一. 關於發電機電磁設計
水輪發電機電磁設計的任務是按給定的容量、電壓、相數、頻率、功率因數、轉速等額定值和其他技術要求來確定發電機的有效部分尺寸、電磁負荷、繞組資料及效能引數等。
水輪發電機電氣引數的選擇，主要依據電力系統對電站電氣引數和主接線的要求，同時根據《水輪發電機基本技術條件》、《導體和電器裝置選擇設計技術規定》等相關規範來選擇，當然也要根據具體電站的要求。
在電磁設計過程中考核的幾個主要引數：磁密，定、轉子線圈溫公升，短路比，主要電抗，效率，飛輪力矩。
二. 電磁設計需要輸入的基本技術資料
（1）額定容量、有功功率、無功功率和功率因數的關係
φ--發電機輸出電流在時間相位上滯後於電壓的相位角
額定容量s=√3un in =
有功功率p=√3un in cosφ=s·cosφ
無功功率q=√3un in sinφ=s·sinφ
cosφ=
（2）發電機的電磁計算需要具備以下基本的額定資料：
功率/容量，功率因數，電壓，轉速（極數），頻率，相數，飛輪力矩**運慣量）
1. 額定容量（視在功率）或者額定功率（有功功率）
s= （kva / mva）
p=水輪機額定出力×發電機效率 （kw / mw）
發電機的容量大小更直接反映發電機的發電能力。有功功率結合功率因數才能完整反映發電機的輸出功率能力。
2. 額定功率因數cosφ
發電機有功功率一定時，cosφ的減小，可以提高電力系統穩定執行的功率極限，提高發電機的穩定執行水平；同時由於增大了發電機的容量，發電機造價也增加。相反，提高額定功率因數，可以提高發電機有效材料的利用率，並可提高發電機的效率。近年來由於電力系統容量的增加，系統裝設同步調相機和電力電容器來改善其功率因數，以及遠距離超高壓輸電系統使線路對地電容增大，發電機採用快速勵磁系統提高穩定性，使發電機額定功率因數有可能提高。
取值：0.8，0.85，0.875，0.9，國內大容量多取0.85~0.9，國外發達國家多取0.9~0.95。
燈泡式水輪發電機由於受結構尺寸限制，功率因數較一般水輪發電機的取值高，以減小氣隙長度，提高通風冷卻效果。
(1) 一般水輪發電機
gb/t7894-2009 水輪發電機基本技術條件：
《水電站機電設計手冊-電氣一次》：
(2) 燈泡貫流式發電機
jb/t7071-2005 燈泡式水輪發電機基本技術條件：
3. 額定電壓un
額定電壓的選取需綜合考慮對發電機的技術經濟指標，對發電機斷路器開斷容量，對母線、變壓器低壓線圈，對近區負荷的供電電壓及其輸配電裝置的投資執行費等因素的影響。對發電機而言，一般來說，額定電壓選得低，電機消耗的絕緣材料和有效材料（矽鋼片、銅）可相應減少；但並非越低越好。
燈泡式水輪發電機安裝在水下流道內，因密封不良或停機檢修時，線圈絕緣容易受潮而引起絕緣性能下降。為安全可靠執行，發電機額定電壓選擇比一般水輪發電機低。同時由於燈泡式水輪發電機外徑受到限制，比一般水輪發電機外徑小得多，提高端電壓會使鐵心加長，造成發電機製造、通風等方面的困難。
燈泡式發電機額定電壓與額定容量的關係可參考下表選擇。
4. 額定轉速 nn
5. 額定頻率 f =50hz
多數美洲國家採用60hz
6. 發電機極數 2p=×2
三. 發電機主要效能引數
1. 短路比
。也等於產生空載額定電壓和額定短路電流所需的勵磁電流之比。
kc=短路比小，負載變化時發電機的電壓變化較大，併聯執行時發電機的穩定度較差。增大氣隙可減小同步電抗xd，使短路比增大，電機效能變好，但勵磁電動勢和轉子用銅量增大，造價增高。隨著單機容量的增大，為提高材料利用率，希望短路比有所降低。
短路比是根據電站輸電距離、負荷變化情況等因素提出的。短路比大，可提高發電機在系統執行的靜態穩定，發電機的充電容量也相應增大。水輪發電機的短路比一般為0.
