交流发电机结构形式和励磁方式.
交流发电机的结构及工作原理
交流发电机的结构及工作原理发电机是一种将机械能转化为电能的设备。
它广泛应用于发电、能量转换和能源供应等领域。
发电机的结构和工作原理是理解发电机运行原理的基础。
本文将详细介绍发电机的结构和工作原理。
一、发电机的结构发电机主要由定子、转子和换向器组成。
1.定子：定子是发电机的静部分，通常由定子心和绕组组成。
定子心是由硅钢片叠压而成的，这种材料可以有效减少磁场损失。
绕组则是环绕在定子心上的导线，通常是由导电材料制成的。
2.转子：转子是发电机的动部分，通常由轴、磁极和励磁线圈组成。
轴是一根连接转子和外部动力设备的旋转轴。
磁极是固定在轴上的永磁体，通常由钢铁或铁磁材料制成，能在旋转时产生磁场。
励磁线圈是绕在磁极上的线圈，用电流激发以增强磁场。
3.换向器：换向器是连接定子和转子的装置，用于交换定子绕组和转子磁极之间的电流和磁场。
换向器的类型有多种，包括复合式、机械式和电子式等。
换向器的作用是确保转子能稳定地旋转，并与定子绕组产生的电流同步。
二、发电机的工作原理发电机的工作原理是基于电磁感应的原理。
当一个闭合电路中的导体在磁场中旋转或磁场在导体中变化时，会在电路中产生电流。
发电机的工作原理可以分为两个阶段：感应阶段和激励阶段。
1.感应阶段：在感应阶段，转子磁极被励磁线圈产生的电流激活，形成一个初始磁场，磁场会弥漫到定子绕组上。
当转子旋转时，转子磁极会与定子绕组的导线相对运动，改变磁场的强度和方向。
由于磁场变化，定子绕组中的电子开始在导线中移动，产生电流。
这个电流被称为感应电流。
2.激励阶段：在激励阶段，感应电流通过换向器传输到定子绕组上，生成一个与转子磁极相对应的磁场。
这个磁场与转子磁极的磁场相互作用，导致转子受到电磁力的作用开始旋转。
同时，由于转子旋转，新的导线将会进入磁场区域，产生新的感应电流，不断增加发电机输出的电流。
总结：发电机的主要结构包括定子、转子和换向器。
其工作原理是基于电磁感应的原理，通过有效地利用磁场变化中的能量来生成电流。
交流发电机的工作原理
交流发电机的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII交流发电机的工作原理(详细内容参见电子教材)（ppt课件）一、交流发电机的发电原理如图所示是交流发电机的工作原理图：发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，互相差120°电角度。
交流发电机的磁路是：转子爪极的磁力线从转子的N极出发，穿过转子与定子之间很小的气隙进入定子铁心，最后又经过空气隙回到相邻的S极，并通过磁轭构成了磁回路。
转子磁极呈鸟嘴形，可使定子绕组感应的交流电动势近似于正弦曲线的波形。
当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，所以在三相绕组中产生频率相同，幅值相等，相位互差120°电角度的正弦电动势为eA、eB和eC。
硅整流发电机每相绕组中产生的电动势的有效值与发电机的转速和磁场的磁通量成正比。
二、整流原理和过程在交流发电机中，整流器是利用硅二极管的单向导电性能进行整流的。
在三相桥式全波整流电路中，三个正二极管的正极引出线分别同三相绕组的首端相连。
在某一瞬间，只有与电位最高的一相绕组相连的正二极管导通。
同样，三个负二极管的引出线也同三相绕组的首端相连。
在同一瞬间，只有与电位最低的一相绕组相联的负二极管导通。
这样反复循环、6只二极管轮流导通，在负载两端便得到一个较平稳的脉动的直流电压。
下图为6只二极管组成的三相桥式全波整流电路及产生的电压波形图。
中性点电压一般用来控制各种用途的继电器，如磁场继电器、充电继电器等。
三、交流发电机的励磁方式交流发电机开始发电时，需由蓄电池供给励磁电流，此时为它励。
当发电机达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由它励转变为自励。
四、不同形式交流发电机的电路连接方式及原理1、9管交流发电机9管交流发电机的特点是除了常用的6个二极管外，又增加了3个小功率二极管，专门用来供给磁场电流，又称为磁场二极管。
发电机励磁的几种方式
发电机励磁的几种方式一、发电机励磁1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。
这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。
缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。
交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。
交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。
为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。
这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。
缺点是噪音较大，交流电势的谐的几种方式波分量也较大。
3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。
自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。
自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。
自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。
这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。
工程机械发电机 交流发电机结构原理
JFl32型交流发电机组件图
1）转子
转子的功用是产生磁场。转子 由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、 转子轴等组成。
交流发电机的转子总成
交流发电机转子分解图
1－滑环 2－转子轴 3－爪极 4－磁轭 5－励磁绕组
2）定子
定子的功用是产生交流电。 定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转
