直流发电机和交流发电机区别、工作原理、结构方式

直流发电机和交流发电机区别、工作原理、结构方式

直流电机与交流电机区别

直流电机具有良好的启动特性和调速特性。因此,在调速性能要求较高的大型设备,比如轧钢机上都采用直流电动机拖动。但它存在着直流换向问题,结构复杂,维护检修不方便,而且消耗有色金属多。

一、直流电机的优点

✧直流电机具有良好的启动特

性和调速特性

✧直流电机的转矩比较大

✧维修比较便宜。

✧直流电机的直流相对于交流

比较节能环保。

二、直流电机的缺点

✧直流电机制造比较贵

✧有碳刷

三、交流电机的优点

✧交流电机制造比较便宜。

✧矢量变频技术的发展，已经可以用变频电机模拟成直流电

✧相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有足

够的优势，使得交流调速已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。

四、交流电机的缺点

1.交流电机的启动性和调速性较差交流电机根据转速可分为同步电机和异步电机。

一、同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。

作为发电机运行是同步电机主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。

二、异步电机

异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用广泛，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。

✧优点：结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。

✧缺点：功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。

✧主要做电动机用，一般不做发电机！

三相异步电机按转子结构形式分为属笼式、绕线式；按外壳结构形式可分为开启式、防护式、封闭式和防爆式；按安装形式可分为立式、卧式。

交流发电机结构详细介绍

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

（一）转子

转子的功用是产生旋转磁场，转子图如下：

转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。

当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。

交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。

（二）定子

定子的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定子绕组成。

定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。

三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。

✧每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。

✧每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。

✧三相绕组的始边应相互间隔2π+120o电角度（一对磁极占有的空间为360o电角度）

例：国产JF13系列交流发电机三相绕组绕制结构参数如下：

◆磁极对数p6对

◆定子槽数z36槽

◆定子绕组相数m3相

◆每个线圈匝数N13匝

◆绕组联结方法Y型联结

在国产JF13系列交流发电机中，一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60o电角度），一个磁极占3个槽的空间位置，所以每个线圈两条有效边的位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线圈始边之间的距离6个槽，三相绕组的始边的相互间隔可以是2个槽，8个槽，14个槽等。

（三）整流器

交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。

1．汽车用硅整流二极管特点

✧工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A；

✧反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V；

✧只有一根引线。并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子

叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。

2．整流管的安装

将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。

在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）。负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。整流板的形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形等

（四）端盖

端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。

后端盖上装有电刷组件，有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。

磁场绕组（两只电刷）和发电机的联接不同，使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种

✧内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。

✧外搭铁型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。

外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。

二、8管交流发电机

8管交流发电机（如夏利车用）和6管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管，其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，1只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间。对中性点电压进行全波整流。

试验表明：加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%～15%。

中性点二极管提高发电机功率的原理：

交流发电机中性点电压为三次谐波，随着发电机转速的提高，中性点三次谐波电压也升高。

当中性点电压瞬时值高于三相绕组的高值时，中性点正极管导通对外输出电流；电流回路为：中性点→中性点正极管→负载→某一负极管→定子绕组→中性点。

当中性点电压瞬时值低于三相绕组的低值时，中性点负极管导通对外输出电流；电流回路：中性点→定子绕组→某一正极管→负载→中性点负极管→中性点。

交流发电机组工作原理