交流發(fā)電機(jī)工作原理

發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防，科技及日常生活中有廣泛的用途。

    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。

交流發(fā)電機(jī)工作原理
　　交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理如圖2-2所示。

　　　　　　圖2-2交流發(fā)電機(jī)發(fā)電原理
　　1.在發(fā)電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）
　　2.磁場(chǎng)外有一個(gè)定子繞組, 繞組有3組線圈(3相繞組)，3相繞組彼此相隔120度
　　3.當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說使電樞繞組中通過的磁通量發(fā)生變化）而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

　?。?）定子3相繞組感生電動(dòng)勢(shì)的大小為：

　　　
　　其中：E m -每相電動(dòng)勢(shì)的最大值
　　ω-電角速度
　　f-交流電動(dòng)勢(shì)的頻率（為轉(zhuǎn)速的函數(shù)）
　　p-磁極對(duì)數(shù)
　　n-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）
　　Eφ-每相電動(dòng)勢(shì)的有效值

　　（2）定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值

　　
　　K-繞組系數(shù)(和發(fā)電機(jī)定子繞組的繞線方法有關(guān) )
　　N-每項(xiàng)匝數(shù)（匝）
　　φ-每極磁通（Wb）
　　Ce-電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)

　　(3) 交流電動(dòng)勢(shì)波形

　　由此可見,交流電動(dòng)勢(shì)的幅值是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，三相電動(dòng)勢(shì)的波形為變頻率、變幅值的交流波形。
　　　　　　　　　　　　　
　　4.定子三相繞組的接法

　　定子三相繞組的接法有兩種
　?。?）星形接法
　　IL=IΦ I L-線電流 IΦ-相電流

　　　　　　　　　　　　　
　　（2）三角形接法中
　　0UL=UΦ

二、　整流原理　　

　　交流發(fā)電機(jī)定子的三相繞組中，感應(yīng)產(chǎn)生的是交流電，是靠六只二極管組成的三相橋式整流電路變?yōu)橹绷麟姷摹６O管具有單項(xiàng)導(dǎo)電性,當(dāng)給二極管加上正向電壓時(shí),二極管導(dǎo)通, 當(dāng)給二極管加上反向電壓時(shí),二極管截止,二極管的導(dǎo)通原則如下:

　　1.二極管的導(dǎo)通原則

　　　　
　　當(dāng)三只二極管負(fù)極端相連時(shí)，正極端電位最高者導(dǎo)通；
　　當(dāng)三只二極管正極端相連時(shí)，負(fù)極端電位最低者導(dǎo)通。

　　2.整流過程分析

　　橋式整流電路及電壓波形見圖2-3。

　　　　　　　圖2-3橋式整流電路及電壓波形

　?。?）整流時(shí)二極管導(dǎo)通條件：
　　?、賹?duì)于三個(gè)正極管子（D1、D3、D5正極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時(shí)，電壓最高一相的正極管導(dǎo)通。
　?、趯?duì)于三個(gè)負(fù)極管子（D2、D4、D6負(fù)極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時(shí)，電壓最低一相的負(fù)極管導(dǎo)通。
　　但同時(shí)導(dǎo)通的管子總是兩個(gè)，正、負(fù)管子各一個(gè)。

　?。?）整流過程
　　看一下下面的動(dòng)畫（動(dòng)畫1）
　　三相橋式整流電路中二極管的依次循環(huán)導(dǎo)通,使得負(fù)載RL兩端得到一個(gè)比較平穩(wěn)的脈動(dòng)直流電壓。如圖2-2所示

　?。?）發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓平均值為：
　　U=1.35UL=2.34UΦ
　　流經(jīng)每只二極管的電流
　　ID=IL/3

　3．中性點(diǎn)電壓　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　有的發(fā)電機(jī)具有中性點(diǎn)接線柱，如圖2-4，是從三相繞組的中性點(diǎn)引出來的，標(biāo)記為“N”。輸出電壓為UN，稱為中性點(diǎn)電壓

　　圖2-4帶中心抽頭的交流發(fā)電機(jī)
　　中性點(diǎn)電壓的瞬時(shí)值是一個(gè)三次諧波電壓，中性點(diǎn)電壓的平均值為發(fā)電機(jī)輸出電壓（平均值）的一半，即：
　　UN=UB/2
　　帶有中性點(diǎn)接線柱的發(fā)電機(jī)可用中性點(diǎn)電壓來控制各種用途的繼電器。
　　有的發(fā)電機(jī)沒有中性點(diǎn)接線柱，但是也把中性點(diǎn)電壓充分的利用了（如夏利、桑塔納發(fā)電機(jī)），這些發(fā)電機(jī)在中性點(diǎn)處接上兩只整流二極管，和三相繞組的六只整流二極管一道輸出，可提高發(fā)電機(jī)功率。其工作原理見本章第三節(jié)。

水冷式交流發(fā)電機(jī)與風(fēng)冷式交流發(fā)電機(jī)相比，內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜了，防漏密封要求提高了，成本也會(huì)增加。同時(shí)因聯(lián)接水管的問題，安裝布置也受到諸多限制，自由度減少了。但是，水冷式交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電及低噪聲性能，是風(fēng)冷式交流發(fā)電機(jī)無法比擬的。