由于空气冷却的汽轮发电机结构简单、运行维护方便，近年来得到越来越多的用户的认同，在国内开始迅速发展。国内厂家自空冷汽轮发电机已相继投人运行，150MW发电机也在工厂内制造成功。
我公司在75MW空冷汽轮发电机试制成功和顺利投人运行的基础上进行了完整的总结，找出了可继承的成功技术和需要改进的结构。开始了承制更大容量机组的准备工作。2001年，我公司连续得到山东临沂、华盛两个电站4台135MW和山东南山电站2台150MW空冷发电机的订单。开始了依靠自己力量开发研制更大容量空冷发电机的工作。
我公司经过充分的技术分析，借助大量的模型试验结果，完成了发电机的设计。经过不断的工艺试验和改进，开始了机组的试制工作。2002年9月初，国内首合自行研制的150MW空冷汽轮发电机在我公司顺利完成了型式试验。发电机所有技术指标完全达到国家标准的要求，莞全满足长期安全运行的需要。
2发电机设计的总体技术方针在国外，空冷汽轮发电机从60MW级发展到150MW级都是一个关键的台阶。它不但关系到这一容量等级是否成功，也关系到是否可以形成继续开发更大容量机组的技术基础。因此，在一开始就需要对总体技术方针进行了充分的考虑和论证。
由于空气的热容量和导热率较低，设计空冷汽轮发电机的关键是降低有效部件的损耗，加强这些部位的冷却。因此，我们首先将技术攻关的重点放在通风研究上。其目标是利用适度的风量，均匀地冷却整个发电机，使各部位的温度都不超过绝缘允许的水平。其次，定子线棒的发热是限制提高发电容量的关键之一，为此，我们采取了减小损耗、改进绝缘和改善冷却的措施。此外，通过试验研究确定转子线圈的通风冷却方式也是空冷发电机的攻关项目之一。
除此之外，随着发电机容量增加而需要采取的一些措施，如为提高进相运行能力而采取的降低铁心端部损耗措施，<为减小机座和基础振动而采取的铁心隔振措施，以及为提高发电承担不平衡负荷能力而增设阻尼绕组等措施也在设计中予以了考虑。
3发串机的额定参数和结构特点3.1主要参数发电机的主要额定参数为：型号额定容功率因数转速电压电流短路比冷却方式定子：空外冷，转子：空内冷绝缘等级F级（温升按B级考核）效率温度限值定子绕阻矣120（电阻检温计）转子绕阻备115<（电阻法）定子铁心幻201（电阻检温计）集电环专120（温度计）励磁方式静止可控硅3.2结构特点3.2.1总体通风方式通风方式选择的原则是合理分配冷却气流，尽量减小发电机的总风量（从而减小通风损耗），并且尽量使发电机得到均匀的冷却，降低最热点的温度，保证发电机的安全运行。根据75MW发电机的试验结果和对国外机组通风方式的分析，本发电机的总体通风布置仍然采用了径向多流通风方式。发电机定子分为5个风区，冷、热风区（即进、出分区）相间布置。冷却气体由冷风区铁心背部进入，冷却定子后的热风从热风区铁心背部出风，回到冷却器后再进行循环（见图化为了对各风道的尺寸、形状（直接影响风阻）作出合理的选择，我公司不但在75MW发电机上进行的实际的通风测试，而且制造了一个全尺寸的150MW发电机静止通风模型。对机座、铁心、气隙口和转子出风的不同风道尺寸，不同组合进行了多次试验。是通风模型的照片。
通过试验，不但了解了影啤风路参数的因素，摸清各风路相互影响的关系，还初步确定了合理的设计方案。是通过试验测到的一组机内气体的流线图。
最后，我们在发电机进行厂内试验时再次进行了通风测试，测得了发电机风扇前后的压头差，各部位的压头分布数据，还测得了发电机各风蹲的风量分配和总风量。试验证明，各风路风量和设计数据基本吻合。
