三相同步发电机的组成及工作原理2009年04月17日12:29不详 作者：佚名 用户评论（0）三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n（rpm）旋转，根据电磁应原理，三相 定子绕阻便感应交流电势定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出若认为磁路不饱和，则电 枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通，并在定子绕阻内感因电势对于极电机，电枢磁势所感应的电 势可以表示为Ea = -jIaXa. Xa被称为电枢反应电抗Xa+Xo =Xs隐极同步发电机的同步电抗对于凸 极电机，因直轴.交轴处磁阻不同，可将电枢磁势分解成Fad和Faq分别研究它们所感应的电势分别写 成Ead = -jIdXad和Eaq = -jIqXaq，式中Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗Xad+Xo =Xd.Xaq+Xo =Xq,Xd和Xq分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗Xo为漏磁通引起的电抗同步 电抗是决定同步电机性能的一个重要参数，通个开路实验和稳态实验就可求取同步发电机的空载特性是一个很重要的特性，它直接影响着电机的其它特性，通个开路实验还可以发现励 磁系统的故障态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性，和空载特性配合，可以求出 同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。
同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率同步发电机的调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时，不改变端电压值.负载电流到多小而不使励磁 电流超过规定值国家标准"GB1029"对三相同步电机的实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机的型式实验或 检查实验通过实验可以确定该电机各性能指标各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的相应技术 条件中有具体规定，将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机的质量和性能了若求取额定励磁电流和电压变化率，一般用做图法，跟国家标准GB1029介绍，其具体步骤如下：（1） 如图1上绘制开路特性曲线，并沿纵轴额定相电压相量UN.（2） 自原点O作额定电枢电流相量IN，与纵轴成①N角（cose N为额定功率因数）3） 从相量UN终端作出电枢绕组电阻压降INRa平行与相量，IN,Ra为基准工作温度时的绕组电阻（对 大型电机的Ra可忽略不计，对小型电机可进可行实际测量），从INRa终端作一垂直于相量IN的保梯电 抗压降相量INXp（Xp的保梯电抗压降相量INXp（Xp的求法见下（5），UN和INRa及和INRa及INXp的相量和为相量Ep,Ep和UN的夹角0。
4） 由开路特性确定的对应于Ep的励磁电流为Ifp在相量终端上与纵与纵轴成e N角做相量Ifa（5） 额定电枢电流时电枢反应的励磁电流Ifa和保梯电抗Xp的确定：如右下图上的开路特性曲线，并在图上作F点，F点的纵坐标为额定电压，横坐标为零功率因数特性上对 应于于额定电枢电压.额定电枢电流的励磁电流通过通过F点作平行于横轴的直线CF，取CF的长度等于 三相稳态短特性曲线上对应于额定枢电流的励磁电流Ifk，自点C作直线平行于开路特性的直线部分于开 路特性交于^自CF作的垂线HK交CF于K，线段HK的长度即为额定电枢电流时在保梯电流电抗Xp上的压降^Up，则保梯 电抗Xp，可按下式计算Xp = AUp/IN若用标么值绘制开路特性曲线时，则,即可直接得出.线段的长度代表对应于时的励磁电流.?（6）与的向量和即为额定励磁电流7）由开路特性曲线求出对应与开路电压电压变化率按下式机算△ U= （U0-UN）/UN*100注：实验室里为教学实验用的同步电机通常是小型的＜一＞发电机概述发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动， 将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。
