发电机励磁原理及构造
图解发电机励磁原理(2024)
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发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
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常见故障类型及原因分析
励磁不足或失磁
可能是由于励磁电源故障、励磁 回路开路或接触不良、励磁绕组
匝间短路等原因导致。
应用范围
直流励磁方式和交流励磁方式适用于各种规模的发电机组和电力系统 ；永磁体励磁方式适用于小型风力发电、太阳能发电等领域。
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发电机励磁调节器原理与结构
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调节器基本原理
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电磁感应原理
发电机励磁调节器通过电磁感应 原理，将输入的交流电转换为直 流电，为发电机的励磁绕组提供 励磁电流。
替换法
在怀疑某个元器件损坏时，可以用正 常的元器件替换后观察故障是否消除 ，以验证故障部位和原因。
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测量法
使用万用表、示波器等工具测量励磁 系统各点的电压、电流、波形等参数 ，与正常值进行比较分析，进一步确 定故障原因。
专家系统诊断
利用专家系统或故障诊断软件对励磁 系统故障进行自动诊断和分析，提高 故障诊断的准确性和效率。
性，但控制精度相对较低。
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控制策略选择依据
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系统稳定性要求
对于要求较高的电力系统，应选择稳定性好的控制策略，如恒压控制策略或最优励磁控制 策略。
发电机运行工况
不同的运行工况下，应选择适合的控制策略。例如，在轻载或空载工况下，可采用恒功率 因数控制策略以提高运行效率。
控制精度和响应速度要求
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理发电机励磁系统是指为了使发电机在运行中能够产生稳定的电压和电流，采取的一系列控制和调整励磁电流的措施。
励磁系统的原理是通过调节励磁电流来改变磁场强度，进而控制发电机的输出电压和频率。
一、电磁感应原理根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动或磁场变化时，会在导体中产生感应电动势。
由此，发电机中的转子在转动时，通过导线产生的感应电动势可以用来驱动电流，从而实现电能的转换。
二、励磁机构发电机励磁系统的核心是励磁机构，它由励磁电源和励磁回路组成。
励磁电源提供直流电源，用于激励发电机的磁场。
而励磁回路则通过一组电阻、电感和励磁开关等元件，将励磁电流导入到发电机的励磁线圈中。
三、调整励磁电流励磁电流的大小决定了发电机的磁场强度，从而影响了输出电压和频率。
一般情况下，发电机励磁系统会根据负荷的需求，通过调节励磁电流的大小来实现稳定的电压输出。
4、励磁系统的调整机制发电机励磁系统通常采用自动调压和手动调压两种方式来保持输出电压的稳定。
在自动调压模式下，根据电压传感器的反馈信号，控制励磁电流的大小。
一旦输出电压下降，励磁系统会自动增加励磁电流，以提高输出电压。
手动调压模式下，操作人员可以根据需要手动调整励磁电流，以实现电压的稳定输出。
五、励磁系统的稳定性好的励磁系统应具有良好的稳定性，能够在负荷变化时迅速调整励磁电流，并且使输出电压变化最小。
稳定性的提高可以通过增加励磁回路中的电感和电容元件，以及制定合理的励磁调节策略来实现。
六、励磁系统的应用发电机励磁系统广泛应用于各种发电场景中，包括电力站、风力发电、水力发电、汽车发电机等。
它不仅能够保证电力供应的稳定性和可靠性，还能够提高发电效率和节能减排。
总结：发电机励磁系统是使发电机能够稳定输出电压和频率的重要控制系统。
通过调节励磁电流来改变发电机的磁场强度，励磁系统能够实现电能的转换和稳定输出。
良好的励磁系统应具有稳定性和高效性，能够适应负荷变化并实现可靠的电力供应。
发电机、励磁机结构及工作原理
四、发电机的工作原理
洛阳华润热电有限公司
China Resources （Luoyang）Thermal Power Co.,Ltd
