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汽轮发电机的极对数为1，当n＝3000r/min，f＝50Hz。
所谓同步电机即指电机的转速为同步转速（恒定值），而异步电机即指电机的转速不同于同步转速（非恒定值）。
二、同步发电机的结构
汽轮发电机主要由定子、转子和其它辅助系统组成。
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。
目前大型发电机的冷却介质主要有氢气、水和油。
我厂的600MW汽轮发电机组采用水－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。
定子
发电机的定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等部分组成。
1．机座与端盖
机座的作用主要是支持和固定定子铁芯和定子绕组。
此外，由于我厂的发电机采用氢气冷却，机座还要能防止氢气泄漏和承受住氢气的爆炸力。
为减少氢冷发电机的通风阻力和缩短风道，用于冷却氢气冷却器安放在机座内的矩形框内。
冷却器为四组，立放在发电机两端的两侧。
端盖是发电机密封的一个组成部分。
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。
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——定子弹性支撑
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。
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。
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，在压圈上装有全铜屏蔽；
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.发电机在低励条件下运行时,定子绕组会产生更多的漏磁通,使铁芯端部过热更为严重。
为此，减少端部漏磁通是发电机设计时必须重点加以关注的。
4．定子绕组
定子绕组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。
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。
定子线棒在槽内有良好的固定：
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，整个端部在径向和周向上为刚性固定；
但在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地应力，提高了机组运行的可靠性。
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，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。
转子
1．转子本体
发电机转子是由一根整体合金钢锻件加工而成,在转子本体上径向地开有许多纵向槽用于安装转子绕组,为减少由于不平衡负荷产生的负序电流在转子上引起的发热，提高发电机承受不平衡负荷（负序电流和异步运行）的能力，采用了半阻尼绕组，在转子本体两端（护环下）设有阻尼绕组。
2．转子绕组及集电环
转子绕组由高强度含银铜线制成，具有较高的抗蠕变能力，从而提高了发电机承担调峰负荷的能力。
为防止由于离心力的作用，对转子绕组端部产生破坏，采用了高强度、非磁性合金钢锻件加工而成的护环，热套在转子本体两端。
转子电流通过电刷通入热套在转子外伸端的集电环，再通过与集电环相联接的径向和轴向导电螺杆传到转子绕组。
3．碳刷
为了能在发电机运行时安全、迅速地更换电刷，采用了盒式刷握结构。
每次可换一组（4个）电刷。
