國民經濟建設和人民生活時刻離不開電能，同步發電機由原動機驅動而旋轉，把機械能轉換成電能，向用電裝置提供交流電源。
無刷同步發電機由於其無線電干擾小，無電刷，維護工作量少，執行可靠，效能優越，又便於實現無人值守，當今國內外己普遍推廣應用。
第一節無刷同步發電機工作原理
一、電與磁的關係
（一）通電導體周圍有磁場
在導體中通入電流之後，導體周圍便產生磁場，而且沿導體全部長度上都存在著，該磁場的強弱決定於電流的大小，電流越大，磁場強度越強，磁場的方向按右手定則決定，如圖8-1所示，將右手姆指伸直表示電流方向，將其餘四指捲曲，這時四指所指的方向，就是磁場方向。
通電線圈或螺線管周圍也產生磁場。磁場的強度與線圈匝數及電流大小成正比 , 磁場方向也以右手定則決定 , 如圖 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其餘四指捲曲，使四指的方向符合線圈中電流方向 , 那麼伸直的姆指所指的方向就是磁場方向。
發電機的磁場就是在磁極鐵心外套上線圖通以直流電而形成南、北磁極。當線圈斷電後，磁極鐵心仍有一定的磁性，俗稱「剩磁」，這是發電機自建電壓的必不可少的條件。
（二）電磁感應
當導體(線)在磁場中運動或磁場在導體周圍運動，兩者互相切割時，在導體(線)中便感應電動勢，這種現象稱為電磁感應。
感應電動勢的方向與導體運動方向和磁場方向有關，可用「右手定則」來判定。伸右手於磁場內，手心對著n極,四指與大姆指互相垂直，讓大姆指指向導體運動方向，那麼四指所指方向就是感應電動勢方向。發電機就是根據這個原理工作的。
如圖8－3所示。
感應電動勢的大小e與磁感應強度b,導體切割磁力線的速度 v和導體長度l成正比。
e=b1v
要增大感應電動勢，可採用下列辦法：
1、增加被切割的磁力線數目，即增強磁場強度，磁場越強，感應電動勢越大。
2、增加導體切割磁力線速度，速度越快，感應電動勢越大。
3、增加切割磁場的導體有效長度，即增加線圈匝數，匝數越多，感應電動勢越大。
二、交流電的嚴生
（一）單相交流電的產生
交流電是指大小和方向隨時間按正弦規律作週期性變化的電流(電壓)。
圖8-4表示最簡單的2極交流發電機定、轉子示意圖。當繞在定子磁極鐵心上的線圈按規定方向通入電流時,2個磁極鐵心分別產生n、s磁極,在圓柱形轉子鐵心上繞有線圈,當轉子在磁場中旋轉,則轉子線圈切割磁力線，**圈中便感應電動勢。
轉子按逆時針方向旋轉時，導線從1的位置開始順次轉至2、 3、…… 8的位置，因磁場各點磁通密度不同，導線中的感應電動勢就不同，通過設計可以讓n、s極沿極弧上各處位置的磁通密度按正弦曲線分布，這時把導線在各點位置感應的電動勢連成的曲線是一條正弦曲線，如圖8-5。
交流發電機的轉速、磁極對數和感應的交流電頻率的關係為：
式中：f——交流電頻率hz
n——轉速 r／min
p——發電機極對數
（二）三相交流電的產生
在發電機轉子上均勻地安置有彼此相隔120°電角度的三個相同線圈，當三個線圈在磁場中旋轉時，就可以，**圍內感應三個彼此相隔120°電角度的交變電動勢eu、ev、ew。正弦曲線和向量圖見8－6
三、交流發電機三相繞組的接法：
1、星形接法
將發電機三相繞組的三個尾端u2、v2、w2連線在一起，從三個繞組的首端u1、v1、w1引出三根導線與外電路相連，這種連線法叫星形按法，用字母y表示。
三個尾端接在一起的一點稱為中性點，用字母n表示，從n點引出的導線稱中線，從三個首端引出的稱相線俗稱火線，這種供電方式稱三相四線制。
星形接法發電機可以輸出兩種電壓：相線與中線之間的電壓稱相電壓，任意兩相線之間的電壓稱線電壓。
線電壓 u線＝u相
i線 =i相
星形按法是最廣泛的接法，不管容量大小幾乎都採用此按法。通常的移動電站、柴油機組也大都用這種按法。
2、三角形按法
