘接成一个牢固的整体，进一步提高铁芯的刚度。

为了减少端部漏磁通在压圈和边段铁芯中引起的发热，和在端部铁芯中的附加电气损耗，在压圈上装有全铜;边端铁芯为阶梯状以增加铁芯内园与转子之间的气隙;并在齿上冲有小槽。

转子绕组端部存在大量的漏磁通,另外,发电机运行时定子绕组在铁芯端部也产生大量的漏磁通,这些漏磁通主要是垂直进入端部定子铁芯,从而感应出垂直于轴向的涡流,引起铁芯端部过热.发电机在欠励条件下运行时,定子绕组会产生更多的漏磁通, 使铁芯端部过热更为严重。为了减少端部漏磁通在压圈和边段铁芯中引起的发热和在端部铁芯中的附加电气损耗,采取了以下措施:

a)铁芯端部设计成阶梯状

铁芯孔两端逐渐放大,这可以防止转子漏磁通量过多聚集在定子铁芯端部,而且可以使部分漏磁通转变成垂直于定子轴线的径向磁通,从而减少损耗降低端部过热。



b)在转子线圈端部采用非磁性护环。

通过励磁绕组护环的去磁作用,增加了漏磁通的磁阻,从而减少了转子端部漏磁通对定子铁芯的影响。



c)在铁芯端部表面,采用一块铜防护板,既所谓的电环

采用电的目的是防止端部大部分轴向漏磁通穿过铁芯。因为铁芯端部采用阶梯形后，压圈处的漏磁会有所增加,利用漏磁通能在铜防护板内产生的大量涡流,此涡流的方向将阻止漏磁通穿过。而铜与用作铁芯端片的石墨铸铁相比,电阻率只有约1/5,根据磁穿透深度定律,损耗降到大约1/2,而且铜的导热系数是石墨铸铁的5倍,因而,铜防护板不会出现过热。



d)铁芯端部压圈和铁芯端板(压指)采用高电阻率、低导磁率材料

这种材料增大了铜防护板和铁芯间的磁阻，使漏磁通不易穿过铁芯，高电阻率又使该部位涡流减小，故此部件也不会过热。

e)在铁芯端部扇形体上开槽

由于在铁芯端部扇形齿部开槽隙，使得涡流流动面积减少了约1/2，于是涡流损耗减小了约3/4。

f)冷却风系统中，加强对端部的冷却。

4)定子绕组

定子绕组的端部结构如下图所示，它是由嵌入铁芯槽内的绝缘线棒在端部联结成的线圈，绕组端部为篮式结构，并且由引线环连接成固定的相带。采用连续式F级环氧粉云母绝缘系统，表面有防晕处理措施。

在负载运行条件下，定子绕组会产生自感应涡流损耗，为减少这种损耗，定子线棒采用了罗贝尔换位形式。所谓换位，就是在线棒编织时，让每根线棒沿轴向长度，分别处于槽内不同高度的位置，这样每根线棒的漏电抗相等，使每根导体内电流均匀，减少直线及端部的横向漏磁通在各股导体内产生的环流及附加损耗。

定子线棒由矩形的空心和实心股线混合编织而成，定子绕组就是通过空心股线中的水介质来冷却的。定子线棒端部的所有股线均焊接到水电接头上，通过铜带将两根线棒水电接头焊在一起形成电气连接，构成一匝线圈;而所有空心股线中的冷却水通过水电接头的水路接至靠滑环端的汇流母管，并经绝缘引水管进入线圈。在发电机的集电环端设有一条进水母管;在汽机端部设有一条出水母管。冷却水流通道为单向型，即从集电环端流向汽机端。

汇流母管是直接接地的，从线圈到汇流母管间的连接是采用单个加强型绝缘管，这种绝缘管设计上能够受发电机的运行电压，这就保证了线圈的对地绝缘。但对于这种结构，测量线圈绝缘却是不方便的。

1-槽底垫料 2-主绝缘 3-实心线 4-层间垫料 5-半导体弹性波纹板 6-空心线 7-传动垫条 8-滑动楔块 9-锥形楔销

定子线棒在槽内的固定如上图所示，它有良好的固定：侧面有半导体弹性波纹板，径向还用带斜度的槽楔组合固定。定子绕组端部设有特殊的支撑系统，用浸胶涤玻绳帮扎固定在由玻璃钢支架和绑环组成的端部固定件上，帮扎固定后进行烘焙固化，使整个端部在径向和周向上为刚性固定，确保端部固有频率远离倍频，避免运行中发生共振。轴向可沿支架滑销方向，随负载或工况变化而自由地移动，大大减少了由于负载或工况变化在绕组和支撑系统引起的应力，提高了机组运行的可靠性及满足机组调峰运行的要求。