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1、固定磁场交流发电机 原理模型
• 发电机是根据电磁感应原理来发电的，发电机首先要 有磁场，现在用一对磁铁来产生发电机的磁场，磁力 线从N极到S极。在磁场内放入矩形线圈，线圈两端通 向两个滑环，滑环通过电刷连接到输出线上，输出线 端连有负载电阻。 当线圈旋转时，根据电磁感应原理，线圈两端将会产 生感应电动势，当磁场是均匀的，矩形线圈作匀速旋 转时，感应电势按正弦规律变化，在负载电阻上有正 弦交流电通过。
三相交流发电机原理模型
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三相交流发电机原理模型
• 实际应用的都是三相交流发电机，其定子铁芯的内圆 均匀分布着6个槽，嵌装着三个相互间隔120度的同样 线圈，分别称之为A相线圈、B相线圈、C相线圈。装 上转子就组成了一台三相交流发电机原理模型。画面 中的三相交流发电机采用星形接法，三个线圈的公共 点引出线是中性线，每个线圈的引出线是相线。当转 子匀速旋转时三个线圈顺序切割磁力线，都会感生交 流电动势，其幅度与频率相同。由于三个线圈相互间 隔120度，它们感应电势的相位也相差120度。
• 在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对 称排列。（图4所示）。使定子铁芯透明可看清绕组的分布（图4所示） 。
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发电机励磁系统原理
维持发电机端电压恒定
01
通过自动调节励磁电流，使发电机在负载变化时保持端电压稳
定。
实现并列运行发电机间的无功功率分配
02
根据各发电机的无功功率需求，合理分配励磁电流，实现无功
功率的均衡分配。
提高电力系统的稳定性
03
通过快速、准确的励磁调节，提高电力系统的静态稳定性和暂
态稳定性。
控制策略选择与优化方法
维护保养
为每台发电机励磁系统建立档案 ，记录其运行和维护情况，为故 障分析和预防性维护提供依据。
05
励磁系统性能评估与测试 方法
性能评估指标体系构建
稳定性指标
衡量励磁系统在扰动下的稳定性，包括静态稳定 性和动态稳定性。
响应性指标
评价励磁系统对发电机运行状态变化的响应速度 和准确性。
经济性指标
考虑励磁系统运行过程中的能耗、维护成本等经 济因素。
面临的挑战和解决方案探讨
挑战
数字化励磁技术的发展面临着电磁干扰、硬件可靠性、软件安全性等方面的挑战。
解决方案
通过优化电磁兼容设计、提高硬件制造工艺、加强软件安全防护等措施，解决数字化励磁技术发展中的难题。
未来发展趋势预测
高效化
随着电力电子技术的发展，未来励磁系统将更加高效，能 够降低能耗，提高发电效率。
过励限制
通过调整励磁电流的大小，限制发电机的过励程度，防止因过励而损坏发电机 。具体实现方式包括设置过励保护定值、采用自动励磁调节器等。
欠励限制
当发电机励磁电流不足时，采取相应措施增加励磁电流，以保证发电机的正常 运行。具体实现方式包括设置欠励保护定值、采用备用励磁系统等。
故障诊断技术原理及应用案例
组成部分
图解发电机励磁原理共4文档
可根据发电机负载的变化自动调节励磁电流，保持发电机输出电 压的稳定。
直流发电机励磁特点分析
励磁方式多样
直流发电机可采用他励、并励、 串励和复励等多种励磁方式，可
根据实际需求选择。
磁场可控性强
通过调节励磁电流的大小和方向， 可以灵活控制发电机的磁场强度 和方向。
输出特性稳定
在负载变化时，通过自动调节励 磁电流可以保持发电机输出电压 和电流的稳定。
作用
励磁系统的主要作用是维持发电机端电压在给定水平，同时控制并列运行各发 电机间无功功率的合理分配，以满足电力系统正常运行和发电机安全运行的要 求。
励磁系统组成部分
励磁功率单元
向同步发电机转子提供直流励磁电流，主要包括交流励磁机、整流器 等部分。
励磁调节器
根据发电机端电压、无功功率等信号，自动调节励磁功率单元输出的 励磁电流，以维持发电机端电压稳定并控制无功功率分配。
经验总结
总结故障排除过程中的经验教训，完 善维护流程，提高设备维护水平。
THANKS
感谢您的观看
对比法
将故障设备与正常设备进行对比， 分析差异，找出故障原因。
03
02
测量法
使用万用表、示波器等工具测量电 路参数，判断故障点。
替换法
用正常元件替换疑似故障元件，观 察设备是否恢复正常。
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预防性维护策略制定
定期检查
制定详细的检查计划，对发电机励磁系统进行定期检查。
清洁保养
保持设备清洁，定期清理灰尘和杂物，确保散热良好。
紧固接线
检查所有接线端子是否松动，及时紧固。
预防性试验
