蒸気タービン発電機と比較して、水力発電機には以下の特徴があります。
（１）速度が低い。水頭によって制限されるため、回転速度は一般的に毎分 750 回転未満であり、中には毎分数十回転しかないものもある。
（２）磁極の数が多い。速度が低いため、50Hzの電気エネルギーを生成するには、磁極の数を増やして、切断ステータ巻線の磁場が毎秒50回変化できるようにする必要がある。
（３）構造はサイズと重量が大きい。一方では速度が低い。他方では、ユニットの負荷遮断時に、強い水撃による鋼管の破裂を避けるために、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高めることになる。したがって、ローターは大きな重量と慣性を持つ必要がある。
（４）一般的に垂直軸が採用される。土地占有面積とプラントコストを削減するために、大型および中型の水力発電機は一般的に垂直軸を採用する。
水力発電機は、回転軸の配置の違いによって垂直型と水平型に分類でき、垂直型水力発電機は、推力軸受の位置の違いによって吊り下げ型と傘型に分類できる。
（１）吊り下げ式水力発電機。推力軸受は回転子の上部フレームの中央または上部に設置され、運転が安定しておりメンテナンスも容易ですが、高さが大きくプラント投資額も大きくなります。
（２）傘型水力発電機。スラストベアリングは、ローターの下部フレームの中央本体または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、ユニットの高さを低くし、鋼材を節約し、設備投資を削減するために傘型を採用する必要があります。近年、水車の上部カバーにスラストベアリングを設置する構造が開発され、ユニットの高さを低くすることが可能になりました。
2. 主な構成要素
水力発電機は主に、固定子、回転子、スラストベアリング、上下ガイドベアリング、上下フレーム、換気冷却装置、制動装置、励磁装置で構成されています。
（１）固定子。電気エネルギーを生成するための部品であり、巻線、鉄心、外殻から構成されます。大型および中型水力発電機の固定子の直径は非常に大きいため、輸送のために一般的にセグメントに分割されます。
（２）回転子。回転子は磁場を発生させる回転部品であり、支持部、ホイールリング、磁極から構成されます。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す。磁極はホイールリングの外側に配置され、ホイールリングは磁場の経路として使用されます。大型および中型の回転子は、現場で組み立てられ、加熱されて発電機の主軸にスリーブで固定されます。近年、回転子シャフトレス構造が開発されており、回転子支持部がタービンの主軸の上端に直接固定されます。この構造の最大の利点は、大型ユニットに起因する大型鋳造品や鍛造品の品質問題を解決できることです。さらに、回転子の吊り上げ重量と吊り上げ高さを低減できるため、発電所の高さを低減し、発電所建設に一定の経済性をもたらします。
（３）スラストベアリング。これは、ユニットの回転部の総重量とタービンの軸方向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用いて、固定子、回転子巻線、固定子鉄心を冷却します。小容量の水力発電機は開放式またはパイプ式換気を採用することが多い一方、大中容量の水力発電機は密閉式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、中空導体が冷却媒体を直接通過する内部冷却方式を採用し、冷却媒体には水または新しい媒体を使用します。固定子巻線と回転子巻線は水で内部冷却され、冷却媒体は水または新しい媒体です。水による内部冷却を採用する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。水による内部冷却を採用する固定子巻線、回転子巻線、固定子鉄心は、完全水内部冷却と呼ばれますが、水による内部冷却を採用する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あり、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を行うものです。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）励磁装置とその開発は基本的に火力発電ユニットのものと同じである。
投稿日時：2021年9月1日
