转子电工设计经验总结

转子电工设计

汽轮发电机转子电工设计包括转子绕组，阻尼系统，转子绕组磁极连接线和集电环装置，转子绕组绝缘，转子绕组的冷却，以及转子绕组的固定等。

转子绕组是发电机中产生直流励磁磁场的部分。转子绕组必须要能产生足够的磁动势，即安匝数（转子电流乘以转子匝数），保证发电机能产生额定的输出容量。当电流通过转子绕组时，转子绕组将发热，温度升高，因此还必须结合转子绕组的冷却方式设计相应的冷却结构，使发电机运行时的转子绕组温度处于标准所规定的限值以内。 1. 转子绕组

转子磁极中心线两边，沿转子圆周，在转子本体上开有多条辐向槽，槽内放置转子绕组。转子高速旋转时，转子绕组和绝缘等部件都将因离心力的作用向外甩出，为了保护这些部件在正常的位置安全工作，转子绕组槽内部分用位于槽顶部的槽楔固定，转子绕组端部由护环支撑。 1.1 转子绕组的设计

转子绕组的设计与其冷却方式有关。转子绕组在每一槽内由多匝线圈组成，转子槽数和槽型尺寸选定后，每一槽内的转子铜线和绝缘所占的总面积就是一定的，额定工况下，每一槽内转子线圈所通过的总电流，即转子电流乘以每槽的匝数也是一定的。每一匝铜线的截面太大（即匝数少），转子线圈的加工和下线就困难，对于大型发电机而言，大电流集电环装置的工作也将变得更困难。每一匝铜线的截面太小（即匝数多），转子绕组的工作电压就可能很高，对于旋转部件而言，希望转子绕组在额定工况下的工作电压不大于500V，因为按绝缘等级而分，电压再高时转子绕组的绝缘设计就颇为困难；同时，匝数的增加使转子槽内有效空间中绝缘所占的比例增大，势必将铜线所占的面积减少，转子线圈的电流密度增加，导致损耗和发热相应加大。所以，转子线圈每一匝铜线的截面和匝数应予以恰当选择，使转子电流和转子电压都有一个较为合适的范围。

转子线圈按形状一般有整组式、两半式和拼接式等。整组式线圈是每一槽内为一连续绕制的完整线圈，多适用于中小型发电机，其转子线圈的铜线截面较小，方便于线圈的制造和下线，制造成本较低；两半式线圈是将每一圈铜线沿轴向分为两个П字形的线匝，线圈下线时分别将其在转子的两端对接，逐渐连接成一个完整的线圈；拼接式线圈是将每一圈铜线分为若干段线段拼接组成，拼接式线圈

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的端部弯角又可分为圆角和直角两种，直角的拼接式线圈制造较圆角的拼接式线圈简单，但直角的拼接式线圈的端部用铜量略多，电阻略有增加。有些小型发电机的转子拼接式线圈，在工作台上先完成整组线圈的拼接，然后再下线，可以缩短下线的周期。多数转子的拼接式线圈先在工作台上完成部分拼接，然后再下线，并完成整组线圈的拼接。 (1) 小容量空冷发电机

转子绕组采用空气间接冷却。因发电机容量小，转子线圈的铜线为扁平形，截面较小、每一槽内是一个整组式线圈。 (2) 55～150MW空冷发电机

转子绕组采用槽底副槽、径向通风的空气直接冷却。转子线圈为拼接式，每一匝线圈由1或2层扁平形铜线组成，每一圈铜线由4段，即2段直线部分和2段端部焊接组成。

在槽内直线部分，铜线每隔一定距离冲有腰圆形孔，作为径向通风孔。腰圆形孔的宽度很小，为便于冲孔模具的制造和使用寿命，一般要求铜线的厚度不大于6.5mm。采用拼圈焊接的转子线圈，制造和下线周期较长，但下线后转子线圈的端部更为整齐，这对于转子线圈端部的固定和延长转子线圈的绝缘寿命都更为有利。

(3) 双水内冷发电机

转子绕组采用水直接冷却，每一槽内布置成单排或内、外两排的双排同心式整组线圈，采用正方形或矩形空心铜线连续绕制而成，空心铜线中间的方或圆孔供冷却水流过，带走转子铜线所产生的热量。

