无刷同步发电机

无刷同步发电机
同步发电机是把机械能转换为交流电能的转换设备。

自备电站过去的柴油发电机组同步发电机的励磁，是广泛采用直流发电机提供励磁电流来发电的。

这种励磁方式，由于应用直流发电机，交流电变为直流电通过整流子进行交换，而励磁电流又通过同步发电机的铜环和炭刷向励磁绕组提供，因此，给维护和保证安全运行方面都带来很多问题。

为了改进这种励磁方式。

20世纪60年代主要发展了带静止硅整流器的自励恒压的同步发电机，这种发电机依然存在炭刷和滑环，仍需要经常维护，而且产生无线电磁干扰。

为了从根本解决存在的问题，现代的同步发电机，通过改进和发展，广泛采用同轴交流无刷励磁机和旋转整流器的无刷同步发电机。

一、无刷同步发电机的结构
同步发电机的基本类型/
同步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能转换为机械能的设备；同步补偿机则是专门用于电网的无功功率的装置，以改善电网的功率因数。

从原理上讲，任何一台同步发电机，即可作发电机，也可作电动机与补偿机，即同步电机具有可逆性。

同步发电机的基本型式分为旋转电枢式和旋转磁极两种类型。

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，即磁场与导线的相对运动，切割磁力线，导线产生感应电势。

1、旋转电枢式发电机
旋转电枢式发电机的磁场是固定的，面电枢则由原动机拖动旋转，三相交流电流通过滑环和电刷的引接输送到负载。

这类发电机的优点是铁芯硅钢片的利用率较高，而且定子是机座可以作磁轭，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，这是因为：电枢绕组的电流是通过滑环和电刷的连接引到外电路的，如果输出的电流过大，会引起滑环与电刷之间产生过大的火花，若输出电压过大，则滑环和电刷的绝缘不易解决，因此电压一般不超过500V；由于电枢所占的空间有限，若绕组匝数过多和绝缘层过厚，制作困难，这限制了电压增高和容量增大；当电枢转速较高时，由于离心力的作用和振动增大，容易造成电枢损坏，因此，限制发电机的运行；这类发电机结构较复杂，造价也较贵。

基于上述原因，这类发电机已很少采用作供电，通常在无刷发电机作交流励磁机用。

2、旋转磁极式发电机
旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极则是旋转的，电枢绕组均匀颁布在整个铁芯槽内。

这类同步发电机，按其磁极的形状，又可分为凸极式和隐极式两种。

极弧下气隙较小，而极间部分气隙较大。

隐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。

由于它的转子制成圆柱形，因此，其气隙是均匀的。

旋转磁极式发电机有较多的空间位置来嵌放电枢绕组和绝缘材料。

电枢
绕组输出的交流电流可直接送往负载，其机械强度和绝缘条件均较好，可靠性也较高。

二）无刷交流同步发电机的结构
目前企业自备电站无论国产或引进的中小型柴油发电机组的发电机均采用旋转磁极式的同步发电机。

应用较广泛的有康明斯NT系列或NT系列柴油发电机与西门子IFC5系列无刷交流同步发电机配套的机组；奔驰MTU系列与LSA系列同步发电机配套的机组等。

这些机组的无刷交流同步发电机，其结构大同小异，不论是凸极式和隐极式可分为两在部分，即静止部分（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）和转动部分（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）。

下面就是上述柴油发电机组配用的无刷交流同步发电机的结构和特点进行分析。

柴油发电机组的定子是什么？定子的组成有哪些？
柴油发电机组的静止部分称为定子，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。

