同步发电机的结构及工作原理

同步发电机同步发电机主要内容：一、同步发电机的工作原理二、同步发电机的基本结构三、同步发电机的额定值一、同步发电机的工作原理同步发电机是根据电磁感应原理工作的。它通过转子磁场和定子绕组间的相对运动，将转子轴上的机械能转化为定子绕组中的电能。电磁感应原理指出：当导体在磁场中作切割磁力线的运动时，导体中就会产生感应电动势。感应电动势的方向由右手定则确定，感应电动势的大小与磁场强弱、导体切割磁力线的有效长度以及切割速度均成正比（e=Blv）。现以二极同步发电机的工作原理来说明（同时思考为什么叫同步发电机？）。一、同步发电机的工作原理图中1为定子，在定子槽中嵌入导体。3、4为一匝线圈的两个有效边。2为转子，上面绕有线圈，通入直流电后产生磁场。根据右手螺旋定则可以判定磁场方向，即确定出N、S极来。一、同步发电机的工作原理当转子在外力带动下按图示方向以速度n旋转时，转子磁场和定子导体3、4就有了相对运动，即导体切割了磁力线，切割方向与转子转动方向相反。此时，在导体3、4中便产生了感应电势，根据右手定则可判定感应电势的方向如图(a)所示。一、同步发电机的工作原理由于图中所示转子磁极的最强磁场在定子导体处，因此，此时定子导体中的感应电势为最大。当磁极转过900后，此时导体3、4处于磁场为零处，导体中没有感应电势产生。当磁极由图中位置转过1800后，导体3处于S极下，导体4处于N极下，此时，导体3、4中的感应电势最大，但方向与初始的相反。一、同步发电机的工作原理当转子由图中位置转过2700后，此时导体3、4又处于磁场为零处，导体中没有感应电势产生。当转子由图中位置转过3600后，与起始情况又一样，回到最大值，以后再转就是前述情形的重复。在转子转过一周时，定子线圈的感应电势也正、负变化了一周，如图(b)所示。若转子连续匀速转动，在定子线圈上就感应出一个周期性不断变化的交流电势，这就是同步发电机的工作原理。一、同步发电机的工作原理三相同步发电机的工作原理：图(a)中，磁通首先切割A相导体，当转子转过120°及240°后，磁通再依次切割B相导体和C相导体。因此，A相的感应电动势便超前B相感应电动势120°,B相的感应电动势又超时C相感应电动势120°，于是得到如图(b)所示的相量关系。三相电动势的大小相等，相位互差120°,这就是三相同步发电机的简单工作原理。一、同步发电机的工作原理同学们自己总结同步发电机建立机端电压的条件？（应该具备总结归纳的能力，在总结归纳的基础上再去培养和发展创新能力）一、同步发电机的工作原理同步发电机建立机端电压的条件：（1）主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。（2）载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。（3）切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组，相当于绕组的导体反向切割励磁磁场，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交流电。通过引出线，即可提供交流电源。一、同步发电机的工作原理1.感应电动势的波形因为e=BlvB，所以e的波形取决于B的波形。设计适当的转子极弧形状，使B沿气隙正弦分布，可得到正弦波形的e。2.感应电动势的频率因为n1=60f/p（r/min），所以f=pn1/60（Hz）为了发出50Hz的交流电，同步发电机转速与磁极对数的关系为：n1=3000r/min，p=?n1=1500r/min，p=?n1=500r/min，p=?3.三相电动势的相序与转子的转向一致，即相序由转子的转向决定。二、同步发电机的主要结构同步发电机是由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。1.定子部分同步发电机定子由机座、定子铁芯和定子绕组所组成。其中定子铁芯和定子绕组是产生发电机机端感应电压、输出电流部分，它们合称为电枢。（1）定子铁芯定子铁芯是发电机磁路的组成部分，由一定数量的硅钢片叠压而成。二、同步发电机的主要结构

（2）定子绕组定子绕组是发电机内感应电压、输出电流的部分，它是同步发电机的核心。定子绕组由许多个绕组元件（也即线圈）所组成，绕组元件由绝缘铜导线绕制而成。

（3）机座机座是同步发电机的整体支撑部件，用以支持和固定定子铁心和定子绕组。二、同步发电机的主要结构2.转子部分同步发电机的转子通常包括有转轴、转子铁芯、励磁绕组（转子绕组）、集电环、轴承及风扇等零部件。（1）转轴转轴一般均由35-45号圆钢加工而成，经轴伸端上的连轴器使发电机与原动机对接，它是将机械能转变成电能的关键零件。二、同步发电机的主要结构（2）转子铁芯转子铁芯又分为凸极式和隐极式两种。1）凸极式：沿着转子的圆周安装有凸出的磁极，转子铁芯上放置集中的励磁绕组。凸极结构转子的优点是制造方便，缺点是机械强度较差，因此多用在离心力较小、转速较低的中、小型电机中；或用在受水轮机的限制，具有极数较多、转速较慢的大功率水轮发电机中。二、同步发电机的主要结构2）隐极式转子上没有凸出的磁极，沿着转子的圆周上刻有槽和齿，励磁绕组是分布绕组，分布在各槽中。圆周上没有绕组的部分形成所谓大齿，是磁极的中心区域。隐极转子的优点是机械强度好，但制造工艺较复杂，因此多用在离心力较大、转速较高的电机中，如受汽轮机的限制，汽轮发电机的转速较高，离心力较大，因此多采用隐极结构。二、同步发电机的主要结构（3）励磁绕组由扁铜线绕成同心式绕组。通以直流励磁电流产生主磁场。（4）滑环滑环是由互相绝缘的两个导电环组合而成。发电机运行时，电刷和滑环将直流励磁电流引入到励磁绕组中。三、同步发电机的额定值1.额定电压UN：是指额定运行时发电机三相定子绕组的线电压，单位为V(伏)或kV(千伏)。同步发电机在此值运行，绕组的升温不会超过允许的范围。2.额定电流IN：是指发电机在额定运行时，流过定子绕组的线电流，单位为A（安）。3.额定频率fN：是指额定运行情况下，交流电的频率，单位为Hz（赫兹）。我国规定额定工业频率为50Hz。三、同步发电机的额定值4.额定功率PN：是指发电机输出的额定有功功率，也就是说，在额定运行时（额定频率、电压、电流、功率因数