转子高速旋转时，由于离心力的作用，空心铜线中流过的冷却水将对铜线壁产生很高的压力，为了保证水内冷转子线圈在绕制和运行中无塑性变形，不产生任何类型的渗、漏水现象，空心铜线应有足够的壁厚，并应经过恰当的加工制造，保证其良好的内在质量，并具有良好的物理性能。

一般来说，中小型发电机采用水内冷，多是为了加大发电机的负荷参数，提高材料的利用率，因此，转子空心铜线截面的选择应保证其能通过足够的冷却水，以带走转子铜线所产生的热量，同时应有尽可能大的铜线截面，以降低转子绕组电阻，减小转子绕组铜耗，提高发电机组的效率。冷却水在转子铜线内流过后，由于吸收热量而温度升高，应不能产生汽化现象，以阻碍冷却水的正常通过。一般冷却水通过转子线圈后的最高温度不应高于85~90℃。

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(4) 全氢冷发电机

转子绕组采用轴向—径向氢气直接冷却。转子线圈为拼接式，一匝线圈由2根凹型铜排相合而成，并构成中间轴向冷却氢气的通道。每一圈铜线由8段，即2段直线部分、2段端部圆弧和4段圆角焊接组成。

在槽内直线部分的凹槽处，铜线每隔一定距离冲有双排腰圆形孔，构成径向通风道。由2部分凹槽所合成的通风孔截面积应占有一定的比例，使其即能通过所必须的冷却氢气，又有尽可能大的铜线截面，以降低转子绕组电阻。 (5) 水氢冷发电机

转子绕组采用槽底副槽、径向通风的氢气直接冷却，或采用气隙取气、斜流式通风氢气直接冷却。两种冷却方式的转子绕组端部均采用2根凹型铜排相合而成，构成端部绕组的氢气冷却风道。

转子绕组的每一匝线圈由2层铜线组成，每一圈铜线由2段直线部分和若干段端部焊接组成。 1.2 转子绕组铜线

转子线圈在高速旋转中工作，且有电流通过，转子铜线的各部分都受到离心力和冷热变化而引起的各种挤压、拉伸和弯曲应力，特别是转子铜线出槽口部分，尤其以最靠近槽楔的一根铜线为甚。在发电机起、停机时受护环变形的影响，转子铜线将产生较大的弯曲应力，甚至产生疲劳破坏。

随转子绕组电流变化所产生的热应力和转子绕组各部分所承受的机械应力共同作用，转子铜线因所产生的塑性变形将随时间的增长而产生蠕变，从而可能导致转子绕组产生匝间短路，通风道堵塞，甚至转子绕组接地等故障。一般来说，转子绕组的蠕变随转子绕组运行温度的升高而趋于严重。

为了保证发电机组的安全运行，转子绕组必须进行可靠、有效地固定和支撑，尽可能减小转子线圈之间的相对移动，如对转子线圈端部的周向和轴向进行固定，并采用增加滑移层的措施等。同时还应选用性能优良的铜线材料。 早期的小容量空冷发电机，转子线圈的铜线采用电解韧铜制造（相当于现在标准的二号铜），其含铜量≥99.90%。小容量氢冷发电机，转子线圈的铜线采用含银的电解韧铜制造。因为这时的发电机容量小，转子线圈所承受的机械应力相对较小，另外，也与当时的有色金属冶炼水平有关。从上世纪30年代起，美国开始生产无氧铜，日本在60年代建立了大规模生产无氧铜的技术体制。无氧铜有如下优点：(1) 高导电性能和优良的传热性能；(2) 优良的弯曲、扭曲性能和

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冲击性能；(3) 优良的可拉延性和加工性能；(4) 在还原气氛下，抗脆变性；(5) 较高的软化温度；(6) 良好的焊接性能等。对于汽轮发电机定、转子线圈用的铜线，现在，国内外各主要的发电机制造厂，均采用高含铜量的无氧铜或无氧银铜制造，其含铜（包括银）量达99.95%～99.99%，含氧量≤10ppm～30ppm，无氧铜的导电率≥100%IACS。在纯铜中加入适当的银（0.10%～0.20%），虽然稍微增大了材料的电阻率（约0.5%～1.0%），但增加了材料的抗蠕变性能，并提高了材料的抗张强度和抗疲劳性能，改善了转子绕组的使用寿命。 2. 阻尼系统