通入转子励磁电流的电刷是由天然石磨材料粘结制成。
碳刷具有低的摩擦系数和自润滑作用。
每个碳刷带有两柔性的铜引线。
发电机的通风系统
发电机以氢气作为主要冷却介质，完全密闭循环通风方式运行，定子绕组采用单独的水冷却系统，而氢气冷却系统，包括风扇盒氢气冷却器完整地置于发电机内部。
发电机的冷却系统采用水－氢－氢的冷却方式，即发电机定子绕组及引线采用水内冷，转子绕组采用氢内冷，转子本体及定子铁芯采用氢冷。
发电机通风系统采用径向多流式密闭循环通风。
1．定子的通风系统
发电机定子铁芯沿轴向分为13个风区，6个进风区和7个出风区相间布置。
装在转子上的两个轴流风扇（汽、励侧各一）将风分别鼓入气隙和铁芯背部，进入背部的气流沿铁芯径向风道冷却进风区铁芯后进入气隙；
少部分风进入转子槽内风道，冷却转子绕组；
其它大部分再折回铁芯，冷却出风区的铁芯，最后从机座风道进入冷却器；
被冷却器冷却后的氢气进入风扇前再循环。
这种交替进出的径向多流通风保证了发电机铁芯和绕组的均匀冷却，减少了结构件热应力和局部过热。
2．转子的通风系统
转子通风冷却方式分为下种两种情况：
1）转子本体段的导体冷却采用的是“气隙取气”系统共分成13个风区（6进7出）。
2）对于转子两端绕组，斜流气隙取气系统所冷却不到的部分，冷却气体由风扇压迫进入护环下的轴向风道（第7个进风区），然后从本体端部由径向风道进入气隙。
第三部分发电机辅助系统
一、氢气冷却系统
氢气的特性：
（见电气运行初级P38）
氢冷系统的功能是用于冷却发电机的定子铁芯和转子，并采用二氧化碳作为置换介质。
发电机氢冷系统采用闭式氢气循环系统，热氢通过发电机的氢气冷却器由冷却水冷却。
运行经验表明，发电机通风损耗的大小取决于冷却介质的质量，质量越轻，损耗越小，氢气在气体中密度最小，有利于降低损耗；
另外氢气的传热系数是空气的5倍，换热能力好；
氢气的绝缘性能好，控制技术相对较为成熟。
但是最大的缺点是一旦于空气混合后在一定比例内具有强烈的爆炸特性，所以发电机外壳都设计成防爆型，气体置换采用CO2。
本氢气控制系统设置专用管路、CO2控制排、置换控制阀和气体置换盘用以实现机内气体间接置换。
发电机内氢气不可避免地会混合在密封油中，并随着密封油回油被带出发电机，有时还可能出现其他泄漏点。
因此机内氢压总是呈下降趋势，氢压下降可能引起机内温度上升，故机内氢压必须保持在规定范围之内，本控制系统在氢气的控制排中设置有两套氢气减压器。
用以实现机内氢气压力的自动调节。
氢气中的含水量过高对发电机将造成多方面的影响，通常均在机外设置专用的氢气干燥器，它的进氢管路接至转子风扇的高压侧，它的回氢管路接至风扇的低压侧，从而使机内部分氢气不断的流进干燥器得到干燥。
发电机内氢气纯度必须维持在98％左右，氢气纯度低，一是影响冷却效果，二是增加通风损耗。
氢气纯度低于报警值90％是不能继续正常运行的，至少不能满负荷运行。
当发电机内氢气纯度低时，可通过本氢气控制系统进行排污补氢。
氢气的置换
进入和排出发电机机壳的氢气管道装在发电机的上部，二氧化碳进入和排出的管道装在发电机的下部。
氢气与空气的混合物当氢气含量在4-74.2%范围内，均为可爆性气体。
与氧接触时，极易形成具有爆炸浓度的氢、氧混合气体。
因此。
在向发电机内充入氢气时，应避免氢气与空气接触。
为此，必须经过中间介质进行置换。
中间介质一般为惰性气体CO2。
机组启动前，先向机内充入50-60kPa的压缩空气，并投入密封油系统。
然后利用CO2罐或CO2瓶提供的高压气体，从发电机机壳下部引入，驱赶发电机内的空气，当从机壳顶部原供氢管和气体不易流动的死区取样检验CO2的含量超过85％（均指容积比）后，停止充CO2。
期间保持气体压力不变。
开始充氢，氢气经供氢装置进入机壳内顶部的汇流管向下驱赶CO2。
当从底部原CO2母管和气体不易流动的死区取样检验，氢气纯度高于96％，氧含量低于２％时，停止排气，并升压到工作氢压。
升压速度不可太快，以免引起静电。
