一、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中的發(fā)電機(jī)

　　變速恒頻設(shè)計(jì)

　　在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)速是不斷變化的。為了確保發(fā)電機(jī)輸出頻率穩(wěn)定的電能，通常采用變速恒頻技術(shù)。這要求發(fā)電機(jī)能適應(yīng)較寬的轉(zhuǎn)速范圍，例如雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)。它的轉(zhuǎn)子繞組通過變頻器與電網(wǎng)相連，當(dāng)風(fēng)速變化導(dǎo)致風(fēng)輪轉(zhuǎn)速改變時(shí)，變頻器可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率，從而使定子輸出頻率保持不變，以滿足電網(wǎng)對(duì)電能頻率的嚴(yán)格要求。

　　以某海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)為例，風(fēng)速可能在 3 - 25m/s 之間變化。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)可以在不同風(fēng)速下，將風(fēng)輪的機(jī)械能有效地轉(zhuǎn)化為電能，其變速范圍可達(dá) ±30% 左右，保證了輸出電能頻率穩(wěn)定在 50Hz（或 60Hz）。

　　低風(fēng)速啟動(dòng)和高風(fēng)速保護(hù)設(shè)計(jì)

　　發(fā)電機(jī)需要具備在低風(fēng)速下啟動(dòng)的能力。一般來說，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速（通常在 3 - 4m/s 左右）時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)能順利啟動(dòng)。這就要求發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，并且控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到合適的啟動(dòng)風(fēng)速。

　　同時(shí)，為了防止在高風(fēng)速（切出風(fēng)速一般在 20 - 25m/s 左右）下?lián)p壞發(fā)電機(jī)和葉片，發(fā)電機(jī)需要與變槳距系統(tǒng)等保護(hù)裝置協(xié)同工作。當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時(shí)，葉片的槳距角會(huì)被調(diào)整，減少風(fēng)輪的風(fēng)能捕獲，同時(shí)發(fā)電機(jī)可以通過制動(dòng)裝置等方式停止運(yùn)行，以保護(hù)設(shè)備安全。

　　抗疲勞設(shè)計(jì)

　　由于風(fēng)的間歇性和波動(dòng)性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的部件會(huì)承受頻繁的交變載荷。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、軸承等關(guān)鍵部件需要采用抗疲勞材料，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要考慮減少應(yīng)力集中。例如，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通常采用高強(qiáng)度合金鋼制造，并且其形狀設(shè)計(jì)會(huì)盡量避免尖銳的轉(zhuǎn)角，以防止在長(zhǎng)期的交變應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋。

　　二、水力發(fā)電站中的發(fā)電機(jī)

　　高水頭和低水頭適應(yīng)設(shè)計(jì)

　　在高水頭（落差大）的水力發(fā)電站中，如水頭超過幾百米，通常采用沖擊式發(fā)電機(jī)。它利用高速水流沖擊水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，需要有良好的密封和潤(rùn)滑系統(tǒng)，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速下的工作環(huán)境。

　　對(duì)于低水頭（落差?。┑那闆r，如一些河床式水電站，一般采用軸流式或貫流式發(fā)電機(jī)。軸流式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)輪形狀適合在低水頭下有效地利用水流能量，其葉片角度可以根據(jù)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。貫流式發(fā)電機(jī)則是一種臥式的軸流式發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊，適用于低水頭、大流量的水力資源。

　　防水和防潮設(shè)計(jì)

　　水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)通常工作在潮濕的環(huán)境中，面臨著水的侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。因此，發(fā)電機(jī)的外殼需要有良好的防水和防潮性能。例如，發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子繞組需要采用特殊的絕緣材料，并且在繞組的表面會(huì)涂上防潮漆。同時(shí)，發(fā)電機(jī)的密封結(jié)構(gòu)要嚴(yán)密，防止水分進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致短路等故障。

　　大容量和高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

　　許多大型水力發(fā)電站的裝機(jī)容量巨大，如三峽水電站的單機(jī)容量可達(dá) 70 萬千瓦。這就要求發(fā)電機(jī)具有大容量的發(fā)電能力，并且在電網(wǎng)中起到穩(wěn)定頻率和電壓的重要作用。發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)系統(tǒng)和繞組設(shè)計(jì)要能夠承受大電流和高電壓，并且在負(fù)載變化時(shí)能夠快速調(diào)節(jié)，保持輸出電能的質(zhì)量。例如，大型水輪發(fā)電機(jī)采用的是立軸半傘式或懸式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以更好地承受巨大的電磁力和機(jī)械力，保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。