当发电机承受不对称三相负载或谐波负载时，在转子表面产生2倍频率的感应电流，当发电机承受三相不对称突然短路等事故时，情况更为严重，在非常短的时间内转子表面的电流将达到很高的数值。该电流将在转子表面的护环与转子本体搭接部分、护环与转子槽楔搭接部分、转子槽楔与转子本体接触部分、以及转子本体磁极中心大齿月亮槽尖角部分等处产生金属电腐蚀或产生高温而灼伤金属，导致转子结构材料的破坏，进一步引起发电机事故。转子结构材料（金属）的允许最高温度见表1。

表1 转子结构材料（金属）的允许最高温度

材 料 转子钢 护环钢 铝青铜 紫铜 硬铝 国家标准GB/T7064－1996《透平型同步电机技术要求》第3.11不平衡负载规定“电机应能承受一定的稳态和瞬态负序电流。当三相负载不对称，且每相电流均不超过额定定子电流（IN），其负序电流分量（I2）与额定电流IN之比（I2/IN）符合表2规定时，应能连续运行。当发生不对称故障时，故障运行的（I2/IN）2和时间t秒的乘积也应符合表2规定”，详见表2。

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结构件 大小齿 护环 槽楔 阻尼条 阻尼环 槽楔 允许最高温度（℃） 长期值 短时值 450 400 130 250 220 300 100 200 表2 不平衡负载运行限值 项号 1 2 3 4 5 6 电机型式 间接冷却的转子 空冷 氢冷 直接冷却的转子 ≤350MVA ＞350～900MVA ＞900～1250MVA ＞1250～1600MVA 0.08 0.08－(SN－350)/(3×104) 同上 0.05 0.1 0.1 8 8－0.00545(SN－350) 5 5 连续运行时I2/IN最大值 15 10 故障运行时（I2/IN）2t最大值 注：SN为额定容量（MVA）

为了满足对于气轮发电机承受不对称负载的要求，大多数汽轮发电机转子的表面都设有各种不同结构的阻尼系统。阻尼系统一般采用低电阻的材料，在转子表面组成低电阻的阻尼回路。当发电机承受不对称负载时，在转子表面产生反抗负序磁场的感应电流，由于阻尼回路的电阻小，感应电流将主要在阻尼回路中通过，转子表面的发热情况大为改善。

阻尼系统一般分为全阻尼系统和半阻尼系统两种。全阻尼系统包括设置在槽楔下的阻尼条和护环下的阻尼环组成，阻尼条和阻尼环均采用低电阻的铜材制成。阻尼环有环形的，与伸出槽口的阻尼条搭接；有梳齿状的，齿伸入槽内与阻尼条搭接；也有阻尼条与一段阻尼环作成一体成Τ形或Г形的，伸出槽口的部分再相互搭接成一个整体环等多种形式。半阻尼系统一般只在转子槽内设置阻尼条，两端藉与护环的可靠搭接构成阻尼电流回路。

全阻尼系统中，不论何种阻尼环形式，槽内的阻尼条必然要伸出槽口，一般，阻尼条在槽内紧贴在槽楔下面，出槽口后即紧贴在护环下面，当发电机起、停机时，此处的阻尼条受护环变形的影响甚于转子铜线，更易于使阻尼条产生弯曲疲劳而断裂，这种阻尼条在出槽口断裂的情况屡见不鲜。相比而言，半阻尼系统的阻尼效果稍次于全阻尼系统，但半阻尼系统运行使用却较为安全可靠。 目前，发电机采用的半阻尼系统主要有：

(1) 转子槽楔下设置阻尼铜排，转子本体两端采用铜合金槽楔与护环搭接，构成半阻尼系统；

(2) 在转子本体中间和两端采用铜合金槽楔，其余部分在槽楔下设置阻尼铜排，

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铜合金槽楔与阻尼铜排相互搭接，端部藉铜合金槽楔与护环搭接，构成半阻尼系统；

(3) 转子槽楔全部采用铜合金材料制成，两端与护环搭接，构成半阻尼系统； (4) 转子本体中间部分采用铝合金槽楔，转子本体两端采用铜合金槽楔与护环搭接，构成半阻尼系统。

(5) 在采用上述半阻尼系统的同时，再在转子大齿上增设阻尼槽，阻尼槽内采用铜合金槽楔或在铝槽楔下设阻尼铜排，进一步增加发电机承受不对称负载的能力。

3. 转子绕组磁极连接线和集电环装置

励磁装置所产生的直流电流通过电刷－集电环－磁极连接线输入转子绕组（有刷励磁），或通过磁极连接线直接输入转子绕组（无刷励磁）。 3.1 磁极连接线

小型有刷励磁发电机的转子直径比较小，磁极连接线和集电环一般都置于转子励端轴承的内侧（即在轴承座与转子本体励端大平面之间），磁极连接线布置在转子轴柄处的轴向引线槽内，上面用引线槽楔固定，较为简单。