二、整流电路工作原理 1.整流电路工作原理
六管交流发电 机的整流电路
九管交流发电 机的整流原理
2.交流发电机励磁方式
工程机械用交流发电机的励磁方法是由他励方式 到自励发电的一个过程。由于工程机械用交流发电机 转子的剩磁较弱，不能利用磁极的剩磁自励发电，所 以需要外接直流电源。交流发电机只有在较高转速 时，才能自励发电。交流发电机在低速运转时，采用 他励方式，即由蓄电池提供励磁电流来增强磁场，使 发电机发电满足工程机械上用电的要求。发电机的发 电电压随发动机转速升高而上升。当发电机输出电压
电刷组件
4）前后端盖
端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、整流 器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁， 二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。
5）风扇
风扇安装在前端盖外侧的转轴上，在发电机工作 时随发电机转轴一同运转，对发电机进行冷却。
6）整流器
例举：JFZl913Z型交流发电机（桑、奥迪100 ），电压为12V、电流大于 90A、第13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机
四、交流发电机拆卸
（3）
（2）
（1）
拆掉发电机电 缆和连接器 拆掉蓄电池负 极端子电缆
取下发电机传 动皮带，拆下 发电机和支架
实训指导
三机励磁系统基本结构
1.“三机”励磁系统发电机交流励磁机-静止整流器励磁系统（“三机”励磁系统）简介交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。
副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。
也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
2.“三机”励磁系统慨述主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。
主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。
自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。
3.“三机”励磁系统的优点——发电机的励磁电源取自同轴的交流主励磁机，不受电力系统运行的情况影响，工作可靠。
——高速大容量交流主励磁机的设计制造、运行维护比直流励磁机容易。
直流励磁机电枢产生的是交流电势，经过整流子（换向器）的机械整流作用，变成直流电输出，供给发电机励磁。
“三机”励磁系统用静止硅整流器代替旋转的机械整流子。
——永磁式副励磁机PMG工作可靠，只要机组转动，即可为主励磁机提供励磁电流。
4.“三机”励磁系统的缺点——交流主励磁机是一“时滞”环节1. 交流主励磁机（发电机生产厂家制造） 1台2. 永磁副励磁机（发电机生产厂家制造） 1台3. 硅二极管整流装置 1套4. 微机励磁调节装置 1套5. 灭磁及转子绕组过电压保护装置 1套6. 主励磁机手动备用励磁装置（可不设置） 1套7. 交流主励磁机额定容量根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电压根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电流根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定相数三相频率 100 Hz（用以减小发电机转子绕组的电感及时间常数）额定转速与同轴发电机相同8. 永励副励磁机额定容量根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电压根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电流根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定相数三相频率 400 或500 Hz（中频）额定转速与同轴发电机相同励磁方式永磁式9. 硅整流装置整流方式三相全波桥式不可控整流整流元件大功率硅二极管整流桥数量 1 ~ 2（并联）个单个整流桥输出电压≮ 2 倍发电机额定励磁电压单个整流桥输出电流≮ 2 倍发电机额定励磁电流只需单个整流桥即可满足发电机强励需要硅二极管参数：额定电流额定电压反向电压10. 微机励磁调节装置内有单通道或双通道容错型数字式（微机型）自动励磁调节器（AER）。
交流发电机的原理及分类
一、 交流发电机的工作原理
1、 交流电动势的产生
发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的 定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和 励磁绕组。
当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生 磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时， 磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理 可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。 这就是交流发电机的发电原理。
注意:
交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动 机达到正常怠速转速时，发电机的输出电压一般高 出蓄电池电压1～2V以便对蓄电池充电，此时，由 发电机自励发电。
不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同 特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。因此， 汽车上发电机必须与蓄电池并联，开始由蓄电池向 激磁绕组供电，使发电机电压很快建立起来，并迅 速转变为自激状态，蓄电池被充电的机会也多一些， 有利于蓄电池的使用。
机称为外搭铁型交流发电机。
四、 交流发电机的工作特性