发 电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律因此，其构造的一般原则是：用 适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的发电机已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口＜二＞发电机的分类可归纳如下：发电机分：直流发电机和交流发电机交流发电机分：同步发电机和异步发电机（很少采用）交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机＜三＞发电机结构及工作原理发电机通常由定子、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，便产生了电流柴油发电机工作原理柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活 塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。
柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅 速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成 了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电 磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流这里只描述发电机组最基本的工作原理要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机 和发电机控制、保护器件和回路详细请进＞＞＞ 汽油发电机原理汽油机驱动发电机运转，将汽油的能量转化为电能在汽油机汽缸内，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行作功各汽缸按一定顺序依次作功， 作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转将无刷同步交流发电机与 汽油机曲轴同轴安装，就可以利用汽油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会 输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流同步发电机的工作原理调控及维护柴油发电机组是常用的备用电源，由于它以柴油发动机燃烧柴油为动力，带动发电机发出与 市电同样性质的电力，所以用在市电断电后需要后备电源供电几小时以上的场合。
从性能价 格比、对工作环境的要求、带非线性负载能力方面考虑,采用柴油发电机组比使用很多大容 量蓄电池的长延时UPS往往具有一定的优势但是柴油发电机组在市电断电后需要十秒钟 左右才能发出稳定的电力，这就大不如UPS可不间断供电的特点因此，柴油发电机组和UP S通常是取其各自的优势构成一个完善的、可靠的电源系统,以确保重要设备的不间断供 电柴油发电机组一般是采用同步发电机（也俗称电球）将柴油发动机的旋转机械能转为电 能各种用电设备要依靠它发出的电力工作因此对同步发电机的工作性能要求是很高的1同步发电机的工作原理同步发电机是根据电磁感应原理制造的主要组成部分如图1现代交流发电机通常由 两部分线圈构成;为了提高磁场的强度，一部分线圈绕在一个导磁性能良好的金属片叠成的 圆筒内壁的凹槽内，这个圆筒固定在机座上称为定子定子内的线圈可输出感应电动势和感 应电流，所以又称其为电枢发电机的另一部分线圈则绕在定子圆筒内的一导磁率强的金属 片叠成的圆柱体的凹槽内，称为转子一根轴穿过转子中心并将其紧固在一起,轴两端与机座 构成轴承支撑转子与定子内壁之间保持小而均匀的间隙且可灵活转动这叫做旋转磁场式结构的无刷同步发电机。
工作时，转子线圈通以直流电形成直流恒定磁场，在柴油机的带动下转子快速旋转，恒定磁场也随之旋转，定子的线圈被磁场磁力线切割产生感应电动势，发电机就发出电来1—前端盖;2—出风盖板;3—轴承;4—定子;5—端子箱侧板;6—电压调节器;7—调节器 支架;8—端子箱顶盖;9—端子箱前后板;10—接线板;11—接线板支架;12—端子箱侧板;13— 吊攀;14—轴承盖;15—进风盖板;16—后端盖;17—励磁定子;18—励磁定子固定螺栓;19—轴 承;20—旋转整流器;21—励磁电枢;22—接地牌;23—转子;24—风扇;25—永磁机机壳;26— 永磁机转轴;27—永磁机转子;28—永磁机定子;29—永磁机定子固定螺栓;30—永磁机转子 固定螺栓;31 —垫圈;32—永磁机盖板图1双轴承发电机剖视图转子及其恒定磁场被柴油机带动快速旋转时,在转子与定子之间小而均匀的间隙中形成 一个旋转的磁场，称为转子磁场或主磁场平常工作时发电机的定子线圈即电枢都接有负载 定子线圈被磁场磁力线切割后产生的感应电动势通过负载形成感应电流此电流流过定子线 圈也会在间隙中产生一个磁场，称为定子磁场或电枢磁场这样在转子、定子之间小而均匀 的间隙中出现了转子磁场和定子磁场，这两个磁场相互作用构成一个合成磁场。
