水輪發(fā)電機按布置方式不同分為立式與臥式。對于較小型水輪機，轉(zhuǎn)速較高，特別是沖擊式水輪機，多采用臥軸發(fā)電機。大型水輪機的轉(zhuǎn)速都比較低，為了能發(fā)出50Hz的交流電，水輪發(fā)電機采用多對磁極結(jié)構(gòu)，對于每分鐘120轉(zhuǎn)的水輪發(fā)電機，轉(zhuǎn)子為25對磁極。三峽電站某700MW水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為75r/min(每分鐘75轉(zhuǎn))，使用40對磁極（80極）。由于磁極很多，體積龐大，故采用立軸結(jié)構(gòu)。

推力軸承是承受軸向力的軸承，水輪發(fā)電機組包括發(fā)電機與水輪機，發(fā)電機與水輪機的軸是連接成一根軸（剛性連接）運轉(zhuǎn)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量與水輪機轉(zhuǎn)輪重量與水推力都必須由推力軸承承擔。

立軸結(jié)構(gòu)發(fā)電機按推力軸承位置不同，分為懸式與傘式。推力軸承位于轉(zhuǎn)子上方的水輪發(fā)電機稱為懸式水輪發(fā)電機，推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方的水輪發(fā)電機稱為傘式水輪發(fā)電機。圖1左側(cè)是懸式水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖，是轉(zhuǎn)子懸吊在機架上的意思。圖1右側(cè)是傘式水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖，是轉(zhuǎn)子像傘一樣撐在機架上的意思。

本課件用一個模型介紹傘式水輪發(fā)電機，由于過多磁極不易看清結(jié)構(gòu)，水輪機發(fā)電機模型只有12對磁極。模型只展示水輪發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)與組成，不含螺栓、墊板、壓環(huán)、楔版、鍵、加強筋等零件與輔件。

水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子采用凸極式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵芯由磁軛與磁極組成，磁軛是磁極磁力線的通路，發(fā)電機模型有南北相間的24個磁極。在磁軛外圓周開有T形槽，磁極通過T形榫頭固定在磁軛上，圖2是轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)圖，圖中左側(cè)是兩個未安裝的磁極。磁軛疊片分為幾層，層間有縫隙，稱為通風隙，用來通風冷卻。

磁軛安裝在轉(zhuǎn)子支架上，圖4是轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)示意圖。轉(zhuǎn)子支架由轉(zhuǎn)子中心體、轉(zhuǎn)子支臂、上外環(huán)、下外環(huán)、制動環(huán)組成。

轉(zhuǎn)子中心體是轉(zhuǎn)子主軸的中間段，上法蘭接上端軸，下法蘭接下端軸。中心體通過轉(zhuǎn)子支臂支撐磁軛，轉(zhuǎn)子支臂是板狀，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時支臂像離心風機的葉片，把空氣扇入磁軛的通風隙進行散熱。

轉(zhuǎn)子支架外側(cè)上下端有上外環(huán)與下外環(huán)加固支臂，并有環(huán)形端面讓空氣流向磁軛。轉(zhuǎn)子支架下側(cè)還有制動環(huán)，是轉(zhuǎn)子的剎車環(huán)。

水輪發(fā)電機的定子

定子線圈嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞組，每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律排列嵌裝，見圖9。

水輪發(fā)電機的機座與機架

機座與下支架安裝在由混凝土澆筑的機墩上，機座的腿安裝在機墩的定子基礎(chǔ)面上，下支架支臂安裝在下機架基礎(chǔ)面上。在機座上安裝定子鐵芯與定子繞組，見圖12。

水輪發(fā)電機整機組成

把整個轉(zhuǎn)子插在定子中間，與定子有很小間隙，在下機架中心體安裝推力軸承與下導(dǎo)軸承。把上機架安裝到機座腿上，在上機架中心體安裝上導(dǎo)軸承。轉(zhuǎn)子可以自由旋轉(zhuǎn)，見圖13。

注：風罩墻是與機墩是同時澆筑的，在圖12中沒顯示風罩墻。

鋪好上層平臺地板，裝好電刷裝置或勵磁電機，圖14是水輪發(fā)電機的完整模型。

該水輪發(fā)電機模型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周將感生出12個周期的三相交流電動勢。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為每分鐘250轉(zhuǎn)時，所發(fā)交流電的頻率為50赫茲。

請觀看水輪發(fā)電機運轉(zhuǎn)的3D動畫