大中型发电机的转子励磁电流较大，为了改善电刷与集电环的工作，要求尽可能减小集电环的直径，以减小电刷与集电环工作时所产生的摩擦损耗和发热。由于励端轴承座外侧转轴不传递发电机工作时的扭矩，其直径可以适当减小，一般都将集电环布置在励端轴承座外侧，这样的布置又可缩短两轴承挡之间的距离，有利于轴系的稳定。为了防止轴承润滑油渗透至磁极连接线，损坏绝缘，转轴轴承档的表面不宜直接开槽放置磁极连接线。因此，在磁极连接线通过轴承档时，采用了磁极连接线通过转轴偏心孔或中心孔的结构。水内冷转子在中心孔内布置有转子线圈冷却水的总进水管，为防止冷却水可能渗透而损坏磁极引线的绝缘，一般采用偏心孔引线结构。空冷和氢冷转子一般采用中心孔引线结构。中心孔引线结构包括中心孔内的轴向引线和内、外径向螺杆，内径向螺杆与转子线圈连接，外径向螺杆与集电环连接（有刷励磁）或与无刷励磁机的引线连接（无刷励磁）。

磁极连接线外面均包扎有较厚的绝缘层，再放置于引线槽、中心孔或偏心孔内，磁极连接线的热量只能通过绝缘层传递到转轴，再从转轴表面散发，因此在选择连接线时，必须考虑这部分的散热问题。空内冷或氢内冷转子，在引线槽内的磁极连接线，一般均可采用中空形的铜线，使冷却风流可以从冷却孔中通过，

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达到散热冷却的目的。中心孔内的轴向引线，由于铜线截面较大，电流密度较低，一般也可不采取特殊的冷却方法，但轴向引线的热膨胀将使其与径向螺杆连接处产生变形和附加应力，应予以关注。偏心孔引线结构中，由于偏心孔须通过转子轴承档，其开孔的直径尺寸受到限制，一般在偏心孔内也较难采取特殊的冷却方法，当转子电流较大时，在偏心孔内的磁极引连接线散热较差，可能引起偏心孔内磁极连接线的过热，应加以注意。

随着转子旋转引起的转轴周期性绕曲，和起停机时转子线圈随着护环的外涨和收缩，在磁极连接线与转子线圈连接的部分，或内径向导电螺杆与转子线圈连接的部分，根据转子直径的大小和其受力的情况，必须应有一段能够自由伸缩变形的过渡部分，即弹性连接的结构，吸收变形，减少应力，以增加疲劳寿命，确保发电机的安全运行。 3.2 磁极连接线与集电环的连接

偏心孔引线结构中，磁极连接线与集电环的连接多采用在集电环上开轴向腰形孔，用斜楔结构将连接线与集电环紧密固定配合。为了改善连接线与集电环的接触，一般在磁极连接线的配合表面采取镀银的处理，稳定其接触电阻。 中心孔引线结构的外径向导电螺杆与集电环之间通过一段短连接线连接，或直接连接。 3.3 集电环装置

通过电刷与集电环的磨擦接触，励磁系统产生的静止直流电流输入到旋转中的发电机转子绕组。集电环装置主要包括集电环、刷架、刷握、电刷、集电环风扇和通风系统等。

小容量发电机中，转子直径小，转子绕组的励磁电流小，电刷和集电环部分的损耗较小，集电环装置依靠自身的通风作用，即可保证发电机的正常运行，因此集电环装置较为简单。

大、中容量发电机中，转子绕组励磁电流增大，电刷数量相应增加，在集电环与电刷磨擦接触时，既有电流通过时产生的电损耗，又有集电环与电刷磨擦接触产生的机械损耗，集电环装置的损耗随着励磁电流的增大而增加，集电环和电刷的温度将急剧升高，导致集电环和电刷的工作状况变得困难。一般在两个集电环之间，设置有小型离心式风扇，冷却集电环装置。同时，电刷与集电环的磨擦接触又是发电机组最大的噪音源之一，因此大、中容量发电机组的集电环除了要考虑自身的冷却散热外，一般还配制附有通风系统的隔音罩。有时，为了整台机