定期进行预防性试验，检测设备的绝缘性能、电气性能等。
故障排除后性能恢复验证
2024版图解发电机励磁原理
高可靠性设计
提高发电机励磁系统的可靠性是未 来的重要发展方向，通过采用冗余 设计、故障预测与健康管理等技术
手段降低系统故障率。
绿色环保
随着环保意识的提高，未来发电机 励磁系统将更加注重绿色环保，采 用低能耗、低污染的材料和技术，
降低系统对环境的影响。
对未来学习和工作的建议
深入学习专业知识
继续深入学习电力电子、控制理 论等相关专业知识，为从事发电 机励磁相关领域的工作打下坚实
案例分析：某大型水电站励磁调节器设计
• 设计背景：某大型水电站采用水轮发电机组，装机容量大、运行工况复杂，对励磁调节器性能要求高。 • 设计目标：设计一款高性能、高可靠性的励磁调节器，满足水电站运行要求。 • 设计方案：采用基于DSP的数字式励磁调节器设计方案，实现快速、精确的电压调节和功率分配功能；同时采
基础。
关注前沿技术动态
关注发电机励磁技术的最新发展 动态，了解新技术、新方法的应 用情况，不断提升自己的专业素 养。
加强实践动手能力
通过参与实验、项目等方式加强 实践动手能力，培养解决实际问 题的能力。
拓展跨学科知识
学习与发电机励磁相关的跨学科 知识，如电力系统分析、电机学 等，提升综合分析和解决问题的
如失磁、励磁不稳、励磁过流等故障，通过 案例分析学习相应的处理方法和预防措施。
发电机励磁技术发展趋势预测
数字化与智能化
随着电力电子技术和控制理论的发 展，未来发电机励磁系统将更加数 字化和智能化，实现更精确的控制 和优化。
多功能集成化
为满足不同应用场景的需求，发电 机励磁系统将向多功能集成化方向 发展，如集成无功补偿、谐波治理 等功能。
提高发电机并列运行的稳定性。
功能
发电机励磁系统工作原理
发电机励磁系统工作原理
发电机励磁系统的工作原理如下：
1. 励磁电源：发电机励磁系统通常由励磁电源提供直流电能。
励磁电源可以是直流电源、电池或者其他的电源装置。
2. 励磁线圈：发电机中有一个称为励磁线圈的线圈，它通常由铜导线绕成，固定在发电机的定子上。
励磁线圈连接到励磁电源。
3. 励磁电流：当励磁电源接通时，电流将开始流经励磁线圈。
这会在发电机中产生一个磁场。
4. 磁场：励磁线圈产生的磁场通过铁芯传导到转子和定子之间的空间。
转子是发电机中旋转的部分，定子是固定的部分。
5. 感应电压：当发电机的转子旋转时，磁场也随之旋转。
由于电磁感应的原理，转子中的导线将产生感应电压。
这个感应电压会驱动绕在定子上的线圈产生电流。
6. 电流输出：通过定子上的线圈产生的电流输出到外部负载上，为外部负载提供电能供应。
总结起来，发电机励磁系统的工作原理就是通过励磁电源提供直流电能，产生磁场，使得转子中的线圈通过电磁感应产生电流，从而输出电能供应外部负载。
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理
发电机的励磁系统是指用来激励电磁铁产生磁场的装置。
励磁系统的原理是通过外部直流电源对电磁铁进行电流供给，使其产生磁场。
在发电机的励磁系统中，有三种常见的励磁方式：直接励磁、直流励磁和交流励磁。
直接励磁是指直接将励磁电流来自发电机的一个分支。
这种方式简单、容易实现，但在应对大功率发电机时，励磁电流较大，会对发电机本身产生较大压力。
直流励磁是将外部直流电源的电流通过整流装置变为直流电源，然后再供给到发电机的励磁设备。
这种方式比直接励磁更加灵活，能够适应不同功率的发电机，并且可以稳定控制励磁电流。
交流励磁是将外部交流电源的电流通过变压器降压，然后再通过整流装置变为直流电源供给到发电机的励磁设备。
这种方式可以根据需要调整变压器的输出电压来控制励磁电流，从而实现对发电机输出电压的调节。
总的来说，发电机的励磁系统通过对电磁铁供给电流，产生一定强度和方向的磁场，进而实现对发电机的励磁，调整发电机的输出电压。
不同的励磁方式具有不同的特点和适用范围，可以根据实际需求进行选择和调节。
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发电机原理及构造——发电机的励磁系统众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。
在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。
直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。
其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。
将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。
