蒸気タービン発電機と比較して、水力発電機には次の特徴があります。
（1）回転速度が低い。水頭制限により、回転速度は一般的に750r/min以下で、中には1分間に数十回転程度のものもあります。
（2）磁極数が多い。回転速度が低いため、50Hzの電力を生成するには、ステータ巻線の切断磁界が1秒間に50回変化できるように、磁極数を増やす必要がある。
（3）構造が大きく重量が大きいため、回転速度が低い。一方、ユニットの負荷遮断時に強力なウォーターハンマーによる鋼管破裂を回避するため、ガイドベーンの緊急閉鎖時間を長くする必要があるが、これはユニットの速度上昇を過度に大きくする。そのため、ローターの重量と慣性モーメントを大きくする必要がある。
（4）垂直軸が一般的に採用されています。土地占有率と設備コストを削減するため、大型・中型水力発電機では一般的に垂直軸が採用されています。
水力発電機は、回転軸の配置の違いにより垂直型と水平型に分けられます。垂直型水力発電機は、スラスト軸受の位置の違いにより吊り下げ型と傘型に分けられます。
（1）懸垂式水力発電機。スラスト軸受をローター上部フレームの中央または上部に設置するため、運転が安定し、メンテナンスも容易ですが、高さが高く、設備投資が大きくなります。
（2）傘型水力発電機。スラスト軸受は、ロータ下部フレームのセンターボディまたはその上部に設置されます。一般的に、中低速の大型水力発電機は、構造サイズが大きいため、傘型を採用する必要があります。これにより、ユニットの高さを低く抑え、鋼材を節約し、設備投資を削減できます。近年、スラスト軸受を水車の上部カバーに設置する構造が開発され、ユニットの高さを低く抑えることができます。
2. 主な構成要素
水力発電機は主に、固定子、回転子、スラスト軸受、上部および下部ガイド軸受、上部および下部フレーム、換気および冷却装置、ブレーキ装置、励磁装置で構成されています。
（1）固定子。巻線、鉄心、鉄殻で構成される電気エネルギーを発生する部品です。大型・中型水力発電機の固定子の直径は非常に大きいため、通常は輸送のためにセグメント構造になっています。
（2）ローター。磁場を発生させる回転部品で、支持台、ホイールリング、磁極で構成されています。ホイールリングは扇形の鉄板で構成されたリング状の部品で、磁極はホイールリングの外側に分布しており、ホイールリングは磁場の経路として利用されています。大型・中型ローターは現場で1本ずつ組み立てられ、加熱・スリーブされて発電機の主軸に装着されます。近年、ローターシャフトレス構造が開発され、ローター支持台がタービン主軸上端に直接固定されています。この構造の最大の利点は、ユニットの大型化に伴う大型鋳鍛造品の品質問題を解決できることです。また、ローターの吊り上げ重量と吊り上げ高さも低減できるため、プラントの高さを低く抑え、発電所建設に一定の経済性をもたらします。
（３）スラスト軸受。ユニットの回転部分の全重量とタービンの軸方向の水力スラストを支える部品です。
（4）冷却システム。水力発電機は通常、空気を冷却媒体として使用して、固定子、回転子巻線、および固定子コアを冷却します。小容量の水力発電機では、開放型またはパイプ換気を採用することが多く、大・中型水力発電機では、密閉型自己循環換気を採用することが多いです。冷却強度を高めるために、一部の大容量水力発電機の巻線は、中空導体が直接冷却媒体を通過する内部冷却モードを採用し、冷却媒体は水または新しい媒体を採用しています。固定子巻線と回転子巻線は水によって内部冷却され、冷却媒体は水または新しい媒体です。水内部冷却を採用した固定子巻線と回転子巻線は、二重水内部冷却と呼ばれます。水冷を採用した固定子巻線と回転子巻線および固定子コアは全水内部冷却と呼ばれますが、水内部冷却を採用した固定子巻線と回転子巻線は半水内部冷却と呼ばれます。
水力発電機のもう一つの冷却方法は蒸発冷却です。これは、水力発電機の導体に液体媒体を接続して蒸発冷却するものです。蒸発冷却の利点は、冷却媒体の熱伝導率が空気や水よりもはるかに高いため、装置の重量とサイズを削減できることです。
（５）励磁装置およびその開発は、基本的に火力発電装置の励磁装置およびその開発と同様である。
投稿日時: 2021年9月1日