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组的外型美观整洁，在励磁机和集电环装置外面，再用一个大罩罩住。 集电环由优质合金钢整体锻造而成，经热处理，热套在转轴上。集电环在高速旋转下工作，不但要有较高的抗张强度良好的耐磨性，还必须要有良好的韧性，保证发电机组的安全运行。集电环表面开有等距的矩形螺纹槽，使电刷与集电环的接触面轮流传导电流，并得到冷却的机会，减少局部过热；同时，又减弱了高速旋转的集电环与静止的电刷接触面之间的气垫作用，降低接触电阻，减小电气损耗。

发电机运行时，电刷与集电环的摩擦产生大量的碳粉，同时集电环装置还受到油渍、沙尘、水蒸气等污染，这些污染物的积累不仅影响集电环装置的对地绝缘，也损坏集电环表面的氧化膜，恶化集电环的正常工作，甚至可能会造成严重的事故。电刷在使用中不断磨损，当电刷磨损到一定高度时，还必须在发电机运行中调换新的电刷。因此集电环装置的结构必须要方便在运行中不停机地更换电刷，以及方便在停机时对整个集电环装置的清理，保证装置始终处于良好的工作状态。对于加装集电环罩的结构，还必须能不断将装置所产生的碳粉排出，以免碳粉在装置内积聚，影响集电环装置的正常使用。 4. 转子绕组的绝缘

转子绕组的绝缘包括转子绕组槽内部分的绝缘和转子绕组端部的绝缘。 4.1 转子绕组槽内部分的绝缘主要有槽绝缘、匝间绝缘和槽底垫条、楔下垫条等。 4.1.1 槽绝缘

早期的转子槽绝缘都采用塑性虫胶云母板经热压制成。这种绝缘的耐温等级较低，机械性能较差，且发电机经长期运行后，由于虫胶黏结剂的老化，云母片之间发生松脱，承受过电压的能力将大大降低。

随着绝缘材料的不断改进，现在槽绝缘多采用环氧玻璃粉云母板，或采用多胶环氧玻璃坯布加环氧聚芳纤维纸、聚酰亚胺薄膜增强，经热压制成。新的槽绝缘不仅满足了F级材料等级的要求，且机械性能好、使用寿命长，保证了转子绕组长期安全运行的可靠性。

为了保证转子绕组经槽绝缘两端出槽口处有足够的对地爬电距离，一般按转子励磁电压的高低，槽绝缘的长度每端应伸出转子本体长约15~25mm。为了保证槽绝缘有足够的电气强度和机械强度，同时也要考虑到对于空冷和氢冷转子绕组通过槽绝缘两边散热的条件，按转子电压的高低和转子长度的大小，槽绝缘的厚度一般为1~1.3mm。

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在大容量的空冷和氢冷转子中，由于转子线圈的温度变化较大，转子本体也较长，一般在转子槽绝缘的最内层衬有聚四氟乙烯滑移层，当发电机运行以及负荷变化时，转子线圈可以自由伸缩，使转子线圈不易产生永久变形，或匝间短路等现象。这对于频繁启动或担任调峰机组使用的发电机来说更为重要。 4.1.2 匝间绝缘

小容量空冷发电机的转子绕组一般匝数较多，为了缩短转子线圈下线的制造周期，配合整组式转子线圈，一般可采用隔匝半叠包云母带的匝间绝缘，经实践运行证明，这种方法对于小容量空冷发电机是安全可靠的。

当发电机容量增大，转子槽内的铜线匝数减少时，多采用铜线之间垫玻璃布板的匝间绝缘结构。与半叠包云母带相比，这二种结构中的匝间绝缘在槽内所占的总面积相当，但玻璃布板匝间绝缘结构中，铜线侧面与槽绝缘之间的距离减小，对于依靠铜线要通过侧面间隙、槽绝缘、铁心的散热有所改善，可降低转子绕组温升或增加转子容量有好处。

大容量空内冷和氢内冷转子绕组每槽内的匝数较少，一般都采用垫匝间绝缘的结构，由于转子线圈槽内有径向通风孔，匝间绝缘垫条要与铜线上的通风孔相配，也开有通风孔。匝间垫条的一面，应与铜线黏结，使匝间垫条不会轴向串动而挡着铜线的径向通风孔，匝间垫条的另一面应光滑，以减少与相邻铜线相对位移时的磨擦系数，有利于减小铜线的变形。 4.1.3 楔下垫条和槽底垫条

