无刷同步发电机

3、三相交流同步发电机

3.1同步发电机概况

同步发电机按其运行方式和功率转换方向可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机三大类型。

同步发电机是把机械能转换为交流电能的设备；同步电动机是把交流电转换为机械能的设备；同步补偿机则是专门用于调节电网的无功功率的装置，以改善电网的功率因数。

同步发电机的基本型式分为旋转电枢式和旋转磁极式两种类型。这两类同步发电机虽然结构上有所不同，但基本原理是相同的，即磁场与导线相对运动，切割磁力线，导线产生感应电势。

旋转电枢式发电机的磁场是固定的，而电极则由原动机拖动旋转，三相交流电流通过**和电刷的连接输送到负载，这类发电机的优点是铁芯硅钢片的利用率高，而且定子的机座可作磁轭，以节约钢材，其缺点是输出的容量受到限制，电压也不能太高，因此，用这类发电机供电已很少采用，通常采用无刷发电机作交流励磁机用。

旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的，电枢绕组均匀分布在整个铁心槽内，按磁极的形状，又可分为凸极式和隐极式两种。

凸极式发电机有明显的磁极，在磁极铁芯上套有集中磁极绕组，电的气隙是不均匀的，极弧下气隙较小，而极间部分气隙较大.

阴极式发电机没有明显的磁极，磁极绕组分散嵌在转子铁芯槽内，由于转子制成圆柱形，因此气隙是均匀的。

3.2无刷同步发电机

3.2.1无刷同步发电机的基本结构

无刷同步发电机无论是凸极式还是隐极式可分为两大部分，即定子和转子，静止部分称为定子，包括机座、定子铁芯、定子绕组、端盖、轴承盖及交流励磁机的定子等；转动部分称为转子，包括转子铁芯、磁极绕组、转轴、轴承、风扇、交流励磁机的电枢及旋转整流器等。

3.2.2同步发电机的工作原理及工作特性

同步发电机所谓同步，就是说发电机的转子由发动机拖动旋转后，在定子和转子之间的气隙里产生一个旋转磁场，这个旋转磁场是发电机的主磁场，又称为转子磁场。当主磁场切割三相电枢绕组的线圈时，就会产生三相感应电势，接通负载后，在电枢绕组中流过感应电流，这个*变电流也会在发电机的气隙中产生一个旋转磁场，这个旋转磁场称为电枢磁场，又称为定子磁场。

主磁场被发动机拖动旋转时，它拉着电枢旋转，就像两块磁铁之间有相互吸引力一样，就是说，发电机的转子带动电枢磁场以同一转速旋转，二者之间保持同步，故称为同步发电机。电枢磁场的转速称为同步转速。

由于定子三相绕组在空间的位置是对称的，彼此相差120°电角度，因此，定子绕组切割磁力线时，将产生对称三相感应电势。

定子每相绕组感应电势的有效值为：

3.2.3同步发电机的电枢及电势波形改善

同步发电机运转并接上三相相对称负载后，定子绕组中会产生三相对称电流及三相旋转磁场，此磁场称为电枢磁场，这两个磁场以相同的转速、相同的方向旋转，两者之间没有相对运动，它们叠加在一起形成同步发电机气隙中的合成磁场，这时同步发电机的感应电势是由气隙中的合成磁场感应产生的，因此，定子绕组电势不仅决定于转子磁场的强弱，而且还受电枢磁场的影响。由此可知，当同步发电机接负载运行时，由于电枢磁场的出现，气隙中的磁场由空载时的主磁场变为合成磁场，无论大小和位置都发生变化，这种现象称为电枢反应。如果发电机所接的负载性质不同，那么定子绕组中的电流和电势的相位也不同，所以同步发电机电枢反应的程度不仅和定子电流大小有关，而且与负载性质有关。

根据四种负载的不同情况，可以分为纯电阻性负载时的电枢反应、纯电感性电枢反应、纯电容性电枢反应和混合性电枢反应。

3.2.3.2感应电势中的高次谐波

在同步发电机气隙中的磁感应强度是难以做到完全校正弦规律分布的，一般是近似梯形分布，因此，发电机定子每相绕组中的感应电势也是非正弦的梯形波。

3.2.3.3感应电势波形的改善

高次谐波的存在，不仅使感应电势的波形变坏，而且谐波电势在发电机中将引起额外的附加损耗，使发电机效率下降，温升增高

，同时输电线中的高次谐波所产生的电磁场对其附近的通信还将产生有害的干扰。

改善发电机电势波形有：①采用短距绕组；②采用分布绕组；③三次谐波的消除。