1、 空载特性
发电机空载运行时(即 发电机不向任何用电设备 供电的状态下),发电机端 电压与转速之间的关系， 称为空载特性，如图3-15 所示。空载特性可以判断 发电机低速充电性能的好 坏，同时也可看出发电机 的输出电压是随着发电机 的转速升高而增高的。
三、 发电机的励磁方式
除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他 形式的交流发电机都必须给励磁绕组通电才会有磁 场产生而发电，否则发电机将不能发电。
将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。
交流发电机励磁方式有自励和他励两种。
1、 他励
在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转 速），自身不能发电。单靠微弱的剩磁产生的很小 的电动势，很难克服二极管的正向电阻，需要蓄电 池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场 来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称
交流发电机
1、更改电压 2、改变电阻 3、控制电路通断
4.4 晶体管调节 器工作原理
通过稳压管感应发电 面的输出电压信号， 利用三极管的开关特 性控制发电机的励磁 电流，使发电机的输 出电压保持恒定。
(3) 当发电机发电时且高于规定电压时
如果Tr1继续导通，端子B处的电压增加。然后，端子S处的电压
超过规定电压，M· IC检测到此情况并关掉Tr1。结果转子线圈的
磁场电流经逆电动势吸收二极管被衰减，并且端子B（所发电压） M· IC检测到这一情况并将Tr1打开到ON。从而，转子线圈的磁
处的电压降低。然后，如果端子S处的电压降低到低于要求电压，
先他励 、后自励 。励磁电路见下图：
调节器 + F
3.4
交流发电机工作特性
交流发电机的工作特性是指发电机经整流
后输出的直流电压U、电流I和转速n之关系，包 括空载特性、输出特性和外特性。
空载特性
当发电机空载运行时，发电机端电压U和转速之间的关系， 即负载电流I=0（不接如任何用电设备）时，U=f (n)的函
点击观看整流原理图片
8管交流发电机
整流器有8只硅整流二极管，其中6只组成三相全波桥 式整流电路，还有2只是中性点二极管，1只正极管接在中 性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间。对中 性点电压进行全波整流。
中性点电压
有些发电机带
有中心抽头，其输
出电压：
Ｕ Ｎ ＝ 1／ 2U
中性点电压的作用
三相交流发电机的励磁原理(精)
三相交流发电机的励磁原理
利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。
同步发电机由定子和转子两部分组成。
定子是发出电力的电枢，转子是磁极。
定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。
转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。
汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。
转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。
转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。
发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。
定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。
从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。
发电机可发出有功功率和无功功率。
所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。
转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。
发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。
有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数（力率），发电机的额定功率因数一般为0.85。
供给发电机转子直流建立转子励磁的系统称为发电机励磁系统。
大型发电机励磁方式分为：
①它励励磁系统；
②自并激励磁系统。
它励励磁是由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。
自并激励磁是将来自发电机机端的交流电经变压器降压，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。
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（六）、自励式有刷交流发电机 二是在发电机出现三相短路故障时,发电机 端电压为零,励磁电流也下降到零,失去了励 磁能力。这种发电机在短路时失去励磁的 现象,称为没有强励能力。
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（一）、三级式无刷交流发电机
永磁式副励磁机 交流励磁机 交流发电机
旋转整流器
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（一）、三级式无刷交流发电机
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（六）、自励式有刷交流发电机
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（六）、自励式有刷交流发电机
缺点:一是发电机的外特性较软,即负载增 大时发电机电压下降很多。
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（一）电压相加型相复励电路
3.发电机负载运行状态