9~1.3。對於要求電壓變化率很小或充電容量較大的電機，可採用較高數值。
2. 電抗及時間常數
進行穩態分析時需要的引數：定子繞組漏抗xσ，直軸電樞反應電抗xad，交軸電樞反應電抗xaq，直軸同步電抗xd，交軸同步電抗xq等；
進行瞬變狀態分析時需要的引數：直軸瞬變電抗xd』，直軸超瞬變電抗xd」，交軸超瞬變電抗xq」，定子繞組開路時勵磁繞組的時間常數td0』，定子繞組短路時勵磁繞組的時間常數td』，定子繞組及勵磁繞組短路時直軸阻尼繞組的時間常數td」，勵磁繞組短路時定子繞組的時間常數ta等；
進行不對稱負載執行狀態分析時需要的引數：負序電抗x2，零序電抗x0等。
(1) xd--反應發電機靜態穩定執行的能力，影響發電機的過載能力，xd小，靜過載係數（發電機可能輸出的最大電磁功率與額定電磁功率之比）。計算發電機滯後運**況（常規工況）時，採用飽和值；在調相執行和充電執行時採用不飽和值。
(2) xd』--發電機發生三相短路後，在自動電壓調節器的調節下能夠穩定執行的能力，影響暫態穩定。發電機額定執行或小波動執行時，為不飽和值，三相短路時為飽和值。
(3) xd」--發電機埠的三相短路電流週期分量與xd」成反比。
對電抗、短路比及時間常數的具體取值，標準中未見有規定。在gb/t7894-2009中只提到：交、直軸超瞬態電抗（不飽和值）之比（xq」/xd」）一般為0.98~1.25。
《水電站機電設計手冊-電氣一次》：
發電機主要電抗引數及其影響見下表：
水輪發電機主要引數的典型值（不飽和值）：
3. 飛輪力矩gd2
直接影響到發電機在甩負荷時的速度上公升率和系統負荷突變時發電機的執行穩定性，因此它對電力系統的暫態過程和動態穩定也有很大影響。當水輪發電機組的部分負荷被切除時，水輪機的驅動轉矩與發電機的電磁轉矩一時失去平衡，機組的轉速上公升，此時gd2越大，機組轉速變化率越小，電力系統執行的穩定性就越高。但是gd2過大，使發電機重量增加，導致成本的提高。
gd2由水輪機的調節保證計算確定。
4. 機械（或慣性）時間常數
表示在發電機額定轉矩作用下，把轉子從靜止狀態加速到額定轉速所需要的時間。與飛輪力矩成正比。
儲能時間常數h：國外一些廠家習慣用儲能常數（或能量係數）表示發電機轉子儲存的能量，其表示式為：
h=((5.479/1000)*j*(n_n^2))/p_n
h：單位為s，
j：轉動慣量tm^2，=1/4*gd^2
n_n：轉速rpm
p_n：容量kva
5. 調兼容量及充電容量
(1) 發電機的執行狀態
當電網或原動機偶然發生微小擾動時，若在擾動消失後發電機能自行回覆到原執行狀態穩定執行，則稱發電機是靜態穩定的；反之，就是不穩定的。
當發電機帶感性負載時，電樞反應具有去磁作用，這時為了維持發電機端電壓恆定，就必須增大勵磁電流，以補償電樞反應的影響。因此，無功功率的調節依賴於勵磁電流的變化。
在原動機輸入功率不變，即發電機輸出功率p恆定時，改變勵磁電流將引起同步電機定子電流大小和相位的變化。將cosφ=1時的勵磁電流定義為「正常勵磁」值（點），此時發電機輸出純有功功率，定子電流最小，且與端電壓同相位。
發電機「過勵」狀態：從「正常勵磁」點開始，勵磁電流增大，cosφ減小，定子電流增大，並滯後於端電壓，發電機輸出滯後無功功率（感性無功）；
發電機「欠勵」狀態：從「正常勵磁」點逐步減小勵磁電流，cosφ減小，定子電流變大，並超前於端電壓，發電機向電網輸出超前的無功功率（容性無功），或者說吸收滯後的無功功率。
滯(遲)相執行：發電機在過勵狀態下，既向系統輸送有功功率又輸送感性無功功率。這是發電機的工作常態。
進相執行：發電機在欠勵狀態下，向系統輸送容性的無功功率和部分有功功率。由於發電機進相執行時處於欠勵狀態，為保證進相執行的安全，機組的千伏安出力應經試驗分析確定。
sl321-2005：進相深度為0.95時應能長期執行（即cosφ=0.
95超前）。
充電執行：發電機投入空載高壓長距離輸電系統執行，即不發出有功功率，只向系統輸出容性無功功率，是進相執行的一種方式。
調相執行：發電機工作在電動機狀態，不發出有功功率，只向系統輸出感性無功功率，發電機處於過勵狀態。
(2) 調兼容量
水輪發電機作調相執行時的容量按轉子勵磁繞組的允許溫公升確定，通常範圍為(0.6~0.75) sn。
(3) 充電容量
發電機端電壓為額定電壓時，發電機帶電容性負載執行最大可能吸收的系統無功功率的容量。
6. 效率
四. 發電機結構型式
1. 立式：
(1) 立軸懸式：推力軸承位於轉子上部，適用於中高速機組。
優點：機組徑向機械穩定性好，軸承損耗較小，維護檢修方便。
(2) 立軸傘式：推力軸承位於轉子下部，全傘，半傘，中低速大容量採用。
優點：結構緊湊，機組總高度比懸式低；可減輕定子和負重機架重量，從而可減輕發電機總重量，
缺點：推力軸承直徑較大，軸承損耗比懸式大。
2. 臥式：兩軸承，三軸承
3. 燈泡貫流式
4. 軸伸貫流式
5. 通風系統
1. 開啟式自通風：1000kva及以下
2. 管道式通風：1000～4000kva
3. 密閉自迴圈通風冷卻
4. 密閉強迫迴圈通風冷卻：燈泡貫流式機組
6. 發電機設計中需注意的一些要求
1. 高海拔地區的定子線圈防暈；
2. 直徑較大的定子鐵心為防止熱脹冷縮引起的變形所採取的措施；
3. 制動器採用兩腔結構還是油氣分離的三腔結構，制動塊的材料是否要求無石棉；
4. 轉速較高或軸承直徑較大的軸承防油霧措施。
5. 關於定子鐵心的穿心螺桿
6. 關於彈性金屬塑料瓦
（廠家資料，供參考）
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關鍵詞 水輪發電機 分類 特徵 引言水輪發電機由轉子 定子 機架 推力軸承 導軸承 冷卻器 制動器等主要部件組成。定子主要由機座 鐵芯和繞組等部件組成。定子 轉子 端蓋 電刷 機座及軸承等通常是水輪發電機構成的部件。定子由定子鐵芯 機座 線包繞組以及固定這些部分的其他結構件組成。轉子由轉子磁極 轉子...
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