交流發(fā)電機(jī)的輸出特性_普通交流發(fā)電機(jī)工作原理_三相交流發(fā)電機(jī)工作原理

　　現(xiàn)代生活離不開(kāi)電，我們現(xiàn)在所用的電都是利用發(fā)電機(jī)組發(fā)出來(lái)的，目前主要的發(fā)電方式有火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等發(fā)電方式。在這些發(fā)電廠(chǎng)中，三相交流同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用得最為廣泛，它是現(xiàn)代發(fā)電廠(chǎng)（站）的主體設(shè)備。目前，世界上絕大部分的交流電都是同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。

　　交流發(fā)電機(jī)的輸出特性

　　交流發(fā)電機(jī)的特性有輸出特性、空載特性和外特性。

　　一、輸出特性

　　又叫負(fù)載特性或輸出電流特性，它是指發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電時(shí)，保持發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定（對(duì)12V的發(fā)電機(jī)規(guī)定為14V，對(duì)24V的發(fā)電機(jī)規(guī)定為28V）的情況下，發(fā)電機(jī)的輸出電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即I=f（n）函數(shù)關(guān)系。交流發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線(xiàn)，如圖所示。

　　從上圖可以看出：

　　1）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速甚低時(shí)，其端電壓低于額定電壓，此時(shí)發(fā)電機(jī)不能向外供電；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到空載轉(zhuǎn)速n1時(shí)，電壓達(dá)到額定值；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于空載轉(zhuǎn)速n1時(shí)，發(fā)電機(jī)才有能力在額定電壓下向外供電。（所以空載轉(zhuǎn)速值n1常用作選擇發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間傳動(dòng)比的主要依據(jù)。）

　　2）當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)n1時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電流I將隨著轉(zhuǎn)速n的升高而增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速等于n2時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出額定功率（即額定電流與額定電壓之積）（故將轉(zhuǎn)速n2稱(chēng)為滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速）。

　　（自載轉(zhuǎn)速和滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速是交流發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)。在使用中，定期測(cè)量這兩個(gè)數(shù)據(jù)，與規(guī)定值相比較，就可判斷發(fā)電機(jī)性能是否良好。）

　　3）當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電流就不再隨轉(zhuǎn)速的升高而增大。這時(shí)的電流值稱(chēng)為發(fā)電機(jī)的最大輸出電流或限流值。這個(gè)性能表明，交流發(fā)電機(jī)具有自動(dòng)限制電流的自我保護(hù)能力。

　　二、空載特性

　　發(fā)電機(jī)空載時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，稱(chēng)為空載特性。即I=0時(shí)，U=f（n）的函數(shù)關(guān)系，如圖所示。

　　從曲線(xiàn)可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的升高，端電壓上升較快，由他勵(lì)轉(zhuǎn)入自勵(lì)時(shí)，即能向蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電，進(jìn)一步證實(shí)了低速充電性能好的優(yōu)點(diǎn)?？蛰d特性是判斷硅整流發(fā)電機(jī)性能是否良好的重要依據(jù)。

　　三、外特性

　　外特性是指轉(zhuǎn)速一定時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與輸出電流的關(guān)系。即n=常數(shù)時(shí)，U=f（I）的曲線(xiàn)，如圖所示。

　　從外特性曲線(xiàn)可看出，隨著負(fù)載即輸出電流的增加，發(fā)電機(jī)的端電壓會(huì)很快下降，且轉(zhuǎn)速越高，下降的斜率越大。當(dāng)發(fā)電機(jī)在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果突然失去負(fù)載，則端電壓會(huì)急劇升高，這時(shí)發(fā)電機(jī)中的二極管以及調(diào)節(jié)器中的電子元器件將有被擊穿的危險(xiǎn)。

　　另外，當(dāng)輸出電流增大到一定值時(shí)，如負(fù)載再增加，其輸出電流不僅不會(huì)增加，反而會(huì)同端電壓一起下降，即在外特性曲線(xiàn)上存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)短路時(shí)，其短路電流是很小的，這也說(shuō)明交流發(fā)電機(jī)具有自身限制電流的功能。一般交流發(fā)電機(jī)工作在轉(zhuǎn)折點(diǎn)以前。

　　普通交流發(fā)電機(jī)的工作原理

　　發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。

　　1、基本工作原理：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。《？xml:namespace prefix = o /》

　　2、三相交變電動(dòng)勢(shì)：

　　3、三相交流發(fā)電機(jī)的工作原理圖，如圖1所示。 當(dāng)通電的轉(zhuǎn)子被發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與定子繞組之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使定子繞組切割磁力線(xiàn)，因而在定子繞組中產(chǎn)生三相變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于轉(zhuǎn)子磁極呈鳥(niǎo)嘴形，其磁場(chǎng)的分布近似正弦分布，所以三相電動(dòng)勢(shì)也近似正弦波形。

　　圖1 交流發(fā)電機(jī)析工作原理

　　4、交流發(fā)電機(jī)的磁路，如圖2所示。

　　圖2 交流發(fā)電機(jī)的磁路

　　5、交流發(fā)電機(jī)的整流原理，如圖3所示。

　　圖3 三相交流發(fā)電機(jī)的整流過(guò)程

　　6、中性點(diǎn)電壓：從發(fā)電機(jī)三相繞組的中性點(diǎn)引出來(lái)的電壓，稱(chēng)為中性點(diǎn)電壓，其接線(xiàn)柱標(biāo)記為“N” 交流發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)電壓為發(fā)電機(jī)輸出電壓的一半，常用于控制各種繼電器。

　　圖4 中性點(diǎn)電壓

　　7、交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式

　　他勵(lì)：當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓低于蓄電池電壓時(shí)，勵(lì)磁電路由蓄電池提供，稱(chēng)為他勵(lì)；

　　自勵(lì)：當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓高于蓄電池電壓時(shí)，勵(lì)磁電路由發(fā)電機(jī)提供，稱(chēng)為自勵(lì)

　　8、交流發(fā)電機(jī)的搭鐵方式

　　內(nèi)搭鐵：交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部搭鐵。

　　外搭鐵：交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組在發(fā)電機(jī)的外部搭鐵。

　　三相交流發(fā)電機(jī)的工作原理

　　三相交流發(fā)電機(jī)的主要組成部分是電樞和磁極。

　　電樞是固定的，亦稱(chēng)定子。定子鐵心的內(nèi)圓周表面沖有槽，用以放置三相電樞繞組。每相繞組是同樣的，它們的始端（頭）標(biāo)以A，B，C，末端（尾）標(biāo)以X，Y，Z。每個(gè)繞組的兩邊放置再相應(yīng)的定子鐵心的槽內(nèi)。但要求繞組的始端之間或末端之間都彼此相隔120度。

　　磁極是轉(zhuǎn)動(dòng)的，亦稱(chēng)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵心上繞有勵(lì)磁繞組，有直流勵(lì)磁。選擇合適的極面形狀和勵(lì)磁繞組的布置情況，可使空氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律分布。

　　當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并以勻速按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則每相繞組依次切割磁力線(xiàn)，其中產(chǎn)生頻率相同，幅值相等的正弦電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的參考方向選定為自繞組的末端指向始端。

　　以A相為參考，則可得出：

　　也可以用相量表示為：

　　三相交流電出現(xiàn)正幅值（或相應(yīng)零值）的順序?yàn)橄嘈颉Ｔ诖?，相序是ABC。

　　三相電動(dòng)勢(shì)的幅值相等，頻率相同，彼此間的相位差也相等。這種電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)。