发电机就是 由合成磁场的磁力线切割定子线圈而发电的由于定子磁场是由转子磁场引起的，且它们之 间总是保持着一先一后并且同速的同步关系，所以称这种发电机为同步发电机同步发电机 在机械结构和电器性能上都具有许多优点2同步发电机的调控同步发电机在其额定负载范围内允许带各种用电负荷这些负荷的输入特性会直接影响 发电机的输出电压;当负载为纯电阻性时，因为同步发电机的定子端电压一一电枢端电压与 负载电流是同相的，所以使得转子磁场的前一半被定子磁场削弱，而后一半又被定子磁场加 强，一周内合成磁场平均值不变,发电机输出电压不变负载呈现为纯电感性时,则因负载电流 滞后电枢端电压90°而使得定子磁场削弱了转子磁场,合成磁场降低，造成发电机输出电压下 降若负载是纯电容性的，负载电流就会超前电枢端电压90°,从而使定子磁场加强了转子磁 场,合成磁场增大，发电机输出电压上升可见;合成磁场是使发电机性能变化的一个重要因素而合成磁场中起主要作用的是转子磁场即主磁场，因此，调控转子磁场就可以调节同步发 电机的输出电压改善其带负载能力，从而达到在额定负荷范围内稳住发电机输出电压的目 的1) 同步发电机转子的励磁所谓励磁即是向同步发电机转子提供直流电使其产生直流电磁场的过程。
同步发电机转 子凹槽内的线圈就是由称做励磁机的一个专门的设备为其供以直流电形成直流磁场的早期 的发电机是采用单独的励磁机给转子线圈提供直流电的，系统庞大而复杂随着技术的进步, 现代同步发电机都是将发电机与励磁机组装在一起构成一个完整的发电机励磁机其实就是个小发电机，它的工作原理与同步发电机一样所不同的是它的定子线 圈和转子线圈所起的作用与同步发电机一一主发电机正好相反;固定在主发电机定子旁的励 磁机的定子线圈通以直流电形成直流磁场，而安装在主发电机转子轴上的励磁机的转子线圈 成为输出电动势的电枢励磁机的转子与定子内壁之间也是保持着小而均匀的间隙这也称 为旋转电枢式结构的无刷同步发电机安装在主发电机定子旁的励磁机定子线圈的直流电 是由主发电机定子线圈即电枢的部分输出电压经整流后而得到的与主发电机转子同轴安装 的励磁机转子线圈在其定子线圈产生的磁场内旋转、切割磁力线所产生的感应电动势经同 轴安装在它旁边的整流器也就是旋转整流器变成直流电流，输到主发电机的转子线圈使其产 生直流转子磁场从而达到了对主发电机转子线圈励磁的要求2) 同步发电机输出电压的调控调控的目的就是实现在同步发电机额定负荷范围内稳住输出电压。
调控技术的理念是实 时地从主发电机电枢取得电压和电流，经整流和负反馈调理后供给励磁机的定子线圈，使其 产生变化规律与主发电机输出电压变化规律相反的直流电磁场，这个磁场也必然使励磁机转 子电枢的输出电压及旋转整流器供给主发电机转子线圈的直流电流按同样的规律而变化从 而起到实时调节主发电机转子磁场大小，使主发电机在额定负荷范围内保持良好输出特性的 作用对发电机输出电压的调节过程，可以用以下的流程表示；由于负荷增加使主发电机电枢电压1(降)一经负反馈调理后励磁机定子电流及磁场［一 励磁机转子电枢输出电压f一旋转整流器输出电流f一主发电机转子磁场f一使主发电机电枢 电压f若主发电机电压升高，则其反馈调控使以上各环节作用降低，导致电压回到额定值可见通过励磁机实时调控主发电机转子磁场的大小,就可以稳住输出电压这其中起重 要作用的是负反馈调节单元，通常称其为恒压励磁装置和自动电压调节器3) 自动电压调节器现代交流同步发电机常用自动电压调节器AVR这种电子部件调节励磁机定子磁场的强 弱虽然AVR的种类很多，但性能大同小异;都是实时采样主发电机的输出电压值与预先设 定的值相比较，用比较的结果去调节脉冲宽度调制器PWM;输出电压值高则调制器输出脉冲 宽度窄，反之则宽。
