发电电动机
Motor-Generator
[本节为“抽水蓄能电站”栏目与“电动机系列”栏目共用]

本节介绍的是用于抽水蓄能电站使用的立轴发电电动机。这种电动发电机与水轮发电机虽都是同步发电机,但它还可以作为电动机使用,称为发电电动机或可逆电机。从基本结构上看,发电电动机与普通水轮发电机相同,但发电电动机用的是高压高速水轮机,故发电电动机的转子极数要少些,较多采用12级或14极。我们以一个6对磁极每分钟500转的发电电动机模型为例来介绍其基本结构。

发电电动机转子

电动发电机的转子采用凸极式结构磁极安装在磁轭上,电动发电机有南北相间的12个磁极,每个磁极上都绕有励磁线圈,见图1

发电电动机转子磁轭与磁极

图1--发电电动机转子磁轭与磁极

由于磁极少,转子直径可以做得小,通过加长长度来达到同样容量,小的直径可避免高速旋转离心力可能带来的损坏。    

转子磁轭安装在转子支架上,由上、下压片固定。转子支架与上端轴下端轴连接在一起组成转子的主轴,称为三段轴形式。见图2

发电电动机转子支架、上端轴、下端轴

图2--发电电动机转子支架、上端轴、下端轴

发电电动机转子

 

转子支架的多个支撑板在旋转时起到离心风扇的作用,把空气扇入磁轭的散热通道。在转子支架下方有制动环,转子支架两端有螺孔用来安装上端轴与下端轴。

上端轴的下端有法兰用来与转子支架上端连接。在轴上端安装有集电环,用来向磁极线圈供电。在轴身上有上导滑转子,是安装上导轴承的位置。

下端轴的上端有法兰用来与转子支架下端连接。轴的下端有法兰用来与水轮机的法兰连接。在轴身上有下导滑转子推力头,采用推力头兼下导滑转子结构,是安装下导轴承推力轴承的位置。

图3是安装好上端轴与下端轴的完整的转子,上导轴承与下导轴承是限制轴的径向运动,推力轴承是限制轴的轴向运动,推力轴承承担发电机转子重量与水轮机转轮重量,还承担转轮所受的水力。

图3--发电电动机转子

发电电动机的定子

发电电动机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成,在铁芯内圆均匀分布着许多,用来嵌放定子线圈,定子线圈嵌放在定子槽内,组成三相绕组,每相绕组由多个线圈组成,按一定规律排列,大型水轮发电机较多采用波绕法。图2是电机定子与绕组的剖面示意图。
发电电动机的定子铁芯与绕组
图4--发电电动机的定子铁芯与绕组

发电电动机的机座

机座是安装电动发电机的定子的地方,机座四周有8个空气冷却器,把从定子流出的热空气降温,冷却后的空气再返回机组散热。图5是机座剖面示意图。

发电电动机的机座与机架

图5--发电电动机的机座与机架

在上机架中心有上导轴承油箱,是安装上导轴承轴瓦的地方,油箱的油用来润滑与冷却轴承。
在下机架中心有推力轴承与下导轴承油箱,可安装下导轴承轴瓦推力轴承瓦。在下机架上有8个制动器,用来制动转子旋转,在检修时可抬高转子。

图6是安装在混凝土浇筑的机墩上的机座与机架,在机座中安装了定子铁芯与绕组。图中有上机架,但在实际安装中是吊装转子之后才能安装上机架。 在机墩内的机座与机架

图6--在机墩内的机座与机架
发电电动机

电动发电机的转子安装在上机架下机架之间。图7是安装了转子的发电电动机剖视图,转子插在定子中间,与定子有很小间隙,可以自由旋转。

上导轴承安装在上导轴承油箱内,轴承的轴瓦紧抱上导滑转子,使上端轴处于机座中心位置。

下导轴承安装在下机架中部的轴承油箱内,轴承的轴瓦紧抱下导滑转子,使下端轴处于机座中心位置。在该轴承油箱内还有推力轴承,由压力头与下面的多块推力轴承瓦组成,推力轴承受转子水轮机转轮的重量,还要承受水轮受到的水冲击力等等。

实际的安装过程是把发电电动机轴法兰与水泵水轮机轴法兰连接后,才对整个轴(电机轴与水轮机轴)上的3个导轴承与推力轴承进行调整。

发电电动机的机座与定子与转子

图7—发电电动机的机座与定子与转子

图8是发电电动机的剖视图,在机墩上铺有地板,该地板与电站机房地面为同一平面。在地板上安装电刷装置,为转子集电环提供电源。

发电电动机剖视图
图8--发电电动机剖视图
 

虽然普通同步电机可以作为发电机也可以作为电动机使用,但真要在这两种功能时都能高效安全运行还是要专门设计与制造的,特别是大型发电电动机。

由于水泵水轮机在两种工况下的旋转方向是相反的,发电电动机也要适合双向运转,除了两种工况时对外的接线相序要切换,还要保证双向运转时的通风散热与系统润滑。

发电电动机运行在频繁切换与启动状态、变化迅速,电流冲击大,致使温度变化大,特别是作为电动机启动时,巨大的启动电流造成温度剧烈升高。频繁的温度大幅度变化会损坏机械结构特别是破坏绕组绝缘,这是设计与制造时要考虑的。

大型电动机的启动是复杂的,启动形式是多样的,不同的启动形式结构上也有区别,发电电动机的设计与制造要根据设计的启动方式进行。

发电电动机运行在频繁切换状态、变化迅速,要求机械结构经得起冲击,避免振动,防止疲劳。

总的说来,发电电动机的设计与制造比普通发电机与电动机的难度大,技术要求高

 
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