3.2.2总体布置发电机的总体布置是根据发电机的用途，结合电站的总体布局来考虑的。由于本发电机是与蒸汽轮机相配（即汽轮机发电机为高位布置），因而采用了将空气冷却器放置在发电机下面地坑的布置方。
和其他空冷汽轮发电机相同，采用了座式轴承布置。由于采用静止可控硅励磁系统，在非传动端设有电刷装置。
3.2.3定子机座和铁心由于两极汽轮发电机在运行时电磁力会使铁心产生4节点倍频椭圆振动。为了减小定子铁心振动对发电机基础的影响和减小发电机的噪音，发电机定子铁心与机座间应采用弹性固定。150MW发电机定子采用我公司成熟的定子铁心隔振结构（见）。带起到了减小基础振动和降低噪音的效果。
有弹夙板的定位筋将铁心振动与机座隔开，此外，在铁心设计时，还必须考虑到沿。铁心长度上风量和风温的不均性。为了使铁心和线圈的温度沿铁心长度上尽量均匀，铁心的段长是不均匀的。根据通风试验的结果，在中部的热风出风区选取了比两端风区小得多的铁心段长，以进一步降低此处的铁心和线圈的温度。
为了减小定子端部的附加损耗和最大限度地降低该区域的温度，除定子压圈，压指和定子端部结构件采用了非磁性材料外，在发电机定子压圈外设置了铜屏蔽，这是大型机组的成熟技术（见）。
发电机铁心压圈外的铜屏蔽3.2.4定子线圈由于空冷发电机定子线圈都采用表面冷却，线棒的全部损耗必须通过绝缘传出。为了降低线棒温升，线棒的形状需要设计成窄、高形以增加散热面积。同时，为了降低绝缘内外的温度差，绝缘也应该在安全可靠的前提下适当减薄。本发电机槽电流超过7000A，定子槽的深度超过230mm，上层线棒高度达120mm，定子绝缘厚度也比原来同等电压的发电机稍微减薄。
在线棒设计中，除了通过选取较低的电流密度来降低铜线基本损耗外，线棒采用了多根较薄的股线。并且将上层线棒的截面积设计得比下层大约20%，以较低的电阻损耗来弥补上层线棒较大的股线涡流损耗，从而使上、下层线棒的温度更加接近。
如此大截面定子线棒的多根股线感生的漏电势不同，通过合理地选择换位方式来减小股线环流是必须考虑的问题。仅仅采用槽内360换位已经难以减小如此大线棒的股线环流，具有较好效果的槽内540换位在线棒股线数量较多时会出现股线换位节距过小而产生制造困难。我们在150MW发电机上采用了在上、下层线棒连接的鼻端处换位的方式。线棒的股线被分成两组，两个股线组间在整个线棒长度上，包括鼻端连接处也保持相互绝缘。上、下层线棒在汽轮叙端的鼻端分组正常连接（见左），在滑环端的鼻端则分组后换位连接（见凼7右）。对整个相带组内的绕组来说，两组间的附加感应电势被抵消。由于一组股线仅仅相当于一个高度很小的线棒，组内股线环流大大地减小了。
发电机定子线棒鼻端分组后换位连接3.2.5转子线圈150MW发电机转子绕组冷却仍然沿用在75MW发电机上采用的轴向通风冷却结构。发电机转子绕组线匝用两根U形铜线组成，上下两半凹槽相对合成一匝，形成轴向冷却风道。为了降低转子绕组的温度，将沿转子全长的线圈分成六个独立的冷却风路段。冷却气体从风扇出来后通过护环下部进人，一部分气流进入槽底的副槽，然后分别进入第一和第二组铜线径向孔，在分别通过两个独立的线圈轴向风道后从槽楔上的径向孔流人气隙。另一部分空气流入绕组端部的风道，通过线圈内风道冷却铜线后，从转子本体端部的出风口离开转子。在端部长度较长的大号线圈中还设置了补风口，进一步降低最热点的温度。
发电机的其他结构，如轴承、集电环、电刷和冷却器等结构和其它类型发电机相似，这里就不作介绍了。