然后再用这些脉冲去调控大功率开关器件即三极管或场效应管控制送入 励磁机定子线圈的电流的时间从而使它的磁场强弱随着主发电机输出电压的变化而相反变 化;即输出电压升高则励磁机定子磁场减小,输出电压降低励磁机定子磁场增强从而达到负 反馈调控的目的图2自动电压调节器电路原理方框图图2是常用的一种AVR类型取样自主发电机输出电压的信号从8、9两端输入到电 压测量比较单元，与内部预先设定的电压值（例如380V）相比较比较结果以输出电压UA送 入脉冲宽度调制单元PWM,输出电压UC送入低频保护单元电压测量比较单元的L、S、 H是连接主发电机输出电压幅值调节电位器的三个端子脉冲宽度调制器由稳压器输出的直流电压UCC作为工作电源，以确保其性能稳定它的 输出电压UB控制调制管VT3若由电压测量比较单元送来的UA大,表明主发电机输出电 压升高，则大的UA就会使脉冲宽度调制器输出的脉冲UB的宽度变窄窄的脉冲就会使VT3 导通时间短,通过的电流少反之，主发电机电压降低UA变小,脉冲宽度调制器输出的脉冲 UB的宽度随之变宽,从而使VT3导通时间变长，通过的电流增多励磁机定子线圈一端接在端子X1上，另一端接在XX1端子上。
由主发电机电枢送来的 EA、EB、Ec三相电压，经过三个二极管VD10、VD11、VD12整流后，电流从X1端流入励 磁机的定子线圈，由XX1流出,再经过调制管VT3和XN端子流回主发电机电枢，形成励磁机 定子线圈的励磁电流通路VT3是这个通路上的开关，它导通时间长，则定子线圈流过电流时 间长，定子磁场强度大;VT3导通时间短，定子线圈电流少，定子磁场强度小AVR就是这样调控主发电机的电压的;主发电机由于负荷原因输出电压升高，电压测量 比较单元输出的UA随着升高，受UA控制的脉宽调制器输出脉冲UB宽度变窄,开关管VT3 导通时间短,励磁机定子磁场减弱，转子电枢电压及旋转整流器输出电流随之减小，导致供给 主发电机转子的励磁电流变小，则主发电机因其转子磁场的减小而使输出电压降低反 之,AVR的负反馈调控功能就会使主发电机的输出电压升高在主发电机因负荷超出额定值而输出极大电流时，柴油发动机也需随之输出巨大的动力 以致导致其转速低于额定值低频保护单元的作用就是在这种情况下限制励磁机定子线圈里 电流的超额增大它以电阻和电容构成的充放电支路预先设定一个低频保护点，当主发电机 负荷正常时,从电压测量单元来的UC小于低频保护点,则低频保护单元输出的电压Ud高，二 极管VD8被截止,Ud到不了脉宽调制器，起不了作用。
若主发电机超载则Ud变低,VD8导 通,Ud和UA就可同时作用于脉宽调制器，使其输出的脉冲UB随Ud的下降而变窄，调制管 VT3导通时间随之变短,励磁电流减小励磁机定子磁场变弱，从而导致主发电机转子磁场减 小发电机输出电压下降、电流减小低频保护单元起到了保护励磁机和主发电机的作用3同步发电机的维护同步发电机是柴油发电机组的关键部分为柴油发电机组建立一个合适的工作环境，做 好日常维护是十分必要的发电机房内的高温、潮湿和空气污染物是引起发电机故障的最常见因素粉尘、灰尘和 其它空气污染物的积累会引起绝缘层的性能变坏，不仅易形成对地的导电通路，还会使转子 轴承部分的摩擦力增大而发热湿气以及空气污染物中的湿气极易在发电机内形成对地的漏 电通路，引起发电机故障机房内温度过高会使发电机组工作时产生的热量难以散出,造成其 输出功率下降、机组过热所以机房的防尘、防潮湿、通风降温就必须引起足够的重视无论是单轴承发电机还是双轴承发电机，它们的转子轴与柴油发动机主轴之间连接的同 轴度要求很高长时期运行后的机组有时同轴度可能降低,导致发电机燥声增大，温度过高 应定期检查、维护以保持同轴度良好1FC5、1FC6系列无刷三相同步发电机（184〜804机座）主要技术数据详细介绍： 发布时间：2006-12-25 10:48:45表 1 1FC5、1FC6 (450V/260V, 60Hz)型号额定输出/kVA同步转速/ （r/min）功率因数1FC6 184-431185-43518000. 8 （滞后）185-4421FC6 223-455224- 4225- 4688018000. 8 （滞后）226-495IFC6 283-4125284-416018000. 8 （滞后）285-4200286-4240IFC6 350-4290352-4330353-437018000. 8 （滞后）354-4420355-4450356-4525IFC6 403-4560404-461018000. 8 （滞后）405-4650406-47001FC6 453-4830454-495018000. 8 （滞后）455-41040456-411501FC6 502-41300504-4152018000. 8 （滞后）506-416601FC6 562-42000564-4211018000. 8 （滞后）566-423001FC5 632-43650634-4310018000. 8 （滞后）636-435001FC5 710-437000. 8 （滞后）1FC6 354-628012000. 8 （滞后）356-63701FC6 404-646012000. 