无刷交流同步发电机原理与构造

无刷交流同步发电机原理与构造

国民经济建设和人民生活时刻离不开电能，同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能，向用电设备提供交流电源。

无刷同步发电机由于其无线电干扰小，无电刷，维护工作量少，运行可靠，性能优越，又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用。

第一节无刷同步发电机工作原理

一、电与磁的关系

（一）通电导体周围有磁场

在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场，而且沿导体全部长度上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小，电流越大，磁场强度越强，磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示，将右手姆指伸直表示电流方向，将其余四指卷曲，这时四指所指的方向，就是磁场方向。

通电线圈

或螺线管周围

也产生磁场。

磁场的强度与

线圈匝数及电流大小成正比 , 磁场方向也以右手定则决定 , 如

图 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其余四指卷曲，使四指的方向符

合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指的方向就是磁场方向。

发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。当线圈断电后，磁极铁心仍有一定的磁性，俗

称“剩磁”，这是发电机自建电压的必不可少的条件。

（二）电磁感应

当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动，两者互相切割时，在导体(线)中便感应电动势，这种现象称为电磁感

应。

感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关，可用“右手定则”来判定。伸右手于磁场内，手心对着N极,四指与

大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向，那么四指所指

方向就是感应电动势方向。发电机就是根据这个原理工作的。

如图8－3所示。

感应电动势的大小e与磁感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比。

e=B1v

要增大感应电动势，可采用下列办法：

1、增加被切割的磁力线数目，即增强磁场强度，磁场越强，感应电动势越大。

2、增加导体切割磁力线速度，速度越快，感应电动势越大。

3、增加切割磁场的导体有效长度，即增加线圈匝数，匝数越多，感应电动势越大。

二、交流电的严生

（一）单相交流电的产生

交流电是指大小和方向随时间按正弦规律作周期性变化的电流(电压)。

图8-4表示最简单的2极交流发电机定、转子示意图。当绕在定子磁极铁心上的线圈按规定方向通入电流时,2个磁极铁心分别产生N、S磁极,在圆柱形转子铁心上绕有线圈,当转子在磁场中旋转,则转子线圈切割磁力线，在线圈中便感应电动势。

转子按逆时针方向旋转时，导线从1的位置开始顺次转至2、 3、…… 8的位置，因磁场各点磁通密度不同，导线中的感应电动势就不同，通过设计可以让N、S极沿极弧上各处位置的磁通密度按正弦曲线分布，这时把导线在各点位置感应的电动势连成的曲线是一条正弦曲线，如图8-5。

交流发电机的转速、磁极对数和感应的交流电频率的关系为：

pn

f=

60

式中：f——交流电频率Hz

n——转速 r／min

p——发电机极对数

（二）三相交流电的产生

在发电机转子上均匀地安置有彼此相隔120°电角度的三个相同线圈，当三个线圈在磁场中旋转时，就可以，在线围内感应三个彼此相隔120°电角度的交变电动势e U、e V、e W。正弦曲线和矢量图见8－6

三

、交

流发

电机

三相绕组的接法：

1、星形接法

将发电机三相绕组的三个尾端U2、V2、W2连接在一起，从三个绕组的首端U1、V1、W1引出三根导线与外电路相连，这种连接法叫星形按法，用字母Y表示。

三个尾端接在一起的一点称为中性点，用字母N表示，从N点引出的导线称中线，从三个首端引出的称相线俗称火线，这种供电方式称三相四线制。

星形接法发电机可以输出两种电压：相线与中线之间的电压称相电压，任意两相线之间的电压称线电压。

线电压U

线相

I线 =I相

星形按法是最广泛的接法，不管容量大小几乎都采用此按法。通常的移动电站、柴油机组也大都用这种按法。

2、三角形按法

发电机三相绕组，依次将一相绕组的尾端和另一组绕组的首端连接，组成一封闭三角形，再从三个连接点引出三根导线与外电路连接，这种接法叫三角形接法用△表示。

，而I线相，这种接法在发电机中

相电压就是线电压，则U

很少采用。

四、三相交流电的功率：

一般情况下，发电机的三相负载是对称的，这时三相电路的总功率

φ

P,等于单相功率的三倍。P单相=U相I相COS

φ

所以P三相=3U相I相COS

式中φ为相电压与相电流的相位差角 当星形接法时，因V 相1

相 ，I 线 =I 相

所以P 三相＝

3线I 线COS φ线I 线COS φ(W)

线I 线(VA) 三角形接法时,因U 线=U 相，而I 相

线 所以P

三相＝3⨯U 线

1

φ线I 线COS φ(W)

线I 线(VA)

因此在三相电路中,无论是星形按法或三角形按法,计算总功率的公式都是相同的。

现在电网供应的都是三相四线制，俗称Y 按法(有中线)，而负载是采用Y 或接△法，应当慎重考虑，以免接错发生设备事故。以负载的额定电压来决定负载是接相电压或线电压。

例如,现在的照明灯泡大都采用220V,显然只能接在相电压上,如果接线电压（380〉V,则灯泡即将爆炸。

由于负载要求三相对称(三相功率相等〉,所以很多灯泡就要按容量分开三相,使灯泡功率基本相等而后按Y 形接法。

有的负载是380V,这时如果接在相电压上,则就不一定起作用,如接触器的闭合线圈有的要求380V,就一定要按在线电压上。

五、无刷同步发电机基本工作原理