无刷三相同步发电机培训资料

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1、无刷三相同步发电机培训教材一、同步发电机的工作原理二、同步发电机的结构三、同步发电机的励磁系统四、同步发电机的试验9一、同步发电机的工作原理同步发电机就是一个将机械能转换成交流电能的电力机械。发电机通过它内部的电磁作用将放置的机械能转换成电能。火力发电厂的汽轮机带动发电机旋转，水电站的水轮机带动发电机转动，船舶上的柴油机拖动发电机工作。这其中，汽轮机、水轮机、柴油机都是发电机的原动机。它们通过轴传输带动发电机旋转的机械能。下面要讲的内容就是同步发电机的工作情况以及有关交流电的一般概念。l交流发电机图1：发电机模型这是一个

2、同步发电机工作原理的示意图。它的转子是一对磁极，定子上安放了发电机的定子绕组，它有三相的，也有单相的。当原动机带动转子磁极旋转以后，磁场和线圈产生了相对运动，线圈的导体切割了磁力线，因而在线圈中产生了感应电动势（简称电势），此时也就是说发电了。这个电势的方向由右手定则决定，电势的大小由电势公式得：e=Blv式中：B——磁通密度；l——导体的有效长度；v——相对运动时的线速度；这个关系式表明：若磁极的磁场越强，线圈越长，转子的旋转速度越快，那么产生电势的数值越大。e图2：交流电势波形0t9这是一个随时间交变的电势。因为磁极

3、在旋转，线圈边导体所处的磁场位置不断地变换，从N极变到S极时电势就跟着改变大小和方向，所以说是一个交流电势。l频率电势每钞钟内变化的次数称为频率，用f表示。如图1的一对磁极的电机（简称一对极），转子转一圈，导体下的极性变换一次，电势也就变化一次，所产生产电势波形如图2所示。所以这个电机的转子每秒钟旋转的转速，也就是线圈电势随时间交变的频率。频率的一般表示式：f=(1/秒)式中：ns——转子每分钟的转数（转/分）p——转子的极对数我国电力工程的标准频率为每秒50周，即50赫兹（Hz）。故同步发电机的极对数p和转速ns有严格

4、的规定。表1：转速与极对数的关系（f=50Hz时）极对数p1234568转速ns300015001000750600500375l交流电的有效值、瞬时值、最大值和平均值交流电势（交流电流）在某一瞬间的数值称为瞬时值。在交变的一周中，下向或负向最大的瞬时数值称为最大值，也称幅值。交流的正半周或负半周内各瞬时值的平均数值称为平均值。在实际应用中，交流电的大小常用有效值来表示，通常所说的交流电压（如380V、220V）及交流电流（如5A、10A）其数值都是指的有效值。交流电的有效值等于交流电一周中各瞬时值平方的平均值的平方根，

5、故也称为均方根值。正弦波交流电的有效值为最大值的1/或0.707倍。其关系如下：I=Im/=0.707ImE=Em/=0.707Em式中：I——交流电流有效值，Im——交流电流最大值，E——交流电压有效值，Em——交流电压最大值。l交流电的电角度和相位差交流发电机的转子旋转经过一对磁极就可以产生交变电动势的一个周期的变化。不论其实际空间角度如何，规定交流正弦波变化一周的角度为360°电角度（2π弧度）。在交流电路中，除了电阻外不包含有电抗（电容和电感），会使电路中的电压和电流之间产生相位差（用φ表示），使电流的变化不与电

6、压的变化一致，总是滞后或者超前一定的电角度。9l三相交流电的产生（a）（b）eeAeBeCEm0ωt120°240°（c）图3：电机模型（a）一对极（b）两对极（c）一组电势波形在图3（a）中，重复了图1的模型，但增加了一个线圈B-Y，这个线圈的位置和原有线圈错开120°角的位置，当转子旋转时，对于每个线圈单独来说，都产生一个交流电势，但这两个交流电势之间有一个相位差。亦即：B-Y的电势最大值出现的时间要比A-X线圈晚一些，即相差120°的时间，相位差为120°。同样在与B-Y相距120°的位置上布置一个线C-Z，这时，

7、C-Z与A-X也相差120°，即三个线圈互差120°。那么就可使得C-Z的电势落后B-Y120°。这样就可以得到一组相位互差120°的三相电势，即产生三相交流电（其电势波形见图3(c)所示）。由于引用了电角度，从而使我们对于任何极对数的电机都可以简化成一对极的电机来讨论，所以结论应该是：要获得三相电势，就必须在电机园周上布置一套互相差120°电角度的三个绕组。若以A、B、C表示相序，以eA、eB、eC表示三相电势，以数学式表示三个电势为：9eA=EmsinωteB=Emsin（ωt-120°）eC=Emsin（ωt-24

8、0°）式中：Em——正弦波电势的振幅；ω——电势的角频率，ω=2πf（弧度/秒）l三相交流电的功率、功率因数在交流电路中，交流电的功率一般常用平均功率P来表示。平均功率就是指在一个周期内瞬时功率的平均值。在纯电阻的电路中：P=UI=I2R=U2/R在具有电抗的交流电路中：a．电压与电流有效值的乘积，称为交流电的视在功