直流送给转子励磁、绕组励磁。
这就是无刷系统。
下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。
一、相复励励磁原理左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。
由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。
负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。
二、三次谐波原理左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。
谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。
三、可控硅直接励磁原理由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。
四、无刷励磁原理无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。
它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。
自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。
中小型三相同步发电机的技术发展概况一．概述中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。
它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。
移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。
应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。
开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。
我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。
第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。
在这段时间还开发了ST系列有刷单相同步发电机，此系列电机出口量较大。
1979年开始进行TFW系列三相无刷同步发电机和TFDW 系列单相无刷同步发电机的统一设计，1982年10月通过了样机鉴定工作,并推广生产,此两系列主要性能指标达到或接近当时的国际先进水平,此系列仍采用B级绝缘结构。
进入八十年代末、九十年代初，随着我国改革开放不断发展，我国的电机行业的部分企业开始引进先进工业国的中小型同步发电机，有的按生产许可证方式进行技术引进，有的引进软件技术（或生产技术），有的按合作生产方式引进国外的先进技术，其先后有德国西门子公司的IFC5和IFC6系列、德国AEG公司的DKBH系列、英国彼特普公司E系列、美国马拉松公司的MP 系列发电机、英国的斯坦福公司BC、HC系列等发电机，这些发电机的绝缘等级为F级或H级，采用隐极式或整体凸级结构，其技术经济指标较先进，可靠性较高，其制造工艺水平较先进，这些产品的引进，对提高我国的中小型发电机水平和制造工艺水平有较大的促进作用。
比如，无锡电机厂、汾西机械厂、柳州电机厂引进了德国西门子公司1FC5、1FC6系列无刷发电机，兰州电机有限责任公司（以下简称兰电）引进了德国AEG公司DKBH系列船用、陆用无刷发电机，福州发电设备厂引进了美国麦格乃泰克公司无刷发电机制造技术等等。
近年无锡电机厂又引进了西门子公司最近开发的1FC2系列无刷三相同步发电机，该电机为整园凸极冲片，克服了原西门子公司1FC5、1FC6隐极结构体积偏大，重量偏重的不足。
90年代，无锡电机厂与新时代公司、上海革新电机厂与马拉松公司合资办了企业，使我国中小型三相同步发电机水平又有了进一步的提高，使国内三相同步发电机生产的主要企业产品达到了国际先进水平。
兰州电机厂在引进德国AEG公司DKBH系列基础上，90年代中期，又开发了自己的新一代产品：TZHW系列（陆用）、TFXW-H系列（船用）无刷三相同步发电机，使其性能有了进一步的提高，更加适合国情、厂情，提高了市场竞争力。
二．主要产品介绍下面就兰电现生产的中小型三相同步发电机主要系列做一简要介绍。
