交流发电机的输出特性_普通交流发电机工作原理_三相交流发电机工作原理

　　现代生活离不开电，我们现在所用的电都是利用发电机组发出来的，目前主要的发电方式有火力发电、水力发电、风力发电等发电方式。在这些发电厂中，三相交流同步发电机应用得最为广泛，它是现代发电厂（站）的主体设备。目前，世界上绝大部分的交流电都是同步发电机产生的。

　　交流发电机的输出特性

　　交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性。

　　一、输出特性

　　又叫负载特性或输出电流特性，它是指发电机向负载供电时，保持发电机输出电压恒定（对12V的发电机规定为14V，对24V的发电机规定为28V）的情况下，发电机的输出电流与转速之间的关系，即I=f（n）函数关系。交流发电机的输出特性曲线，如图所示。

　　

　　从上图可以看出：

　　1）发电机的转速甚低时，其端电压低于额定电压，此时发电机不能向外供电；当转速达到空载转速n1时，电压达到额定值；当转速高于空载转速n1时，发电机才有能力在额定电压下向外供电。（所以空载转速值n1常用作选择发动机与发电机之间传动比的主要依据。）

　　2）当转速超过n1时，发电机输出电流I将随着转速n的升高而增大；当转速等于n2时，发电机输出额定功率（即额定电流与额定电压之积）（故将转速n2称为满载转速）。

　　（自载转速和满载转速是交流发电机的主要性能指标。在使用中，定期测量这两个数据，与规定值相比较，就可判断发电机性能是否良好。）

　　3）当发电机转速达到一定值时，发电机的输出电流就不再随转速的升高而增大。这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。这个性能表明，交流发电机具有自动限制电流的自我保护能力。

　　二、空载特性

　　发电机空载时，发电机端电压与转速的关系，称为空载特性。即I=0时，U=f（n）的函数关系，如图所示。

　　

　　从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，由他励转入自励时，即能向蓄电池进行补充充电，进一步证实了低速充电性能好的优点。空载特性是判断硅整流发电机性能是否良好的重要依据。

　　三、外特性

　　外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。即n=常数时，U=f（I）的曲线，如图所示。

　　

　　从外特性曲线可看出，随着负载即输出电流的增加，发电机的端电压会很快下降，且转速越高，下降的斜率越大。当发电机在高转速下运转时，如果突然失去负载，则端电压会急剧升高，这时发电机中的二极管以及调节器中的电子元器件将有被击穿的危险。

　　另外，当输出电流增大到一定值时，如负载再增加，其输出电流不仅不会增加，反而会同端电压一起下降，即在外特性曲线上存在一个转折点。因此，当发电机短路时，其短路电流是很小的，这也说明交流发电机具有自身限制电流的功能。一般交流发电机工作在转折点以前。

　　普通交流发电机的工作原理

　　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。

　　1、基本工作原理：通电导体在磁场中切割磁力线，产生感应电动势。《？xml:namespace prefix = o /》

　　2、三相交变电动势：

　　

　　3、三相交流发电机的工作原理图，如图1所示。 当通电的转子被发动机驱动时，产生了旋转磁场，并与定子绕组之间产生相对运动，使定子绕组切割磁力线，因而在定子绕组中产生三相变的感应电动势。由于转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦分布，所以三相电动势也近似正弦波形。

　　

　　图1 交流发电机析工作原理

　　4、交流发电机的磁路，如图2所示。

　　

　　图2 交流发电机的磁路

　　5、交流发电机的整流原理，如图3所示。

　　

　　图3 三相交流发电机的整流过程

　　6、中性点电压：从发电机三相绕组的中性点引出来的电压，称为中性点电压，其接线柱标记为“N” 交流发电机的中性点电压为发电机输出电压的一半，常用于控制各种继电器。

　　

　　图4 中性点电压

　　7、交流发电机的励磁方式

　　他励：当交流发电机的输出电压低于蓄电池电压时，励磁电路由蓄电池提供，称为他励；

　　自励：当交流发电机的输出电压高于蓄电池电压时，励磁电路由发电机提供，称为自励

　　8、交流发电机的搭铁方式

　　内搭铁：交流发电机的励磁绕组在发电机的内部搭铁。

　　外搭铁：交流发电机的励磁绕组在发电机的外部搭铁。

　　三相交流发电机的工作原理

　　三相交流发电机的主要组成部分是电枢和磁极。

　　

　　电枢是固定的，亦称定子。定子铁心的内圆周表面冲有槽，用以放置三相电枢绕组。每相绕组是同样的，它们的始端（头）标以A，B，C，末端（尾）标以X，Y，Z。每个绕组的两边放置再相应的定子铁心的槽内。但要求绕组的始端之间或末端之间都彼此相隔120度。

　　磁极是转动的，亦称转子。转子铁心上绕有励磁绕组，有直流励磁。选择合适的极面形状和励磁绕组的布置情况，可使空气隙中的磁感应强度按正弦规律分布。

　　当转子由原动机带动，并以匀速按顺时针方向转动时，则每相绕组依次切割磁力线，其中产生频率相同，幅值相等的正弦电动势。电动势的参考方向选定为自绕组的末端指向始端。

　　

　　以A相为参考，则可得出：

　　

　　也可以用相量表示为：

　　

　　三相交流电出现正幅值（或相应零值）的顺序为相序。在此，相序是ABC。

　　三相电动势的幅值相等，频率相同，彼此间的相位差也相等。这种电动势称为对称电动势。