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. . . PAGE 2007 级机械工程及自动化专业 专业课程设计说明书 设计题目：大型发电机转子部件结构设计与加工工艺 班 级： 大型发电机转子部件结构设计与加工工艺 摘要：本文介绍发电机的工作原理、主要组成部件， 重点介绍大型汽轮发电机的转子部件结构及加工工艺。并对发电机的冷却方式和励磁控制系统做了简单介绍。 关键词：大型发电机 转子部件结构 转轴 加工工艺 一、发电机概述? 发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。 发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。 发电机分直流发电机和交流发电机两大类，后者又可分为同步发电机和异步发电机。现代电厂中最常用的是同步发电机。 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。最常用的是转场式同步发电机,其定子铁心的内圆均匀散布着定子槽，槽内嵌放着按规律排列的三相对称绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。转子铁心上装有制成必定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的散布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。 原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割活动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。所谓的同步就是转子的转速等于定子旋转磁场的转速。它由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但不能向负载提供无功功率。因此，异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联，或并接相当数量的电容器。直流发电机有换向器，结构复杂，价格较贵，易出故障，维修困难?效率也不如交流发电机。故自20世纪50年代以后，直流发电机逐渐为交流电源经功率半导体整流获得的直流电所取代。发电机还可分为单相发电机与三相发电机。 　汽轮发电机 与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效果，汽轮机平常做成高速的，通常为3000转／分（频率为50赫）或3600转／分（频率为60赫）。核电站中汽轮机转速较低,但也在1500转/分以上。高速汽轮发电机为了削减因离心力而发生的机械应力以及下降风摩耗，转子直径平常做得比力小，长度比力大，即采取细长的转子。额外是在3000转／分以上的大容量高速机组，由于原料强度的关连，转子直径受到严厉的节制，平常不及超出 1.2米。而转子本体的长度又受到临界速率的节制。当本体长度到达直径的6倍以上时,转子的第二临界速率将靠近于电机的运转速率，运行中也许产生较大的振动。以是大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严厉的节制。10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已到达上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。为此务必增强电机的冷却。以是 5～10万千瓦以上的汽轮发电机都采取了冷却成效较好的氢冷或水冷技能。70年代以来，汽轮发电机的最大容量已到达130～150万千瓦。从1986年以来，在高临界温度超导电原料切磋方面取得了重大突破。超导技能可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机成长史上发生一个新的飞电磁感觉定律。 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。 定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。 二、发电机的工作原理? 按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。图 1 为同步发电机的工作原理图。发电机转子与汽轮机转子为同轴连接，当蒸汽推动汽轮机高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电源后，便建立了一个磁场，这个磁场有一对主磁极，它随着汽轮机发电机转子旋转。磁通自转子的一个极（N 级）出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙，进入转子另一个极（S 极）构成回路。 图1 同步发电机的工作原理 图2 发电机出线的接线 发电机转子具有一对磁极，转子旋转一周，定子绕组中感应电