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求水轮发电机的原理
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水轮发电机又称为水车发电机，是一种利用水轮机转动带动发电机转子转动而产生电力的一种发电装置。
水轮发电机的发电原理是透过水轮机内的动轮连结轴承到发电机的转子上，再利用水自高处向低处水轮机冲下的位能转换成动能来带动动轮与发电机轴承上的转子旋转，转子上的线圈在磁铁的两极间转动。当线圈转动时，转子上的线圈与定子上的磁铁发生磁场改变，以切线互相做功，因此产生感应电流，是运用“电磁感应”原理将动力所作的功利用切线方向的磁场转换成电能的电力生产装置。
水轮发电机组通常由水轮机、轴承、飞轮、调速机、空气冷却系统、发电机所组成，发电机所制造出的电力，会透过集电环搜集，经过主变压器的变压后，进入到开关厂，最后便进入到供电系统中的输电线路。
水力发电属再生能源利用，对环境冲击较小，发电效率高达90%以上，发电成本低，发电起动快，数分钟内可以完成发电，调节容易，单位输出电力之成本最低。除可提供廉价电力外，还有下列之优点：控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。
水轮发电机定子双层绕组有哪些接线形式连接方法是什么各有什么优缺点
铁芯、机座和三相绕组线圈是水轮发电机定子主要组成构件，定子也称为电枢，三相绕组线圈嵌装在铁芯的齿槽内，而铁芯则固定在机座上，如下图1所示。定子（电枢）机座一般呈圆形，小容量水轮发电机一般都是采用铸铁整圆机座，当然也有采用钢板焊接的箱形结构机座，因为容量较大的水轮发电机机座需要一定的强度和硬度，所以由钢板制成的壁、环、立筋及合缝板等零件焊接组装而成的机座主要是容量较大的水轮发电机机座。
图1 立轴水轮发电机定子结构
一、水轮发电机定子双层叠绕组的连接方法
水轮发电机定子线圈绕组根据每级每相槽数可以分为整数槽绕组和分数槽绕组，双层叠绕组绕法是任何两个相邻的线圈都是后一个叠在前一个线圈的上面，然后把属于同一相的相邻线圈直接串联起来，再通过一定的连接方法构成三相绕组；而双层波绕组的连接方法、步骤和叠绕组完全相同，用合成节距y来表示波绕组的连接规律，它说明每串联一个线圈时绕组沿绕制方向前进多少槽。现在，大中型水轮发电机定子线圈绕组一般都采用分数槽双层波绕组，因为分数槽双层波绕组能减少空载电势中的高次谐波,尤其是齿谐波，并且分数槽双层波绕组能使水轮发电机的电磁负荷选择的比较合理，从而使水轮发电机定子的电磁性能和经济性更好，但是分数槽双层波绕组的并联支路数的选择对水轮发电机非常重要。为了使水轮发电机定子电压能与电网电压保持一致，水轮发电机定子线圈的并联支路数的选择又受到很大的限制，工程中往往会采用定子线圈并联支路间不对称的绕组。在一定的水头下，水轮机发电机有一个最佳运行区域，但是往往那些满足水轮发电机对称条件的运行区域并不是水轮机发电机的最佳运行区域，而水轮发电机转速的选择则要着重瞿考虑定子线圈绕组支路的对称性。当水轮发电机的容量和定子电压一定时，定子线圈绕组并联支路数被限制在一个很小的范围内。此时，定子线圈绕组选择并联支路不对称的绕组可以使水轮发电机的转速调节范围增大，给整个水轮发电机组的设计带来了便利，同时也使得水轮发电机的设计更加合理化。
二、水轮发电机定子双层波绕组连接方法
