一、風力發電場中的發電機

　　變速恒頻設計

　　在風力發電中，風速是不斷變化的。為了確保發電機輸出頻率穩定的電能，通常采用變速恒頻技術。這要求發電機能適應較寬的轉速范圍，例如雙饋感應發電機。它的轉子繞組通過變頻器與電網相連，當風速變化導致風輪轉速改變時，變頻器可以調節轉子電流的頻率，從而使定子輸出頻率保持不變，以滿足電網對電能頻率的嚴格要求。

　　以某海上風力發電場為例，風速可能在 3 - 25m/s 之間變化。雙饋感應發電機可以在不同風速下，將風輪的機械能有效地轉化為電能，其變速范圍可達 ±30% 左右，保證了輸出電能頻率穩定在 50Hz（或 60Hz）。

　　低風速啟動和高風速保護設計

　　發電機需要具備在低風速下啟動的能力。一般來說，當風速達到切入風速（通常在 3 - 4m/s 左右）時，發電機應能順利啟動。這就要求發電機的啟動轉矩較小，并且控制系統能夠準確地檢測到合適的啟動風速。

　　同時，為了防止在高風速（切出風速一般在 20 - 25m/s 左右）下損壞發電機和葉片，發電機需要與變槳距系統等保護裝置協同工作。當風速超過切出風速時，葉片的槳距角會被調整，減少風輪的風能捕獲，同時發電機可以通過制動裝置等方式停止運行，以保護設備安全。

　　抗疲勞設計

　　由于風的間歇性和波動性，風力發電機的部件會承受頻繁的交變載荷。發電機的轉軸、軸承等關鍵部件需要采用抗疲勞材料，并且在結構設計上要考慮減少應力集中。例如，發電機的轉軸通常采用高強度合金鋼制造，并且其形狀設計會盡量避免尖銳的轉角，以防止在長期的交變應力作用下出現裂紋。

　　二、水力發電站中的發電機

　　高水頭和低水頭適應設計

　　在高水頭（落差大）的水力發電站中，如水頭超過幾百米，通常采用沖擊式發電機。它利用高速水流沖擊水輪機的轉輪，使轉輪旋轉帶動發電機發電。這種發電機的轉速較高，需要有良好的密封和潤滑系統，以適應高轉速下的工作環境。

　　對于低水頭（落差小）的情況，如一些河床式水電站，一般采用軸流式或貫流式發電機。軸流式發電機的轉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水流量進行調節。貫流式發電機則是一種臥式的軸流式發電機，其結構緊湊，適用于低水頭、大流量的水力資源。

　　防水和防潮設計

　　水力發電站的發電機通常工作在潮濕的環境中，面臨著水的侵蝕風險。因此，發電機的外殼需要有良好的防水和防潮性能。例如，發電機的定子和轉子繞組需要采用特殊的絕緣材料，并且在繞組的表面會涂上防潮漆。同時，發電機的密封結構要嚴密，防止水分進入電機內部，導致短路等故障。

　　大容量和高穩定性設計

　　許多大型水力發電站的裝機容量巨大，如三峽水電站的單機容量可達 70 萬千瓦。這就要求發電機具有大容量的發電能力，并且在電網中起到穩定頻率和電壓的重要作用。發電機的磁場系統和繞組設計要能夠承受大電流和高電壓，并且在負載變化時能夠快速調節，保持輸出電能的質量。例如，大型水輪發電機采用的是立軸半傘式或懸式結構，這種結構可以更好地承受巨大的電磁力和機械力，保證發電機的穩定運行。