交流发电机工作原理教案

交流发电机工作原理教案(2 学时)

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教学内容（章节备课）

（一）、复习旧课、导入新课

1、提问：出示实物，回答名称、功用。

2、总结：交流发电机的构造

爪极：鸟嘴形：产生近似与正弦波的交流电动势

转子励磁绕组：有电流通过，产生磁场

滑环轴

三相绕组：产生相位相差120度，大小相等的三相交流电动势定子连接有三角连接和星形连接两种。以星形连接为主。

铁心：由硅钢片叠压而成

整流器：将三相绕组产生的交流电变为直流电。

主要元件：二极管

主要利用了二级管的单向导电性。

前后端盖：由非导磁材料铝合金制成。

特点：漏磁少，质量轻，散热性能好。

版图1：（略）

3、引入新课

请同学们想象电池充电器原理：交流220V市电经变压器降压→发电机电枢绕组交变电动势、整流电路→整流器、控制电路→调压器，下面介绍交流发电机发电、整流原理。

(二)、新课

§2.2 交流发电机工作原理

一、发电原理

交流发电机的发电原理如图所示。（动画1）

互动：交流市电发电、供电简要介绍

发电机就是一台利用法拉第电磁感应原理驱动电荷的“电荷泵”。

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1、发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）

2、磁场外有一个定子绕组, 绕组有3相绕组，3相绕组彼此相隔120度

3、当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生交变电动势。

互动：为什么定子绕组要均匀错开120度布置？

（1）定子3相绕组感生电动势的大小为：

eu=Emsinωt=1.414Eφsinωt

ev=Emsin（ωt-2／3π）=1.414Eφsin（ωt-2／3π）

ew=Em sin（ωt+ 2／3π）=1.414Eφsin（ωt+ 2／3π）

其中：E m -每相电动势的最大值

ω-电角速度

f-交流电动势的频率（为转速的函数）

p-磁极对数

n-发电机转速（r/min）

Eφ-每相电动势的有效值

（2）定子每相电动势的有效值

K-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方法有关 )

N-每项匝数（匝）

φ-每极磁通（Wb）

Ce-电机结构常数

互动：如此每一时刻三相绕组与整流桥连接的A、B、C三点电位总有一最高和最低，另一个介入高低之间。

二、整流原理

交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通, 当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下:

1、二极管的导通原则

板图2

当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；

当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。

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互动：二极管导通后公共的负极或正极分别被钳位、约8V或-9V，其他两支二极管均反向偏置。

2、整流过程分析

三相桥式整流电路及电压波形见（动画2）

（1）、整流时二极管导通条件：

①对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电位最高一相的正极管导通。

②对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电位最低一相的负极管导通。

但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。

（2）、整流过程

看一下动画

三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压，线电压的平均值。

互动：正负二极管是交直流的“楚河汉界”，内为三相交流、外是直流B→E；试画出任意时刻的等效电路：

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e（最高）→相接的正极管→B

↑↓

↑负载

e（最低）←相接的负极管←↓E

3、定子绕组的“△”连接（见于通用别克）

三角形接法中：三相绕组首尾分别为euax、evby、ewcz，它们依次首尾相接，则一种情况是与整流桥连接的A、B、C三点的电位最高的是eua、次之的是evy、最低的是eux，eu和ev+ew并联后经VD1、VD4整流输出，负载上获得的是相电压的平均值。

较之“Y”连接，“△”连接低速充电性能差，但相同条件下输出电流大，即带负载的能力强。

互动：请同学们自行分析其它几种整流输出情况。

版图3

4、中性点电压UN

有的发电机具有中性点接线柱，如图是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为UN，称为中性点电压

版图4

每一时刻负半波且电位最低的那一相绕组的电压先由N直接输出后经与该相绕组连接的负极管回到本相绕组。

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所以交流发电机中性点有交流三次谐波电压叠加：en3=Em3sin 3ωt

随着发电机转速的提高，中性点交流三次谐波叠加电压也升高。见板图7

当中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时，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→三只负极管→定子绕组→中性点。

当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时，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→三只正极管→负载→中性点负极管→中性点。见动画3

由于中性点参与了对外输出，所以能提高输出功率。

板图7

动画3

注意：板图7中的三次谐波叠加之交流电压的正方向与动画2中的eu、ev、ew的规定相反。

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