机组排氢时，先降低气体压力至80-50KPa，降压速度也不可太快，以免引起静电。
然后向机内引入CO2用以驱赶机内氢气。
当CO2含量超过85％时，方可引入压缩空气驱赶CO2，当气体混合物中空气含量达到95%，氢气含最低于１％时，才可终止向发电机内输送压缩空气。
系统运行中须检查监视的项目：
1）每天均应检查监视项目：
监视油水探测报警器内是否有油水，如发现则应及时排放；
氢气干燥装置是否正常运行；
氢气纯度、压力、温度指示是否正常。
2）每周检查项目：
氢气纯度检测装置的过滤干燥器中的干燥剂更换；
氢气系统管路中的排污阀门，尤其是氢气纯度检测装置和冷凝式氢气干燥装置管路中的排污阀门，每周均须做一次排污，以排除可能存在的液体。
3）每月检查项目：
排污（排放）阀门开启，排除油污和水分。
二、发电机密封油系统
由于我们的发电机定子铁芯及其转子部分采用氢气冷却，为了防止运行中氢气沿转子轴向外漏，引起火灾或爆炸，因此在发电机的两个轴端分别配置了密封瓦（环），并向转轴与端盖交接处的密封瓦循环供应高于氢压的密封油（如右图所示）。
本机组的密封油路只有一路（习惯上称之为单流环式），分别进入汽轮机侧和励磁机侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成了油膜起到了密封润滑作用。
然后分两路（氢侧、空气侧）回油。
发电机密封瓦（环）所需用的油（汽轮机轴承润滑油），人们习惯上按其用途称之为发电机密封油，而整个维持发电机密封油正常供应的所有设备的组合体就称为发电机密封油系统。
密封油系统主要作用：
1）防止氢气从发电机中漏出；
2）向密封瓦提供润滑以防止密封瓦磨损；
3）尽可能减少进入发电机的空气和水汽。
密封油系统组成：
主要由设置在发电机下方零米的集装式密封油控制装置和设置在发电机下部夹层的扩大槽、浮子油箱、空气抽出槽、排烟装置及其相关的供回油管路组成
运行方式
密封油系统具有四种运行方式，能保证各种工况下对机内氢气的密封
1）正常运行时，一台主密封油泵运行，油源来自主机润滑油。
循环方式如下：
2）当主密封油泵均故障或交流电源失去时，运行方式如下：
3）当交直流密封油泵均故障时，应紧急停机并排氢到0.05～0.02MPa，直至主机润滑油压能够对氢气进行密封。
4）当主机润滑油系统停运时,密封油系统可独立循环运行。
此时应注意保持密封油真空箱高真空，以利于充分回油。
三、定子冷却水系统
发电机的定子绕组采用水内冷方式，水冷的效果是氢冷的50倍。
水内冷绕组的导体既是导电回路又是通水回路，每个线棒分成若干组，每组内含有一根空心铜管和数根实心铜线，空心铜管内通过冷却水带走线棒产生的热量。
到线棒出槽以后的末端，空心铜管与实心铜线分开，空心铜管与其它空心铜管汇集成型后与专用水接头焊好由一根较粗的空心铜管与绝缘引水管连接到总的进（或出）汇流管。
冷却水由一端进入线棒，冷却后由另一端流出，循环工作不断地带走定子线棒产生的热量。
发电机定子冷却水的特殊要求：
1）冷却水应当透明、纯洁、无机械杂质和颗粒。
2）冷却水的导电度正常运行中应当小于0.5us/cm。
过大的导电度会引起较大的泄漏电流，从而使绝缘引水管老化，还会使定子相间发生闪络。
3）为防止热状态下造成冷却管内壁结垢，降低冷却效果，甚至堵塞。
应当控制水中的硬度，不大于10ug/L。
4）NH3浓度越低越好，以防腐蚀铜管。
5）PH值要求为中性规定在6-8之间。
6）为防止发电机内部结露，对应于氢气进口温度，定子水温也应当大于一定值。
一般规定在40-46℃。
为达到上述要求，一般采用凝结水或除盐水作为水源，并设有连续运行的树脂型离子交换器系统，以保证运行中的水质。
定子冷却水系统的组成：
定子水系统中，水泵、冷却器、滤水器各设2台，互为备用。
发电机内冷却水进水管装压力表、压力开关和流量表及流量测量装置，设置3只水流量极低开关。
发电机内设有漏水、漏油监测装置。
定子冷却水系统主要工作流程：
第四部分发电机的运行
一、额定参数下的运行与长期容许温度