4试制结果（见表）主要的试验参数及试验值和设计值的比较项目试验值设计值保证值空载励磁电流（A）励磁短路励磁电流（A）短路比数据负载励磁电流（A）波形畸变率（％电话谐波因数（％）机械损耗（kW）铁耗（kW）损定子铜耗（kW）耗和效附加损耗（kW）转子铜耗（kW）率励磁装置损耗（kW）总损耗（kW）效率（％）电枢绕组最高K）矣80温升定塍心最高K）80励磁腧平均翻K）矣75集电环温度（T）轴瓦温度（T）85 2002年9月，我公司成功完成了首台150MW空冷汽轮发电机的型式试验。试验证明该发电机的效率、温升和所有技术指标完全达到国家标准的要求，完学满足额定出力下长期安全运行的需要。
5今后的发展方向目前国内在大功率空冷汽轮发电机的研制上与国外还有相当大的差距。国外目前不但早已批量生产配F级燃气轮机的260MW级空冷发电机，原ABB公司还制造出了世界上最大的空冷汽轮发电机，其容量达500MVA.毫无疑问，我公司和国内其他公司将在空冷发电机大容量化方面继续努力。
开发大容量空冷发电机的关键仍然是降低消耗，加强冷却。除了在我们已经采取的措施基础上增加发电机的尺寸以外，以下一些技术也是可以考虑的。
5.1绝缘技术的进步改进定子线棒的发热和冷却始终是大型空冷发电机的关键，其中如何减小绝缘上的温降是十分重要的。今后，我们主要要改进绝缘的电气性能和制造工艺，尽量减小绝缘厚度，以达到增加出力的目的。此外，提高绝缘材料的导热性也是我国绝缘材料研究和生产部门要进一步攻克的目标。尽管国外在空冷发电机上较多地采用定子整体真空浸溃，以减小定子线棒和铁心间的间隙，起到良好散热的效果，但由于这种定子整体浸溃线圈防电晕效果差，线棒本身的绝缘质量不如单根制造的线棒，再加上定子整体真空浸溃设备投资大，所以更大容量的空冷发电机一般不再采用定子整体真空浸溃，而采用单根线棒真空浸溃。
5.2逆向通风布置众所周知，如果让从冷却器流出的冷风经风扇加压后再去冷却发电机的有效部件，将由于风扇先使气体温度升高而使发电机有效部件的温度相应增篼，因此更大容量发电机应该考虑逆向通风结构。冷却器流出的冷风从铁心背部进人径向风沟，冷却了铁心和线圈的热风流出铁心进人气隙后与转子排出的热风混合，由轴上的轴流风扇从气隙中抽出后返回冷却器。这种通风方式使定子铁心和线圈受到最低温度气流的冷却，可获得较好的冷却效果，并可降低通过定子的气流量，减小通风损耗。
5.3多支路定子线圈结构由于定子线棒的发热和冷却是大型空冷发电机的关键，除了设法通过改进绝缘和改进通风冷却以外，如果能够通过减小单根定子线棒的电流来减小线棒损耗，将可能得到更加满意的效果。
由于发电机的容量仅仅取决于电压和电流，如果通过选取较高电压来减小定子电流，反而会带来绝缘增厚、绝缘温度降更大的负面后果。有的国外公司想到通过增加并联支路数来减小单根线棒的电流。
但是，两极电机只有采用一个或两个并联支路时才能得到支路对称，支路间没有环流的设计。通过仔细的分析，如果将并联支路数增加到3，再采取适当的连接方式，可以将支路不对称程度尽可能地减小，从而将支路间的环流减小到可以忽略的程度，大大减小了单根线棒的损耗和降低了线圈的温度。0是一个3个并联支路发电机的一个相带组的槽分组示意图。一个相带组内的I2个槽分成3组，每组的电势仅仅在相位上差5度。通过与另外一个极下的3组线圈连接，可以使支路电势相位相同，幅值相差组0发电机定子线圈的3支路连接6结语大功率空冷汽轮发电机的发展不但在世界上已成必然趋势，在我国也将成新的增长点。我公司将继续在这一领域研究开发，已经进行的设计开发、模型试验，以及60MW、75MW和150MW几个机型的研制成功为进一步开发更大容量的空冷发电机组打下了良好的基础。