柴油发电机组有刷三相交流发电机工作原理

(1) 发电机基本工作原理。

图3-9是最简单的4极交流三相发电 机工作示意图。直流电源经电刷、集 电环向磁极绕组提供直流电流(即励磁电流)，根据通电线圈周围产生磁场的原理，4个磁极铁心便建立起极性分别为N、S、N、S的磁场。定子 铁心槽中分别嵌有U、V、W 三相定子绕组。发电机转子由发动机驱动，由于电磁感应作用，在定子绕组中便 感应出电动势，当定、转子铁心尺寸和绕组匝数设计合理时，在额定转速下发电机可发出额定电压。

(2) 交流电的产生。交流电指的是大小和方向随时间按正弦规律作周期性变化的电流或电压。图3-9所示发电机转子顺时针方向旋转，当磁极①、②这一对N、S极掠过定子绕组U1的导线时，该绕组导线感应的电压为：磁极①极性为N,当极弧表面上的点1、2、3三 个位置先后掠过绕组U1时，该绕组感应电压方向用右手定则判定为正；磁极②极性为S, 当极弧表面上的点4、5、6三个位置先后掠过绕组U1时，该绕组感应电压方向用右手定则判定为负。由于磁极铁心极弧表面与定子铁心之间的气隙大小设计成不均匀，中央气隙小， 两侧气隙大，通过气隙大小和极靴宽度的合理选取，使沿极弧表面各处的磁感应强度按正弦曲线分布。当磁极的不同点掠过绕组U1时，该绕组感应的电压大小也按正弦曲线分布,如图3-10所示，这就是单相交流电。交流发电机的转速、磁极对数和感应的 交流电频率之间的关系式为：?=P_n/60 (式中?为交流电频率，n为转速,P为极对数)。在图3-9中一个N极和一个S极组成1个极对数，该发电机为4极，即2 对极。

(3) 三相交流电的产生。图3-9所示发电机定子铁心梢中，沿圆周均匀安置彼此相隔 120°电角度的3个相同绕组U1U2、V1V2、W1W2,称为三相绕组。当转子旋转时，便可在三相绕组中感应出彼此相隔120°电角度的交流电动势印、e_u、e_v、e_w，其向量和波形如图3-11 所示。

(4) 整机工作原理。有刷三相交流发电机原理电路如图3-12所示。由励磁电源输出的直流电(励磁电源可来自直流励磁机发出的直流电压、交流励磁机发出的交流电经整流成的直流电压、定子副绕组感应的电压经整流成的苜流电压、定子主绕组抽头电压经整流成的直流电压），经滑环、集电环向转子磁极绕组F1F2提供励磁电流。发电机由内燃机驱动至接近额定转速，依靠转子磁极铁心的剩磁磁场（新机或经大修的旧机须经充磁后，磁极铁心才有剩磁磁场〉，在定子绕组中感应出交流电。由于定子槽中嵌人的绕组按三相布置，因而感应出三相交流电压。调节磁场变阻器或自动电压调节器（AVR）的电位器，可使发电机空载电压整定在额定电压值。负载时，依靠自动电压调节器对转子励磁电流进行自动调节，以维持发电机电压恒定。未配备自动电压调节器的，则依靠手动调节磁场变阻器对转子励磁电流进行调节，以维持发电机电压接近额定值。

较大功率的发电机，应具有2台或多台机并列运行功能，为此要求配备的自动电压调节器（AVR）中设置有调差环节，其外部配备的调差互感器，接在发电机输出相线上，如图 3-12所示，在发电机并联运行中起自动调节无功负载电流作用。