汽轮发电机根据设计和制造所规定的条件长期连续工作，称为额定工况。
这一运行工况的电压、电流、出力、功率因数、冷却介质温度和氢压等，称为发电机的额定参数。
发电机额定参数如下：
额定容量667MVA
额定功率600MW
最大连续输出容量755MVA
（在额定氢压0.414MPa和冷却水温度33℃下，功率因数0.9）
额定功率因数0.9（滞后）
额定电压22kV
额定转速3000r/min
周波50Hz
相数3
极数2
定子线圈接法YY
额定氢压≤0.414MPa
漏氢（保证值）≤10Nm3/24h（在额定氢压下，折算为标准气压下）
效率（保证值）≥98.95%
发电机在长期连续运行时的允许出力，主要受机组的允许发热条件限制。
发电机带负荷运行时，其绕组和铁芯中都有能量损耗，引起各部分发热。
在一定冷却条件下运行时，发电机各部分的温升与损耗及其所产生的热量有关。
发电机负荷电流越大，损耗就越大，所产生的热量也越多，温升就越高。
汽轮发电机的额定容量，是在一定冷却介质的温度和氢压下，在定子绕组、转子绕组和定子铁芯的长期允许发热温度的范围内确定的。
发电机的绕组和铁芯的长期发热运行温度，与采用的绝缘等级有关。
我厂的600MW汽轮发电机采用F/F级绝缘。
发电机绝缘在运行过程中会逐渐老化。
对绝缘有重大影响的是其温度，温度越高、延续时间越长，老化就越快，使用期限就越短。
因此，发电机运行时必须遵照制造厂家的规定，各部位最高温度均不得超过其容许限值，以确保正常使用寿命。
二、运行参数不同于额定参数时发电机的运行（见电气运行初级工P229）
1．冷却条件变化时，对发电机出力的影响。
1）氢气条件的变化
当氢气温度、压力变化时，都会对出力有很大的影响。
当冷端氢温高于制造厂的规定值时，应减小发电机出力，减小的原则是：
使绕组和铁芯的温度不超过在额定方式运行时的最大监视温度。
当冷端氢温降低时，不允许提高出力，因为定子绕组是采用水内冷的。
当氢气压力低于额定值时，由于氢气的传热能力减弱，必须根据制造厂提供的容量曲线来降低发电机的允许负荷。
当氢气纯度变化时，由于氢气与空气混合时，若氢气含量降到5％～75％，便有爆炸的危险，所以在运行时，一般要求发电机运行时的氢气纯度保持在96％以上，低于此值应进行排污。
另外，由于氢气纯度与通风摩擦损耗之间有密切的关联，氢气纯度每降低1％，通风摩擦损耗约增加11％，因此要保证使运行时的氢气纯度不低于97％～98％，当氢气纯度降低到90％时，发出纯度低报警信号。
发电机内装有4台氢气冷却器，当一台冷却器退出运行时，发电机单位的最大连续运行的容量为额定容量的80％。
当有5％的冷却水管堵塞时，发电机可以在额定出力下连续运行。
2）定子冷却水的变化
当冷却水量在额定值的±
10％范围内变化时，对定子绕组的温度影响不大，故不必提高冷却水的流量。
但当冷却水量下降较多时，会导致绕组出口水温度增高，且会造成绕组温升不均匀。
冷却水温允许在额定值±
5℃的范围内变化，可保证发电机的出力不变。
另外，冷却水的电阻值不可过低，过低会导致水管内壁发生闪络；
且较高的电阻值，也可在发电机冷却水停止循环的时候维持更长的时间。
但水温也不可过低，以防止定子绕组和铁芯的温差过大，使两者之间的位移增大，或使汇水母管上出现结露现象。
2．频率不同于额定值时的运行
1）当运行频率比额定值偏高较多时，发电机的转速升高，转子上承受的离心力增大，可能使转子某些部件损坏。
同时，频率增高，转速增加，通风摩擦损耗也要增多，虽然此时的磁通可以小些，铁耗有所下降，但总的发电机效率是下降的。
2）当运行频率比额定值偏低时，发电机的转速下降，时两端风扇的送风量降低时发电机的冷却条件变坏，各部分的温升升高。
频率降低时，为维持额定电压不变，就得增加磁通，导致漏磁增加而产生局部过热。
频率降低，还有可能损坏汽轮机叶片，厂用电动机也可能由于频率得下降，而使厂用机械出力受到严重影响。
机组能安全连续地在48.5-50.5HZ频率范围内运行，当频率偏差大于上述频率值时，不得低于下述值：
