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ターボ発電機は、発電のためにタービン（水、蒸気、またはガス）の軸に接続された発電機です。[注1 ]大型蒸気式ターボ発電機は世界の電力の大部分を供給しており、蒸気動力ターボ電気船やガスタービン電気船にも使用されています。[ 1 ]
最初のターボ発電機は、水力タービンで駆動する発電機でした。ハンガリー初の水力タービンは、1866年にガンツ工場の技術者によって設計されました。ダイナモ発電機による工業規模の生産は、1883年にようやく始まりました。 [ 2 ]技術者のチャールズ・アルジャーノン・パーソンズは、1887年にダイナモを使用した直流蒸気動力ターボ発電機を実証し、[ 3 ] 1901年までに、ドイツのエルバーフェルトの工場にメガワット級の最初の大型産業用交流ターボ発電機を納入しました。 [ 4 ]
ターボ発電機は、蒸気機関車において客車照明や暖房システム用の給水ポンプの動力源としても使用されていた。
ターボ発電機は、蒸気タービンやガスタービンに典型的な高速軸回転速度で使用されます。ターボ発電機のローターは通常2極の非突極型です。 [ 5 ]
ターボ発電機の通常の回転速度は、50 Hz で 4 極または 2 極の場合 1500 rpm または 3000 rpm (60 Hz で 4 極または 2 極の場合 1800 rpm または 3600 rpm ) です。ターボ発電機の回転部は、高速運転のため高い機械的応力を受けます。大型ターボ発電機でローターの機械的強度を高めるため、ローターは通常、鋼鉄から鍛造され、クロムニッケル鋼やクロムニッケルモリブデンなどの合金が使用されます。外周の巻線の張り出しは、鋼製の保持リングで固定されます。スロット上部の重い非磁性金属ウェッジが、遠心力に対して界磁巻線を保持します。ローターのスロットには、通常、雲母やアスベストなどの硬質の絶縁材料が使用されます。これらの材料は、高温や高い圧縮力に耐えることができます。[ 6 ]
大型ターボ発電機の固定子は2つ以上の部品から構成される場合があるが、小型ターボ発電機では一体型で構成されている。[ 7 ]
空冷式ターボ発電機をベースに、気体水素は1937年10月にオハイオ州デイトンのデイトン・パワー・アンド・ライト社で水素冷却式ターボ発電機の冷却剤として初めて使用された。[ 8 ]水素は回転子、場合によっては固定子の冷却剤として使用され、比利用率の向上と99.0%の効率を実現している。水素ガスは熱伝導率が高く、比熱が高く、密度が低いため、現在この分野で最も一般的なタイプとなっている。水素は電気分解によって現場で製造することができる。
発電機は水素ガスの漏洩を防ぐために密閉されている。内部の雰囲気に酸素がないため、コロナ放電による巻線の絶縁体の損傷が大幅に軽減される。水素ガスはローター筐体内を循環し、ガス対水熱交換器によって冷却される。[ 9 ]