1．DKBH系列（船用、陆用）无刷发电机额定参数：额定频率HZ 50 60额定功率范围：4极12---1250KV A 14.4---1500KV A6极190—910KV A 228---1090KV A额定电压V 400 460额定转速r/min 1500 、1000 同左额定功率因数cosφ 0.8 (滞后) 同左工作制S1 S1中心高mm 160—400 同左主要性能指标：稳态电压调整率% ±0.5 、±1 同左动态性能突加、突减60%IN 、cosφ≤0.4，电压变化在85-120%额定电压范围内，稳定时间不超过1S。
短路特性可提供3 IN 持续短路电流，2S。
波形畸变率5% 同左并联运行能可靠并联运行同左调压指标较差，靠人工调节可达到额定输出。
该系列电机具有调压精度高、效率高、体积小、重量轻等特点。
该系列电机已取得中国船级社船检型试认可。
2．TZHW系列（陆用）无刷三相同步发电机TFXW-H系列（船用）无刷三相同步发电机TZHW系列（陆用）无刷三相同步发电机与TFXW-H系列（船用）无刷三相同步发电机基本结构型式相同。
TFXW-H系列（船用）是在TZHW系列（陆用）无刷三相同步发电机的基础上作了适应船用的要求的改型而得来。
额定参数：额定功率范围4极24---1000kW6极160—700kW额定电压400V额定频率50HZ额定转速1500 、1000 r/min额定功率因数cosφ 0.8 (滞后)工作制S1中心高225—400 mm主要性能指标：稳态电压调整率±0.5% 、±1%动态性能突加、突减60%IN 、cosφ≤0.4，电压变化在85-120%额定电压范围内，稳定时间不超过1S。
短路特性可提供3 IN 持续短路电流，2S。
波形畸变率5%并联运行能可靠并联运行超速1.2nN符合标准GB IECTZHW系列（陆用）、TFXW-H系列（船用）无刷同步发电机是兰电在引进德国AEG公司DKBH系列的基础上自行开好的新一代产品。
该系列继承了AEG公司DKBH系列的优点，结合国情、厂情进行了超速1.2nN符合标准GB 、IEC 、VDE 同左该系列电机为双轴承支承结构，根据用户需要，可制成单轴承结构。
机座为钢板制造，转子冲片为整园凸极型式，在转子磁极下端装有付励磁机，这是一种磁复合的无刷励磁型式，它能随着负载的变化改变付励磁机的输出电压，强励性能好，当电压调节器损坏时，发电机还能供电，不过不可控时改进：（1）励磁方式：DKBH系列采用付励磁机装在转子磁极下端磁复合的方式，使付励磁机输出电压随负载改变而变化，从而改善了发电机的动态性能、短路特性等。
兰电集多年生产相复励励磁同步发电机的经验，改用相复励无刷励磁系统，这样既保持了强励性能好、当电压调节器损坏时，发电机还能供电的优点，且在电压调节器出现故障时，在不可控状态下，仍具有较好的调压性能，坚持正常工作。
（2）电磁方案从新进行了优化，定子冲片采用扇形片结构，节省了材料。
（3）机座采用铸铁制成，铸铁结构整体性好，刚性好、吸振性好。
同时，有利于加工制造，适合批量生产，降低成本。
但表观质量稍差，重量偏重。
兰电为改进表观质量，设计制造了八角形（或园形）树脂砂铸造的铸件，表观质量得到了较大改善。
（4）产品结构重新进行了安排该系列电机具有调压精度高、动态性能好、效率高、体积小等特点。
TFXW-H系列无刷三相同步发电机已取得中国船级社船检型式认可，3．TZH系列（陆用）、TFX-H系列（船用）三相同步发电机额定参数：额定功率范围4极12---250kW6极150—200kW额定电压400V额定频率50HZ额定转速1500、1000 r/min额定功率因数cosφ 0.8 (滞后)工作制S1中心高180--355 mm主要性能指标：稳态电压调整率±3%(陆用)、±2.5%(船用)配上自动电压调节器可达±1%动态性能突加、突减60%IN 、cosφ≤0.4，电压变化在85-120%额定电压范围内，稳定时间不超过1S。
短路特性可提供3 IN 持续短路电流，2S。
波形畸变率5%并联运行能可靠并联运行超速1.2nN符合标准GB、IEC这两个系列三相同步发电机分别在80年代荣获国家银质奖，该电机结构简单、可靠性高、启动异步电动机能力强、使用维护方便。
TFX-H系列已取得国家船级社船检型式认可。
缺点：产品设计较早，采用有刷静止励磁方式，绝缘等级为B级，体积较大，但很多用户仍然非常欢喜使用该产品。
4．TFS系列三次谐励磁三相同步发电机额定参数：额定功率范围20—50kW额定电压400V额定频率50HZ额定转速1500 r/min额定功率因数cosφ 0.8 (滞后)工作制S1中心高200—225 mm主要性能指标：稳态电压调整率±2%动态性能突加、突减60%IN 、cosφ≤0.4,电压变化在85-120%额定电压范围内，稳定时间不超过1S。
短路特性可提供3 IN 持续短路电流，2S。
波形畸变率5%并联运行能可靠并联运行超速1.2nN符合标准GB、IEC三次谐波励磁三相同步发电机是兰电根据市场需要，90年代开发的价格低廉的有刷同步发电机，其价格约为兰电其它系列发电机的2/3，以满足不同层次的用户的需要。