频率（Hz）
允许时间
每次（sec）
累计（min）
51.0~51.5
>
30
50.5~51.0
180
48.5~50.5
连续运行
48.5~48
300
48.0~47.5
60
47.5~47
20
10
47.0~46.5
5
2
3.端电压不同于额定值时的运行
1）发电机运行电压的下限，根据稳定的要求，一般不应低于额定值的90％，因为电压过低，会降低发电机的稳定性，还会使发电厂厂用电动机的运行情况恶化、转矩降低，从而使机炉的正常运行受到影响。
2）发电机运行电压高于额定值，当升高到105％以上时，其出力必须降低，因为电压升高铁芯内的磁通密度增加，铁耗增加，引起铁芯的温度和定子、转子绕组温度增高。
还会对发电机的绝缘不利。
发电机在额定功率因数下，电压变化范围为±
5%，频率变化范围为±
2%时，能连续输出额定功率。
当发电机电压变化为±
5%，频率变化为-5%到+3%的范围运行时，其输出功率见下表：
工况偏差（％）
输出功率
定子线圈出水温升
定子铁芯温升
转子线圈平均温升
100UN，95fN
600MW
27.8K
27.0K（平均）
54.9K
95UN，95fN
30.7K
6.30K（平均）
50.3K
95UN，100fN
31.3K
26.2K（平均）
46.7K
95UN，103fN
31.7K
26.3K（平均）
43.9K
105UN，103fN
26.1K
27.1K（平均）
45.1K
105UN，100fN
25.8K
27.4K（平均）
49.2K
105UN，95fN
25.3K
28.4K（平均）
59.4K
额定工况计算值
28.3K
26.6K（平均）
47.4K
4．功率因数不同于额定值时的发电机运行
1）我厂的额定功率因数为0.9，当发电机的功率因数大于0.9时，如保持定子电流保持额定值，则有功输出增大，无功输出减少，此时转子的电流减小。
当我们进一步减小转子电流，则发电机进入进相运行，此时发电机输出有功，吸入无功。
当发电机进入进相运行时，发电机运行的稳定性大大降低，而且发电机的端部发热也将增加。
2）当发电机的功率因数小于0.9时，如保持定子电流保持额定值，则有功输出减小，无功输出增加，也就意味着发电机的出力降低。
而转子的电流也要增大，这会导致转子绕组发生过热现象。
第五部分同步发电机的并列
一、并列操作的原因
一台发电机组在未投入系统运行之前，它的电压并列点系统电压的状态量（幅值、频率、相角）往往不等，须对发电机组进行适当操作使之符合并列条件后才允许断路器合闸作并网运行。
同步发电机并列时应遵循如下的原则：
（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1～2倍的额定电流。
（2）发电机组并入电网，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。
现在的大型汽轮同步发电机的并列方法采用自动准同期装置进行准同期并列操作。
二、投入并列的条件
（1）发电机的频率和电网频率，
；
（2）发电机和电网的电压波形要相同；
（3）发电机和电网电压大小、相位要相同，即
（4）发电机和电网的相序要相同。
如果频率不同，则在
和
之间有相对运动，将产生数值一直在变化的环流，引起发电机内的功率振荡。
如波形不同，则将在发电机和电网内产生一高次谐波环流。
如两种电压在大小和相位上不一致，则在发电机和电网间将产生一个环流，在极性相反的情况下误投入合闸时，Ih的数值可以高达20～30IN，这可能对定子绕组端部造成极大的损伤。
三、基本工作原理
设并列断路器DL两侧电压分别为
DL主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，决定于合闸时的脉动电压
和滑差角频率ωS。
（1）脉动电压
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