在转子槽楔与转子线圈之间设有楔下垫条，为了保证转子绕组经槽口有足够的对地爬电距离，按转子电压的高低，楔下垫条的厚度约8~14mm。应该注意，对于水冷转子线圈，由于全部铜线采用半叠包匝间绝缘，对地爬电距离更为可靠，大容量的空内冷和氢内冷转子，由于楔下垫条需开径向通风孔，必须应留有足够厚度，万一在转子槽内铜线和匝间垫条的总高度在转子线圈烘压后较高时，还能保持有足够的对地爬电距离。楔下垫条采用环氧玻璃布层压板制作，大容量空冷和氢冷转子的楔下垫条，在其与转子铜线接触一面，衬有聚四氟乙烯滑移层。 一般的转子槽内，可以不采用槽底垫条，这样可在槽内尽量多放置铜线，减少转子铜耗，但当转子绕组采用槽底副槽、径向通风时，由于在槽绝缘底部开孔，大大减小了转子绕组的对地爬电距离，因此，必须增加槽底垫条。楔下垫条采用环氧玻璃布层压板制作，槽底垫条的厚度应使铜线通过槽底垫条的对地爬电距离不小于铜线通过楔下垫条的对地爬电距离。

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4.2转子绕组端部的绝缘主要是护环下绝缘、匝间绝缘、转子线圈端部出槽口部分和圆弧部分的间隔垫块。

4.2.1 护环下绝缘是转子绕组端部的对地绝缘。护环下绝缘在转子制造和运行中，要承受各种考验，如热套护环或拆卸护环时，因护环的加热，护环下绝缘要承受高达200℃以上的高温；在发电机运行时，护环下绝缘要承受转子端部线圈和间隔垫块的离心力作用，并跟着护环的变形而直径涨大；同时由于转子线圈端部直径涨大，转子铜线在转子升速时的伸长，以及随发电机负荷变化而产生的铜线伸、缩等，铜线与护环下绝缘都会产生轴向和轴向的相对位移，因此护环下绝缘要耐温且机械强度高。

护环下绝缘因各电机制造厂的设计和工艺习惯，各有不同的结构形式，如圆筒式、瓦块式、绝缘板卷包式等。总的来说，各种结构形式都能达到满意的使用效果。对于护环下绝缘结构形式的选用，除了要求使用安全可靠外，还要考虑装配护环下绝缘和护环时的工艺简单，拆卸护环或调换护环下绝缘的方便可行。 大容量空冷或氢冷转子，在与转子端部线圈接触的护环下绝缘内层，一般都设置有聚四氟乙稀滑移层，以减小在发电机运行中，转子端部线圈发生各种类型的位移时与护环下绝缘之间产生的摩擦阻力，以达到尽可能减小转子线圈产生永久变形的目的。 4.2.2 匝间绝缘

转子线圈端部铜线的匝间绝缘一般都与槽内部分相同。 4.2.3 转子线圈端部间隔垫块

转子线圈端部间隔垫块的作用是在轴向和周向牢固地支撑转子端部线圈，防止转子端部线圈在发电机运行时由于种种原因产生变形，从而导致线圈匝间短路，温度升高，甚至将线圈烧毁等严重的事故。

在空冷和氢冷的转子的端部线圈中，根据转子端部线圈的通风要求，端部垫块加工成一定的形状，分别构成转子端部线圈的冷却风区和冷却风路。 在水冷的转子的端部线圈中，由于有引水的弯管，端部垫块要根据引水弯管的布置，加工成一定的形状，起到固定引水弯管的作用。

端部垫块一般采用环氧玻璃布板制成。端部垫块在转子旋转时，与转子线圈一样，对护环产生很大的离心力，因此，在达到固定转子端部线圈的同时，应该尽可能减小其总重量，以降低护环所承受的应力。

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5. 转子绕组的冷却

汽轮发电机转子绕组的冷却方式包括间接冷却和直接冷却，冷却介质主要有空气、氢气和水。

小容量发电机多采用空气间接冷却，这种冷却方式的转子绕组结构最简单，一般采用空气间接冷却的转子，其发电机容量多在50MW以下。随着容量的增大，为了简化冷却系统，多采用空气直接冷却，随着发电机计算、材料、制造等技术的不断发展，采用空气直接冷却转子的发电机容量已达300MVA。