电源变压器和电流互感器共同提供励磁机 的励磁电流。通过分析并作出向量图后，可 以证明励磁电流不仅与发电机电压、负载电 流的大小有关，而且还与负载的功率因数有 关，即具有相复励电路的特点。这种电路的 励磁电流是由变压器和电流互感器两个感应 电势串联叠加产生的，故称为电压相加型相 复励电路。
（四）、交流发电机的励磁系统要求
对飞机交流发电机励磁系统的主要要求 是：工作可靠，短路时具有强行励磁的能 力，以产生足够大的短路电流和发电机电 动势，保证保护设备可靠动作，提高并联 工作的稳定性。
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（四）、 两级式无刷交流发电机应用
B707、737等飞机采用两级式
无刷交流发电机。
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一、交流发电机基本知识
有刷
异步 无刷 同步
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（一）、交流发电机的原理
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（一）、三级式无刷交流发电机 三级式无刷交流发电机的第一级是永 磁式副励磁机，由它给调压器供电，调压 器调节励磁机的励磁电流，励磁机电枢绕 组经旋转整流器接主发电机励磁绕组，向 主发电机提供励磁电流。
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飞机均采用三级式无刷交流发电机。
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（三）、二级式无刷交流发电机
交流发电机 旋转整流器
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（三）、二级式无刷交流发电机
因为是自励式发电机，所以必须注意解 决其起励可靠和强励能力。为了保证起励 可靠，波音飞机上普遍采用的是在交流励 磁机两个磁极中间加装永久磁铁的方法。 为了使主发电机短路时具有强励能力 ，常采用相复励电路作为励磁机励磁电路 的电源 。
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（五）、他励式有刷交流发电机励磁方式 2.直流励磁机励磁
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三 、交流发电机的相复励电路
相复励电路：发电机励磁电路的励磁电流不 仅能反映发电机端电压和负载电流的大小， 而且还能反映负载电流与电压之间的相位关 系（即功率因数）。 常用的相复励电路有三种：电压相加型、 电流相加型和磁势相加型。
目的：为了提高发电机强励能力
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（三）、交流发电机的励磁方式
在飞机交流电源系统中，普遍采用同 步发电机。同步发电机的种类可根据其励 磁方式划分，按照励磁系统结构中是否带 有电刷可分为有刷励磁和无刷励磁两大类 。每一类中又包含自励与他励两种方式。
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（二）电流相加型相复励电路
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二、无刷交流发电机
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无刷交流发电机的基本形式有两种 ，一是带永磁式副励磁机的三级式交流 发电机；二是自励式的两级无刷交流发 电机。
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（二）电流相加型相复励电路 电压从发电机电枢绕组中间抽头引 出，经过电抗器（B）后与电流互感器 （LH）副边的三个接头相连，然后再 到整流桥；两者是并联的关系，发电机 的励磁电流是由发电机电压产生的励磁 电流与电流互感器产生的励磁电流之和 ，故称为电流相加型；电流相加型电路 还可以有其他形式。同电压相加型电路 一样，这种电路也具有相复励的作用。
（三）、二级式无刷交流发电机
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（三）、二级式无刷交流发电机 两级式无刷交流发电机由交流励磁机 、旋转整流器与主发电机组成。 励磁机定子由直流励磁，转子电枢产生 三相交流电，经过旋转整流器整流后给主 发电机提供励磁电流，由主发电机定子输 出三相交流电。
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有刷交流发电机 有刷交流发电机存在电刷和滑环，可
靠性低，使用条件受到了很大限制，自 50 年代发明的旋转整流器式无刷交流发 电机对交流电源系统的供电性能有很大提 升。
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（一）、三级式无刷交流发电机 三级式无刷交流发电机的优点是励磁可 靠；主发电机输出短路时，具有强励磁能 力。
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（二）、三级式无刷交流发电机应用
B747、757、767、MD-82、A320等
（一）电压相加型相复励电路
它由一组电流互感器和一个电源三相降 压变压器组成。
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（一）电压相加型相复励电路
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（三）磁势相加型相复励电路
发电机空载时，电流绕组不起作用，由
电压绕组和输出绕组构成一个普通变压器 工作。 发电机短路时，电压绕组不起作用，由 电流绕组和输出绕组构成一个电流互感器 工作，具有强励磁作用。
（一）电压相加型相复励电路 1.发电机空载状态 发电机空载状态时，电流互感器副边没 有感应电势，三相桥式整流电路仅由电源 变压器供电。这时的电路与一般的自励电 路差不多，不同点只是电流互感器的副边 串联在电源变压器的副边电路中，相当于 多了一个电抗器线圈，限制了整流器的输 出电压。