5)发电机出线

发电机各相和中性点出线均通过集电环端机座下部出线罩引出机座，在出线罩与定子外机座之间放置有密封垫以维持气密性。出线罩板采用非磁性材料以减少定子电流产生的涡流损耗。出线罩板下方开有排泄孔以防止引线周围积存油或水。

定子出线及氢冷回路如上图所示。定子出线通过高压绝缘套管穿出机壳外，套管由整体的陶瓷和铜导电杆组成，导电杆两端镀银。过渡引线及出线套管均采用氢气内冷，套管上装有电流互感器供测量和保护用。

6)测温元件和出线板

a)热电阻

在定子绕组的每一相的最热点埋设有检温计(R.T.D)，测量绕组的温度。而线棒温度，采用每个槽内上下层线棒间埋置的电阻检温计来测量。铁芯温度用埋置的热电偶测量。此外，在冷却器的进风区埋设有电阻检温计，以测量冷却器的进出风温。

所有机内的检温计均通过机座下部的接线端子板引出。

b)热电偶

由于发电机在欠励运行时，定子端部部件的温度会很高，这些部位均埋设热电偶以测量温度。

在定子压圈，铜和铁芯边端齿部测量部位所安装的热电偶是铜-康热电偶，其传感部件焊在测点位置。

定子线圈出水温度，采用布置在出水接头上的热电偶测量。

轴瓦温度采用埋置在钨金下的热电偶测量。

热电偶的股线和保护套之间的间隙用陶瓷物质填充，使股线与外层空气隔绝，并可避免热电偶在空气中和高温下被腐蚀。

热电偶引线(玻璃丝包股线)被引至测温端子箱的出线板上。



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发电机冒黑烟的具体原因
 
一、气缸内新鲜空气不足：
原因：(1)空气滤清器滤芯积尘过多；(2)消声器锈蚀、积炭或油污。(3)进、排气门间隙过大，使气门开度减小；(4)配器机构零件松动、磨损、变形，凸轮轴齿轮与曲轴正时齿轮相对位置变化，气门开闭时间不正确。
二、气缸压缩终了时温度和压力下降原因：
(1)缸筒、活塞环磨损过多，活塞环安装不正确或失去弹性造成气缸漏气；(2)发电机气门间隙过小，热车时易被顶开，或气门烧蚀、积炭造成气缸密封不严；(3)缸盖与机体，喷油器与缸盖接合面漏气；(4)气门严重下陷，活塞与活塞销，活塞销与连杆小头，连杆大头与连杆轴颈间隙过大，使燃烧室容积增大，压缩比下降。
三、柴油雾化不良：
原因：(1)喷油器压力调整过低；(2)喷油器调压弹簧折断或发卡；(3)喷油器针阀与阀座积炭，针阀卡滞或磨损过甚；(4)喷油泵出油阀减压环带磨损过甚，使喷油器滴油。 
四、供油时间及供油量不正确：
原因是：(1)供油时间过迟；(2)起动初期，发电机气体压力和温度较低，供油时间过早时；(3)喷油泵柱塞偶件磨损后加大供油行程使用；(4)喷油泵调节齿杆或拉杆行程过大，以致供油量过多。











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汽油发电机原理

一个工作循环包括有四个活塞行程（所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程）：进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。

1、进气行程

在这个过程中，发动机的进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而使气缸内的压力将到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。在进气终了时，气缸内的气体压力约为0.075－0.09MPa。而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到370-400K。

2、压缩行程

为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。此时混合气压力会增加到0.6-1.2MPa，温度可达600-700K。

在这个行程中有个很重要的概念，就是压缩比。所谓压缩比，就是压缩前气缸中气体的容积与压缩后的最小容积之比。一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。一般轿车的压缩比在8-10之间，不过现在市的Polo就达到了10.5的高压缩比，因此它的扭矩表现相对不错。但是压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现暴燃和表面点火等不正常燃烧现象。

暴燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。暴燃时火焰以极高的速率向外传播，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁是就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重暴燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。

除了暴燃，过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题：表面点火。这是由于缸内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞电极，积炭处）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧（也称作炽热点火或早燃）。表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机负荷增加，降低寿命。

3、膨胀行程

在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，此时燃气的压力和温度迅速增加。其所能达到的压力可达3-5MPa,相应的温度则高达2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。在活塞的运动过程中，气缸内容积增加，气体压力和温度都迅速下降，在此行程终了时，压力降至0.3-0.5MPa，温度则为1300-1600K。

4、排气行程

当膨胀行程（作功行程）接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，将废气强制排到大气中，这就是排气行程。在此行程中，气缸内压力稍微高于大气压力，约为0.105-0.115MPa。当活塞到达上止点附近时，排气行程结束，此时的废气温度约为900-1200K。

由此，我们已经介绍完了发动机的一个工作循环，这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。

汽油发动机装配上交流发电机就构成了汽油发电机组。



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