Generadores síncronos de alta velocidad:
Como la mayoría de los generadores están acoplados coaxialmente al motor principal, y las centrales térmicas utilizan turbinas de alta velocidad como motores principales, los generadores de turbina suelen utilizar motores de 2 polos de alta velocidad con velocidades de hasta 3.000 rpm (3.600 rpm cuando la frecuencia de la red es de 60 Hz). Las centrales nucleares suelen utilizar motores de 4 polos con una velocidad de 1.500 rpm (1.800 rpm cuando la frecuencia de la red es de 60 Hz). Para adaptarse a los requisitos de alta velocidad y alta potencia, la estructura de los generadores síncronos de alta velocidad consiste, en primer lugar, en utilizar un rotor de polos ocultos y, en segundo lugar, en instalar un sistema de refrigeración especial.
Rotor de polos ocultos:
De aspecto cilíndrico, ranurado en la superficie cilíndrica para alojar los devanados de excitación de CC, y fijado con una cuña metálica de ranura, de modo que el motor tenga un entrehierro uniforme. Debido a la enorme fuerza centrífuga durante la rotación a alta velocidad, se requiere que el rotor tenga una gran resistencia mecánica.
Los rotores de polos ocultos suelen forjarse a partir de una sola pieza de acero aleado de alta resistencia, y las ranuras suelen estar abiertas para permitir la instalación de los devanados de excitación. En cada paso de polos, aproximadamente 1/3 de la pieza no está ranurada, formando un diente grande; el resto de los dientes son más estrechos, denominados dientes pequeños. El centro de los dientes grandes es el centro de los polos del rotor. A veces los dientes grandes también abren algunas ranuras de ventilación más pequeñas, pero no incrustadas en los devanados; a veces también en el fondo de la ranura del alambre incrustado se fresa una ranura estrecha y poco profunda como ranura de ventilación.
El rotor de polos ocultos en los extremos axiales del cuerpo del rotor también están equipados con anillo metálico de protección y anillo central. El anillo de protección está hecho de un cilindro de pared gruesa de aleación de alta resistencia, para proteger el extremo de bobinado de excitación de ser expulsado por la enorme fuerza centrífuga; el anillo central se utiliza para evitar que el extremo de bobinado del movimiento axial, y apoyar el anillo de protección. Además, el eje del motor está equipado con anillos colectores y escobillas con el fin de alimentar la corriente de excitación en el devanado de excitación.
Sistema de refrigeración:
Dado que la pérdida de energía en un motor es proporcional al volumen del motor, su magnitud es proporcional a la tercera potencia de la magnitud de linealidad del motor, mientras que la magnitud de la superficie de refrigeración del motor es sólo la segunda potencia de la magnitud de linealidad del motor. Por lo tanto, cuando el tamaño del motor aumenta (por limitaciones de material, aumentar la capacidad del motor tendrá que aumentar su tamaño), el motor por unidad de superficie de calor a emitir aumentará, el aumento de temperatura del motor se incrementará. En los turbogeneradores de alta velocidad, la fuerza centrífuga hará que la superficie del rotor y la superficie del orificio central del rotor produzcan una enorme tensión tangencial, cuanto mayor sea el diámetro del rotor, mayor será esta tensión.
Por lo tanto, en el rango de límite de tensión admisible del material de forja, el diámetro del cuerpo del rotor del turbogenerador de 2 polos no puede superar los 1250 mm. Gran turbogenerador para aumentar la capacidad de una sola máquina, sólo mediante el aumento de la longitud del cuerpo del rotor (es decir, con un rotor delgado) y mejorar la carga electromagnética de resolver. La longitud del rotor puede ser de hasta 8 metros, que está cerca del límite. Seguir aumentando la capacidad autónoma sólo puede suponer aumentar la carga electromagnética del motor.
Esto hace que los problemas de calentamiento y refrigeración de los grandes turbogeneradores sean especialmente graves. Para los turbogeneradores de menos de 50.000 kW, se utiliza sobre todo un sistema de refrigeración por aire en circuito cerrado, con un ventilador dentro del motor que sopla sobre las piezas calientes para enfriarlas. Para los generadores con una potencia de 50.000 a 600.000 kW, se utiliza mucho la refrigeración por hidrógeno. El hidrógeno (pureza del 99%) del rendimiento térmico que el aire es bueno, con él para reemplazar el aire no sólo es buen efecto térmico, y puede hacer que la pérdida de fricción de ventilación del motor se reduce en gran medida, por lo que puede mejorar significativamente la eficiencia del generador.
Sin embargo, el uso de la refrigeración de hidrógeno debe tener medidas a prueba de explosiones y fugas, lo que hace que la estructura del motor más complejo, sino que también aumenta el consumo de materiales de electrodos y los costos. Además, los medios líquidos también se puede utilizar para enfriar, por ejemplo, la capacidad de refrigeración relativa de agua para el aire 50 veces, para llevar la misma cantidad de calor, el flujo de agua requerido es mucho menor que el aire. Por lo tanto, el uso de parte del alambre hueco en la bobina, el alambre a través de la refrigeración por agua, se puede reducir en gran medida el aumento de la temperatura del motor, retrasar el envejecimiento del aislamiento, el crecimiento de la vida del motor.