发电机基本数据见表1。
冲击发电机由定子、转子、端盖、座式轴承、空气冷却器、座板、刷架等部件组成,外形见图1。
冲击发电机应能经受突然短路时的巨大冲击力。机座结构应比一般发电机更为牢固,应具有足够的刚强度以满足短路运行的要求。机座是用钢板焊接的,外壳采用优质钢板滚制拼焊而成。整个机座焊接后经过消除焊接应力处理。定子铁心由经绝缘处理的高导磁、低损耗无取向冷轧硅钢板冲制扇形片叠装而成。定位筋为刚性定位筋。这种定位筋结构固定可靠,抗冲击能力强。定位筋数量比常规发电机多。定子线棒在直线部分采用罗贝尔换位,可使因集肤效应引起的附加损耗和股间环流损耗,包括端部横向磁场差异引起的附加损耗大为减少。
定子线棒对地绝缘采用F级云母带连续缠绕模压成型。线棒绝缘电压等级采用15.75kV等级。为了消除定子绕组的电晕放电现象,在槽内采用低阻结构,端部采用低、中、高阻搭接过渡防晕结构,同时一次模压成型。定子线棒具有良好的绝缘强度、机械强度和防晕性能。定子绕组端部结构是大型冲击发电机的关键问题,它直接影响发电机的可靠性。冲击发电机在短短几周波内流过的巨大电流,产生电动力作用在绕组端部,引起绕组的振动和变形。同时冲击发电机每年要进行数千次短路试验,所以必须把端部绕组牢牢地固定,把变形和振动控制在最小数值,以获得较长的使用寿命。因此冲击发电机不能采用常规发电机绕组端部的结构和固定形式。定子端部所有固定件与线圈或引线之间均垫适形材料,以保证线圈绝缘不受损坏。根据冲击发电机端部电动力大这一特点,采用了能满足该机械性能要求的新型灌注胶结构。定子内压圈和外压圈将定子绕组端部整体地固定在一起,内部灌环氧树脂。这样组成了牢固结构以保证槽部线圈及定子绕组端部能够满足长期可靠运行。定子引线由压板牢固地固定在定子压圈上,以防突然短路时变形。固定螺钉及螺母材料均为非磁性材料,螺钉处套绝缘管以增大爬电距离。定子线圈端部外侧用非磁性铸钢圈,内侧用铸硅黄铜压圈将线圈端部固紧。线圈间间隙用云母板和胶填充,以防突然短路时线圈变形。
转子轴采用强度高,导磁性能好,脆性转变温度低的25CrNi3MoV锻件制造。护环采用强度高、耐应力腐蚀的18Mn18Cr锻件制造。由于试验时发电机和线路中的损耗由发电机转子的动能提供,因而在一次试验后转子转速在瞬间急剧下降。这将可能引起护环与转子本体间有相对位移,护环的热套紧量应考虑在短路试验时由于配合部分温升使热套面的压力不减小,以及短路试验时配合部分的温升和超速时线圈护环的变形不能超过标准。为此,护环与本体应采用足够大的紧量,其间的摩擦应足以防止护环移动。冲击发电机转子为气体表面冷却。铜导体中热量经绝缘传到转子齿,再由转子表面到气隙,所以转子线圈结构较为简单。转子线圈采用含银铜线。因为含银铜线具有比一般铜线较好的抗蠕变性能和较高的屈服点以满足频繁起停机运行的要求。
转子槽衬采用有足够的绝缘性能和机械性能材料。它应能承受不同膨胀系数的作用而不致变形和开裂,而且它还必须承受压缩和局部应力集中弯曲和剪切应力,同时应适应冲击发电机的反复强励的要求。为了满足强励电压的要求,转子绕组匝间绝缘、槽衬、引线绝缘、导电杆绝缘等处绝缘均采用特殊高压绝缘材料以适应频繁起动和冲击负荷的特点,厚度应高于常规发电机。转子绕组中的绝缘垫块、匝间绝缘,护环下的扇形绝缘均采用高强度F级的绝缘材料以适应频繁起动和冲击负荷的特点。转子出厂耐压应远高于正常电机。作试验时,有时为两相负载,负序电流大。为了提高发电机承受不平衡负荷能力,有效地削弱负序电流对转子发热的不利影响,冲击发电机采用全阻尼系统。为了防止不平衡试验时转子齿及槽楔过热,采取下列特殊结构:
1)采用导电性能良好的槽楔以增强阻尼作用;
2) 在槽部槽楔下放4层通长阻尼条与在护环下装有弧状扇形件带有突出的齿,以便插入槽内与槽内阻尼条搭接;
3) 在大齿上开有轴向槽,在槽内装有同正常槽一样的阻尼绕组和槽楔。这样由转子本体、槽楔、阻尼绕组形成更有效的阻尼系统。
冲击发电机瞬时短路容量很大,损耗也很大,但持续时间很短,产生的发热量较同体积常规发电机的热量小。因此,采用封闭空冷系统,定子、转子、绕组和铁心都采用空气表面冷却,以便于使用和维护,使系统简单化。