当双层波绕组为整数槽时，双层波绕组整数槽的连接方法是把所有同一个磁极性下相同相的线圈按照一定的连接顺序串联起来组成一组线圈绕组，同理再把所有另一个磁极性下的相同相的线圈按照一定连接顺序串联起来组成一组线圈绕组，最后再把这两组线圈绕组根据需要通过串联或并联连接起来就构成了一相绕组，这种绕组中每相的绕组数就只有两组，并联支路数最多有两条，和极数无关，仅需要一根组间连线就能连接起来。当支路对称时，双层分数槽波绕组绕组的连接方法是有两种，第一是把一个单元电机内的双层分数槽波绕组槽号抽象化，把双层分数槽波绕组看成是一对磁极下的双层整数槽波绕组，然后对该对磁极下槽号的进行一定的虚拟调整，这样就可以把分数槽看成是整数槽然后用双层整数槽波绕组的方法对双层分数槽波绕组进行连接，只是单元电机内分数槽绕组的接线与一对磁极下的整数槽绕组的接线不同；第二种是利用合成节距y按照一定顺序把同一个磁极性下的线圈连接，再把另一个磁极性下的线圈按照一定顺序连接，最后再把这两组线圈绕组根据需要通过串联或并联连接起来就构成了一相绕组。互相连接的两个波绕组线圈的对应线圈边之间的距离称为合成节距y。为了把所有同一磁极性下的线圈依次连接起来，双层分数槽波绕组的合成节距应该接近于或者等于一对磁极距，即y≈2mq槽；如果用槽数表示，合成节距则就是一个整数。在双层分数槽波绕组中，由于每极每相槽数q是分数，所以2mq就不可能是整数。此时就将2mq加上或减去一个最小的小数，使2mq成为整数，这样得到合成节距y就是整数了；当支路布对称时，双层分数槽波绕组绕组的连接方法是把单个线圈作为该绕组中连接最小的单位来考虑波绕组支路的划分，然后把每个单元电机内所有同极性相组的波绕组按一定规律分成若干等份，然后再把每一等份下的线圈串联为一个子支路，最后把所有支路通过串联或并联连接起来就构成一相绕组。
分数槽双层波绕组接线
三、总结
根据水轮发电机定子槽内导体层数分为单层绕组和双层绕组。其中单层绕组又可以分为链式、交叉是和同心式；双层绕组分为波形绕组和叠绕组，双层波形绕组和叠绕组连接方法如上所述。下面就分数槽绕组和叠绕组的优缺点做如下阐述：
分数槽绕组优点：第一能有效的削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波电动势，尤其是能有效地削弱齿谐波电动势的幅值，从而改善了定子电动势的波形，使定子电动势波形趋近于正弦波；第二减小了由于气隙磁导变化所引起的每极磁通的脉振幅值和磁极表面的脉振损耗。
分数槽绕组缺点：分数槽绕组的磁动势存在大量的奇偶次谐波，在某些情况下奇偶次谐波产生的磁场和主极磁场相互作用可能产生一些干扰力，当这些干扰力的频率和定子机座固有振动频率重合时会引起共振，导致定子铁芯振动带来很多的隐患危害定子铁芯。
叠绕组优点：第一可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组能有效改善电动势和磁动势的波形，使电动势和磁动势的波形接近正弦波；叠绕组所有线圈都具有相同的尺寸，给设计制造节省时间，便于制造，第二可以得到很多的并联支路数；第三可以采用短距线圈来节省端部用铜来减少经济费用；第四叠绕组线圈端部形状排列整齐有利于散热和增强机械强度。
叠绕组缺点：嵌线较困难，特别是一台电机的最后几个线圈；线圈组间连接较多时，级数较多时耗铜量比较大。
发电机定子线圈一般是星形接线，中性点不接地，因为大中型水轮发电机定子线圈绕组一般采用双层分数槽短距波绕组接线，这样的接线绕组能减少空载电势中的高次谐波和齿谐波从而改善电动势的波形使其接近正弦波，并且采用星形接线可以消除线电动势中的3及3的倍数次谐波。