8 （滞后）406-65601FC6 454-674012000. 8 （滞后）456-68601FC6 502-61200504-6132012000. 8 （滞后）506-615301FC6 562-61570564-6183012000. 8 （滞后）566-619001FC5 630-62100632-6230012000. 8 （滞后）634-62550636-639001FC5 712-6714-6716-633003700420012000. 8 （滞后）1FC6 502-8504-8506-88208809509000. 8 （滞后）1FC6 562-8564-8566-81130128014109000. 8 （滞后）1FC5 632-8634-8636-8638-815601800220024509000. 8 （滞后）1FC5 712-8714-8716-82800320036009000. 8 （滞后）1FC5 802-8804-8420049009000. 8 （滞后）1FC6 502-10504-10506-106707408107200. 8 （滞后）1FC6 562-10564-10566-10950108012707200. 8 （滞后）1FC5 632-10634-10636-101320152018007200. 8 （滞后）1FC5 710-10712-10714-10716-1020202280252028207200. 8 （滞后）1FC5 800-10802-10804-103180360039607200. 8 （滞后）1FC6 564-129506000. 8 （滞后）1FC5 636-1214406000. 8 （滞后）注：适用的环境环境为40°C。
型号额定输出/kVA同步转速/ （r/min）功率因数1FC6 184-426185-43015000. 8 （滞后）186-4351FC6 223-4224- 4225- 4226- 44556698015000. 8 （滞后）IFC6 283-4284- 4285- 4286- 412014517521015000. 8 （滞后）IFC6 350-4352-4353- 4354- 4355- 4356- 424028032534038542015000. 8 （滞后）IFC6 403-4404- 4405- 4406- 445051056060015000. 8 （滞后）1FC6 453-4454- 4455- 4456- 469080087095015000. 8 （滞后）1FC6 502-4504-4506-410701310142015000. 8 （滞后）1FC6 562-4564-4566-417301850200015000. 8 （滞后）1FC5 632-4634-4636-422002600290015000. 8 （滞后）1FC5 710-4305015000. 8 （滞后）1FC6 354-6356-624031010000. 8 （滞后）1FC6 404-6406-637547510000. 8 （滞后）1FC6 454-6456-659071010000. 8 （滞后）1FC6 502-6504-6506-610001150125010000. 8 （滞后）1FC6 562-6564-61310150010000. 8 （滞后）566-616001FC5 630-61750632-6192010000. 8 （滞后）634-62150636-624001FC5 712-62750714-6310010000. 8 （滞后）716-635001FC6 502-8670504-87307500. 8 （滞后）506-88001FC6 562-8940564-810707500. 8 （滞后）565-811801FC5 632-81300634-814807500. 8 （滞后）636-81820638-820501FC5 712-82350714-826507500. 8 （滞后）716-830001FC5 802-835007500. 8 （滞后）804-841001FC6 502-10550504-105906000. 8 （滞后）506-106701FC6 562-10790564-108906000. 8 （滞后）566-1010501FC5 632-101100634-1012606000. 8 （滞后）636-1015001FC5 710-101680712-1019006000. 8 （滞后）714-102100716-1023501FC5 800-102650802-1030006000. 8 （滞后）804-103300。