定子-静止部分1
定子：由机座、定子铁芯、定子绕组所组成。

定子铁芯和定子绕组是产生感应电势、电流的部分，故又称为电枢。

1、机座机座是发电机的整体支架，用来固定电枢和前后端盖一起支撑转子。

发电机的机座通常有铸铁铸造和钢板焊接两种。

TFW系列无刷发电机多为铸铁结构，机座内壁分布筋条用以固定电枢，两端面有止口和螺孔与端盖配合固定，机座下部铸有底脚，以供发电机固定在底架或基础上。

机座上一般都有出线盒，其位置通常在机座的右侧面（从轴伸出端看）或位于机座上部。

出线盒内装有接线板，以便引出交流电等。

位于机座上部的出线盒一般均装有励磁调节器。

TFE系列无刷发电机的机座是钢板焊接结构。

它由几块罩式钢板、端环及底板焊接而成，具有省工省料、重量轻、造型新颖等特点。

2、定子铁芯
定子铁芯是发电机磁路的一部分。

为了减少涡流损耗，铁芯采用0.5mm厚、两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。

铁芯开有均匀分布的槽，以嵌放电枢绕组。

为了提高铁芯材料的利用率，定子铁芯常采用扇形硅钢片拼叠成一个整圆形铁芯，拼接时把每硅钢片的接缝互相错开。

较大容量的发电机铁芯，为增加散热面积，通常沿轴向长度上留有数道通风沟。

TFE系列发电机的定子和转子均采用硅钢片冲制，其定子铁芯是用整圆硅钢片叠压，再与压圈一道用CO2气体保护焊焊接成一体。

这种结构具有材料利用率高、容易加工的特点。

3、定子绕组
定子绕组由线圈组成，线圈采用高强度聚酯漆包圆铜线绕制，并按一定的方式连接，嵌入铁芯槽中。

线圈采用导线的规格、线圈匝数、并联路数等由设计确定。

绕组型式有双层叠绕、单层链式及单双层式等。

三相绕组应对称嵌放，彼此差120度。

定子绕组嵌放在铁芯槽中，必须要有对地绝缘、层间绝缘和相间绝缘。

主绝缘材料多采用B极材料即DMD聚酯薄膜无纺布复合箔，F级绝缘NMN 材料。

由于定子线圈在铁芯槽内受到交变电磁力及平等导线之间的电动力作用，造成线圈移动或振动，因此，线圈必须坚固。

一般用玻璃布板做槽楔在槽内压紧线圈，并且在两端部用玻璃纤维带扎紧，然后把整理个电枢进行绝缘处理，使电枢成为一个坚固的确整体。

端盖-静止部分2
由于端盖与机座配合后用来支撑转子，因此，在端盖的中心处应开有轴承室圆孔，以供安装轴承。

端盖的端面有止口与机座配合，与柴油机专配发电机在轴伸出端的端盖两端面，均有端面止口，以保证转子装配后同轴度的要求。

TFW 系列发电机的端盖用铸铁铸造，而TFE系列发电机的端盖则采用钢板焊接而成。

交流励磁机定子-静止部分3
交流励磁机产生的交流电，经旋转整流器整流后，供同步发电机励磁用。

为了免去励磁机与旋转磁极式发电机用电刷、滑环提供励磁电流，因此，交流励磁机的定子为磁极，而转子为电枢。

TFW系列发电机励磁的定子铁芯用1mm低碳钢板制成。

它有若干对磁极，每个磁极均套有集中式的励磁线圈，并用槽楔固定，然后进行浸漆烘干绝缘处理。

TFE系列发电机的励磁机定子铁芯是用硅片叠压而成，其励磁线圈先在玻璃布板预制的框架上绕制，经浸渍漆绝缘处理后套在励磁定子铁芯上，并
用销钉固定。

此系列发电机的励磁机的定子绕有两套的励磁绕组，即电压绕组和电流绕组，具有电流复励作用，以改善发电机调压性能和增大过载能力。

为便于起励，该励磁机励磁的定子铁芯里埋疫三块永久磁钢。

为防止漏磁，磁钢与定子铁芯之间用绝缘纸板进行磁隔离。

励磁机的定子均用紧固螺钉或环键固定在后端后的铸造筋条上或焊接在支承件上。

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