同步发电机工作原理

交流旋转电机主要分为同步电机和异步电机。同步电机主要用作发电机，而异步电机主要用作电动机。所谓同步电机即指电机的转速为同步转速（恒定值），而异步电机即指电机的转速不同于同步转速（非恒定值）。同步发电机主要由定子和转子两部分组成。转子又由铁芯和励磁绕组构成，励磁绕组靠外接直流电源供给励磁电流。当励磁绕组中流过直流电流后，产生磁极磁场，原动机拖动转子旋转时，这个磁场随同转子一起旋转，该磁场与定子之间发生切割磁力线运动，在定子绕组中感应出对称的交流电势。如果同步电机接上负载，就有三相电流流过，这时同步电机将机械能转换为电能。发电机主要有定子和转子两部分，定、转子之间有气隙，原理如图8.1所示。定子上有AX、BY、CZ三相绕组，它们在空间上彼此相差120°电角度，每相绕组的匝数相等。转子磁极（主极）上装有励磁绕组，由直流励磁，其磁通方向从转子N极出来，经过气隙、定子铁芯、气隙，再进入转子S极而构成回路，如图1中的虚线所示。

图1 同步发电机工作原理图

用原动机拖动发电机转子沿逆时针方向旋转，则磁力线将切割定子绕组的导体，由电磁感应定律可知，在定子导体中就会感应出交变的电势，即tEtlvBemmω=ω=sinsin

Bm为正弦波磁密的最大值，l为磁力线切割导体的长度，v为磁力线切割导体的线速度，ω＝2πf，f为电势的频率。由于发电机定子三相绕组在物理空间布置上相差120°，那么转子磁场的磁力线将先切割A相绕组，再切割B相，最后切割C相。因此，定子三相感应电势大小相等，在相位上彼此互差120°电角度，如图2。

图2 发电机三相感应电势

假设相电势最大值为Em，A相电势的初相角为零，则三相电势的瞬时值为： tEemAωsin= )120sin(°−=tEemBω )240sin(°−=tEemCω 如果某发电机有p对极，转子每分钟转数为n，则转子每秒钟旋转n/60转，那么感应电势将每秒交变（pn/60）次，即频率为f=pn/60 Hz。由于汽轮发电机的极对数为1，所以n＝3000r/min情况下，f＝50Hz。原动机拖动同步发电机带对称负荷稳定运行时，原动机输入到发电机的机械功率称为输入功率。扣除发电机的铜损、铁耗和机械损耗等附加损耗后，通过电磁感应、定子磁场相互作用，将剩余的机械功率转变为电功率，称为电磁功率。