发电机原理图解

固定磁场交流发电机原理模型

发电机是根据电磁感应原理来发电的，发电机首先要有磁

场，现在用一对磁铁来产生发电机的磁场，磁力线从北极到南

极。

在磁场内放入矩形线圈，线圈两端通向两个滑环，滑环通过

电刷连接到输出线上，输出线端连有负载电阻。当线圈旋转时，

根据电磁感应原理，线圈两端将会产生感应电动势，当磁场是

均匀的，矩形线圈作匀速旋转时，感应电势按正弦规律变化，

在负载电阻上有正弦交流电通过。动画中绿色小球运动的方向

表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的大小。

旋转磁场交流发电机原理模型

在这个模型中磁场是不动的，线圈在磁场中旋转产生感应电

势。在实际发电机中产生感应电势的线圈是不运动的，运动的

是磁场。产生磁场的是一个可旋转的磁铁，也就是转子，线圈

在磁铁外围，与磁铁转轴同一平面。当磁铁旋转时产生旋转磁

场，线圈切割磁力线产生感应电动势。

由于空气的磁导率太低，在旋转磁铁的外围安上环型铁芯，

也就是定子，可大大加强磁铁的磁感应强度。在定子铁芯的内

圆有一对槽，线圈嵌装在槽内。为了看清线圈电流与转子的运

动关系，把定子变成半透明的。当磁铁旋转时，线圈切割磁力

线感生交流电流。

真正发电机的转子是电磁铁，转子上绕有励磁线圈，通过滑

环向励磁线圈供电来产生磁场。把定子与线圈安在转子外围，

一个单相交流发电机原理模型就组成了。

转子作匀速旋转时，线圈就感生交流电流，画面中绿色小球

运动的方向表示感应电流的方向、运动的速度表示感应电流的

大小。

三相交流发电机原理模型

实际应用的都是三相交流发电机，其定子铁芯的内圆均匀分布着6个槽，嵌装着三个相互间隔120度的同样线圈，分别称之为A相线圈、B相线圈、C相线圈。装上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型。

画面中的三相交流发电机采用星形接法，三个线圈的公共点引出线是中性线，每个线圈的引出线是相线。

当转子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线，都会感生交流电动势，其幅度与频率相同。由于三个线圈相互间隔120度，它们感应电势的相位也相差120度。在画面上有每根相线的输出电势波形。

汽轮发电机的构造

这里介绍汽轮发电机的构造，是由蒸汽轮机或燃气轮机推动的发电机。发电机主要由转子与定子组成，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子是两极的，额定转速每分钟3000转，输出50赫兹的三相交流电。

这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，嵌有励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极（图1所示）。励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。

由于转子圆周上没有凸出的磁极（不像原理模型中的转子），称之为隐极式转子。

图2为嵌有励磁绕组的转子模型，为降低发电机的温度，在转子两端还装有风扇。

定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽（图3所示）。

在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对称排列。（图4所示）。使定子铁芯透明可看清绕组的分布（图4所示）。

转子插在定子内部，定子与转子的相对位置如图5所示。

定子固定在发电机的机座（外壳）内，转子由机座两端的轴承支撑，可在定子内自由旋转。集电环在机壳外侧，和碳刷架一同装在隔音罩内。在发电机外壳下方有发电机出线盒，发出的三相交流电从这里引出（图6所示）图7是发电机外观图

下载动画可观看发电机结构动画。

多磁极发电机原理模型

多磁极发电机的转子有多对磁极，

图1是有3对磁极的转子模型。由于每个磁极都是从转子上明显凸起，称之为凸极式转子。每个磁极上都

绕有励磁线圈，形成南北相间的6个磁极，励磁电源通过滑环向励磁线圈供电。

该模型的转子有3对磁极，旋转一周磁场将循环3个周期，每旋转120度磁场变化1个周期。定子内园周有

18个槽

在120度机械角度里有6个槽，均匀分布A相、B相、C相3个线圈；另外两个120度里同样各自分布3个线

圈。3个A相线圈串联起来即为整机的A相绕组，3个B相线圈串联起来即为整机的B相绕组，3个C相线圈串

联起来即为整机的C相绕组，3个绕组按星形接法将三个绕组尾端连在一起引出即中性线，3个绕组的引出端

为相线。

为看清线圈的分布与连接，图4中定子为半透明。

转子插在定子中，与定子有很小间隙，可自由旋转。

当转子匀速旋转时A、B、C相线圈顺序切割磁力线，都会感生交流电动势，其幅度与频率相同。由于三

个线圈均匀分布，它们感应电势的相位也相差120度电角度（每周期为360度电角度）。

当转子旋转一周将感生出3个周期的三相交流电动势。当转子转速为每分钟1000转时，所感生交流电动势

的频率为50赫兹。

本模型仅是个原理模型，定子线圈的分布与连接仅表示基本规律，实际发电机上定子的槽数要多得多，

绕组分布也复杂得多。

通过动画可看到每根相线的输出电势波形。

水轮发电机的构造

水轮机的转速都比较低，特别是立式水轮机，所以水轮发电机采用多对磁极结构，这里介绍一个有12对磁极的

水轮机发电机模型。

图1是该水轮机的转子模型，有南北相间的24个磁极，每个磁极上都绕有励磁线圈。

励磁电源通过集电环（滑环）向励磁线圈供电。集电环装在转子轴的端头。

发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽，

用来嵌放定子线圈。

定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对称排列。

定子由机座固定，一同安装在水泥基础上。

转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子由下机架支撑，可以自由旋转。

安装好上机架，铺好上平台地板，在外罩内装好电刷装置，一台水轮机发电机模型就安装好了。

该水轮机发电机模型转子旋转一周将感生出12个周期的三相交流电动势。当转子转速为每分钟250转时，所发交

流电的频率为50赫兹。

爪极发电机构造

爪极发电机具有制造简单、成本低廉的特点，主要用在小型发电场合，特别是在汽车发电机、小型风力发电机中得到广泛应用。其实它也是一种多极发电机，只不过转子励磁的磁极使用的是爪状磁极。下面介绍一种6对磁极的爪极发电机。