由于氢气的密度小、相对比热较大，因此大容量的发电机转子绕组多采用氢气冷却，以加强发电机的冷却能力，增大发电机的容量，并可减小发电机的通风和机械摩擦损耗，提高发电机的效率。在氢气简接冷却的转子绕组散热途径中，由于氢气不能显著减小绝缘和铁心本身的温降，发电机容量提高并不很多，因此大容量的氢冷发电机转子几乎全部采用直接冷却。现在世界上已投运的二极转子氢气直接冷却的发电机单机容量已达1200MW。

转子绕组采用水直接冷却可显著增加发电机的电磁负荷，提高发电机的材料利用率，对于小型发电机锻件，转子绕组水内冷可提高发电机的容量，而对于提高发电机极限容量受到可能制造的最大发电机锻件的限制而言，转子绕组水内冷是一个技术上的突破。

5.1 空气或氢气间接冷却的转子绕组。

5.1.1 转子绕组槽内部分铜线产生的热量散发主要：(1) 通过绕组两侧的槽绝缘传递到转子齿部，再径向通过铁心，从铁心表面散发到定、转子之间的空气中；(2) 通过楔下绝缘，槽楔，从槽楔表面散发到定、转子之间的空间。为了增加转子铁心对空气的散热面积，一般在转子极中心的大齿上开有轴向通风槽，通风槽的槽宽一般与线槽相同，以利用转子槽铣刀，通风槽的槽深一般较线槽浅，以减小铁心下半齿部的磁通密度饱和程度；也有在转子本体表面开有周向的小槽，增加转子本体表面的散热面积。

5.1.2 转子绕组端部铜线的冷却，一般是在护环上钻通风孔，冷却空气从端部线圈底部进入，主要利用端部线圈自身离心抽风压头，冷却空气先冷却线圈的底面，再径向冷却线圈的侧面，从护环上的通风孔 ，转子本体大齿上的轴向通风槽或本体两端大齿上的月亮形通风槽流入定、转子之间的空间；同时，有一部分端部铜线产生的热量经端部铜线的径向传导，经护环绝缘传递至护环，由护环表面散发至空气中。

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由于护环是发电机中受力最严重的部件，当有些发电机的护环不允许钻通风孔时，就要采取措施，除了转子本体大齿上的轴向通风槽或本体两端大齿上的月亮形通风槽以外，如在转子本体两端每一个小齿上开通风小槽或通风孔，让空气可以冷却到每一号线圈，再从护环下流至定、转子之间的空间，达到冷却端部铜线的目的。

5.2 空气或氢气直接冷却的转子绕组。

空气直接冷却的转子绕组，其槽内部分一般采用轴向—径向冷却或槽底副槽径向冷却的方式。氢气直接冷却的转子绕组，其槽内部分一般采用轴向—径向冷却、槽底副槽径向冷却或气隙取气斜流式通风冷却的方式。空气或氢气直接冷却转子绕组的端部，由于转子直径较大较大，护环都不允许钻通风孔，一般多采用空心铜线内冷或在转子本体两端的每一个大齿和小齿上开通风槽或通风孔，当小齿上也不允许开通风槽或通风孔时，则必须设置附加的通风途径，以保证端部线圈的充分冷却。

5.3 水直接冷却的转子绕组。

水直接冷却的转子绕组，采用正方形或矩形空心铜线，空心铜线中间的方孔或圆孔供冷却水流过，带走转子铜线所产生的热量。将静止的冷却水引入转子，再将冷却转子绕组后的水排出，需要有一套完整的水路。为了利用转子进、出水位差所产生的离心水泵作用，而获取录冷却转子绕组所需的水量，采用转子中心孔进水，出水箱出水的水路系统，此进出水的系统结构简单。水路系统按进、出水的程序主要包括：转子总进水管、进水箱、绝缘引水管、引水弯管、转子线圈、引水弯管、绝缘引水管和出水箱，另外还有静止的进水支座和出水支座。

水直接冷却的转子绕组既通电又通水，整台转子绕组是串联的，而水路是多支路并联的，以满足冷却水量、冷却水流速等的要求。

一般，将每一槽内的同一排线圈构成一条水支路，这种布置对一般中小容量发电机而言，水量已能满足冷却的要求，且这种水路布置也较简单。大容量发电机的转子绕组，为了满足冷却要求，每一排线圈可能要增加到2条并联水支路，这就需要在每排线圈的中间匝抽出引水管，这种结构较为复杂。

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