同步发电机的基本工作原理

的极对数p和转子的转速n。转子转速越高，定子绕组感应电势
E0的频率越高。即 n↑→ f↑。可见，同步发电机极对数p一定时， 转速n与电枢电动势的频率f之间具有严格不变的关系。
说明: 如果发电机作为电源单独给负载供电，对电源频率的要求并不
十分严格，对原动机的转速要求也不很严格。
同步发电机原理小结:外部直流电源通过滑环向转子提供直流 励磁电流，并产生磁场；原动机拖动转子旋转，转子磁极磁场 切割三相定子绕组，感应三相交流电。
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为减少漏磁防止涡流引起过热，
定子铁芯压紧
在定子铁芯的两端用非磁性材料
制成的压板将其夹紧，整个铁芯
固定在定子机座上，如图所示。
沿定子铁芯内圆表面的槽内放置 (a)无磁性压板 (b)定子铁芯剖面 三相定子绕组。
为了能承受住突然短路等过渡过程产生的巨大的电磁力而引 起的端部变形，以及正常运行时不致于产生较大的振动，定子绕 组端接部分需用线绳绑紧或压板夹紧在非磁性钢做成的端箍上， 如图所示。
转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原 动机拖动发电机转子以转速n按图示方向 作恒向旋转。
定子中三相绕组的导体依 次切割磁力线，三相绕组便感 应产生各相大小相等、相位彼 此相差1200的交流电动势。 若气隙磁通密度按正弦波分布， 则三相绕组感应电动势波形如 图所示，且相序为A→B→C。
每相感应电势有效值: E0 4.44 fNK w10
Electrical machinery principle
定子绕组端部
同步发电机的基本工作原理
同步发电机基本原理工作是根据电磁感应现象，即导体切割 磁力线产生感应电动势工作的。因此，同步发电机应有产生磁 力线的磁场和切割该磁场的导体。
1.交变感应电动势的产生 如图所示，外部直流电源通过滑环向
的数值.
2.感应电势的频率
交流电动势的频率f可这样确定:当转子为1对极时，转子旋 转一周，定子绕组中感应电动势变化一个周期；当同步发电机具 有p对极时，转子旋转一周，感应电动势就交变p个周期；当转 子的转速为每分钟n转时，则交变电动势的频率为:
f pn 60
转子的转速(r/min)
由上式可知:同步发电机定子绕组感应电动势的频率取决于它
发电机工作原理
1.发电机主要构成部分 2.发电机原理
发电机基本构成和作用
1.定子（定子铁芯、定子绕组） 2.转子
(2)励磁绕组
励磁绕组是由矩形的绝缘 扁铜线绕成同心线圈，两线圈 边分别放置在大齿两侧所开出 的槽内，所有线圈串联组成励 磁绕组，构成转子的直流电路。 励磁绕组引出的两个线端接在 滑环上，并通过电刷与外电路 直流电源相连接。
失磁的种类
发电机励磁系统故障分为励磁异常下降和完全失磁 两类。励磁异常下降时，如果发电机静态稳定储备 不足，则可能破坏发电机的静态稳定性。发电机完 全失磁后不但不发出无功功率，还要从系统吸收无 功功率，无功功率很快减小到零，然后向负变化到 较大值；定子电压下降，电流增大，有功功率减小 。失步后发电机转子本体上感应出的滑差频率的交 变电流会引起转子发热及使机组发生振动，从而危 及整个发电机的安全。
每相感应电势有效值: E0 4.44 fNK w10
定转子受力分析和电磁力矩产生
电磁力矩：发电机在原动机带动下电枢绕组切割磁 力线感应电势，发出电流；当电流流过电枢绕组产 生的磁场作用于转子，转子会受到磁场的作用产生 电磁力，而形成电磁转矩，这个转矩与原动机转矩 方向反，大小与输出电流成正比，原动机转矩克服 电磁转矩使发电机保持恒速旋转，这就把机械能转 换为电能输送出去。
注意:励磁绕组的各线匝间需垫有 绝缘材料，同时，线圈和铁芯之 间也需有可靠的“对地绝缘”。
(3)紧固件 转子紧固件包括护环和中心环。由于汽轮发电机转速高，绕组
端部受到很大的离心力，所以必须采用护环和中心环来可靠地固 定，如图所示。护环把转子励磁绕组的端部套紧，以防绕组端部 甩出。中心环用来支持护环和防止转子绕组端部的轴向位移。为 了减少端部漏磁场，护环采用非导磁合金钢材料。
发电机失磁故障
发电机做为系统唯一的无功源，向系统提供无功 ，建立电压。而发电机无功的来源于励磁系统输出的 直流经转子旋转，建立转子旋转磁场，这侧磁场切割 定子绕组产生定子电压，并网后，因定子中产生电流 ，定子绕组又产生一个磁场，与转子产生的磁场相互 作用，完成转子上的机械能到电能的转化。
发电机在运行中由于某种原因引起发电机励磁电 流大幅度减小，甚至失去外施励磁电流，称之为发电 机“失磁”。造成发电机失磁的原因很多，通常是由 于自动调节励磁装置故障、转子绕组短路、励磁回路 因断线而开路、灭磁开关误跳闸使励磁绕组经灭磁电 阻闭路等，这些故障都可能使发电机转子回路外施励 磁电流消失造成发电机失磁。
机组加负荷发电机影响机理
当开大汽门时,发电机转
子轴上的主力矩增大,此时由 于电功率还没开始变,即阻力 矩的大小没有变,故转子要加 速,使转子和定子间的夹角就 拉开一些,根据电机本身的功 角特性,功角一增大,电机的输 出功率就增大,也即多带负荷. 转子会不会一个劲儿地加速
呢 正常时是不会的.因为电机 多带了负荷,阻力矩就增大,当 阻力矩大到和主力矩平衡时, 转子的转速就稳定下来,此时, 发电机的出力便升到一个新
1.交变感应电动势的产生 如图所示，外部直流电源通过滑环向
转子提供直流励磁电流，并产生磁场；原 动机拖动发电机转子以转速n按图示方向 作恒向旋转。
定子中三相绕组的导体依 次切割磁力线，三相绕组便感 应产生各相大小相等、相位彼 此相差1200的交流电动势。 若气隙磁通密度按正弦波分布， 则三相绕组感应电动势波形如 图所示，且相序为A→B→C。
作用：保护转子绕组端部
(4)滑环
滑环
直流电流通过截止的正负极性的电刷、
两互相绝缘且套在转轴上随转子转动的
滑环引入转子励磁绕组。
(5)风扇
风扇
汽轮发电机的转子细长，通风冷却比
较困难，故转子的两端一般装有轴流式
或离心式风扇，用以改善冷却条件。
(1)定子铁芯
定子铁芯是主磁路的一部 分,嵌放定子绕组。一般由厚 0.5mm或0.35mm的硅钢片 叠成，沿轴向叠成多段形式， 每段叠片厚为30-60mm。各 段叠片之间留有宽约10mm 的通风槽，以改善定子铁芯的 散热条件，如图所示。