發電機三相繞組，依次將一相繞組的尾端和另一組繞組的首端連線，組成一封閉三角形，再從三個連線點引出三根導線與外電路連線，這種接法叫三角形接法用△表示。
相電壓就是線電壓，則u線=u相，而i線=i相 ，這種接法在發電機中很少採用。
四、三相交流電的功率：
一般情況下，發電機的三相負載是對稱的，這時三相電路的總功率p,等於單相功率的三倍。p單相=u相i相cos
所以p三相=3u相i相cos
式中為相電壓與相電流的相位差角
當星形接法時，因v相＝u相 ，i線 =i相
所以p三相＝v線i線cos=u線i線cos (w)
s= u線i線(va)
三角形接法時,因u線=u相，而i相=i線
所以p三相＝3u線cos=u線i線cos (w)
s=u線i線(va)
因此在三相電路中,無論是星形按法或三角形按法,計算總功率的公式都是相同的。
現在電網**的都是三相四線制，俗稱y按法(有中線)，而負載是採用y或接△法，應當慎重考慮，以免接錯發生裝置事故。以負載的額定電壓來決定負載是接相電壓或線電壓。
例如,現在的照明燈泡大都採用220v,顯然只能接在相電壓上,如果接線電壓（380〉v,則燈泡即將**。
由於負載要求三相對稱(三相功率相等〉,所以很多燈泡就要按容量分開三相,使燈泡功率基本相等而後按y形接法。
有的負載是380v,這時如果接在相電壓上,則就不一定起作用,如接觸器的閉合線圈有的要求380v,就一定要按**電壓上。
五、無刷同步發電機基本工作原理
tfw系列無刷發電機
電氣原理圖見圖8一7。
基本工作原理:
發電機由原動機驅動旋轉接近額定轉速時,由於轉子磁極鐵心具有剩磁,嵌在定子槽中的副繞組s1s2感應的電勢經單相全波整流器組dl整流後輸入交流勵磁機勵磁繞組 f3f4 建立交流勵磁機磁場,使交流勵磁機電樞繞組感應三相電勢,該電勢經旋轉整流橋d2整流後輸入主發電機勵磁繞組f1f2 ,建立主發電機磁場,使發電機定子繞組感應電勢,從而輸出電能.
第二節無刷同步發電機構造
一、概述
中小型同步發電機的構造主要有二種型式
(一)旋轉電樞式
磁極固定不動(不動部份稱定子)，電樞繞組 (感應導體)在轉子上轉動，利用旋轉整流器把交流電從轉子上引出來，交流勵磁機就是這種電機。
(二)旋轉磁場式
磁極裝在轉子上轉動,電樞繞組裝於定子上不動,可直接用電纜引出交流電。無刷發電機的本體就是這種型式電機。
此類電機又可以分為:
凸極式發電機：有明顯的磁極，在磁極鐵心上套有集中磁極繞組。
隱極式發電機：沒有明顯的磁極，磁極繞組分散嵌在轉子(磁極)鐵心槽內。
中小型發電機大都採用轉場式。不論凸極式還是隱極式發電機，其結構可分為兩大部分，即靜止部分，包括定子(機座、定子鐵心、定子繞組)，端蓋，軸承蓋(套)，交流勵磁機定子等；轉動部分又稱轉子，包括轉軸、轉子鐵心(磁極鐵心)、磁極繞組、軸承、風扇、勵磁機電樞、旋轉整流器等。
二、無刷同步發電機結構
tfw系列元刷發電機典型結構見圖3-9(凸極式)，圖3-10(隱極式)
(一)靜止部份
1.定子：由機座、定子鐵心、定子繞組所組成。定子鐵心及定子繞組是產生感應電勢、電流的部分，亦稱電樞。
(1)機座
機座是發電機的整體支架，用來固定電樞並和前後兩端蓋一道支承轉子。
機座有鑄鐵鑄造和鋼板焊接兩種，tfw系列多為鑄鐵結構，經機械加工而成。機座內壁分布筋條用以固定電樞，兩端面加工有止口及螺孔與端蓋配合固定，機座下部鑄有底腳，以便於電機固定在底架或基礎上。
機座上一般有出線盒，或位於機座的右側面(從軸伸端看),或位於機座上部，出線盒裝有接線板，以便引出交流電等。位於機座上部的出線盒一般均裝有勵磁調節器。
tfe系列無刷發電機機座是鋼板焊接結構，它是幾塊罩式鋼板及端環、底腳焊接而成，具有造型新穎、省工省料、重量輕等特點。
（2）定子鐵心
定子鐵心是電機磁路的組成部分。鐵心採用0.5mm厚的矽鋼片迭壓而成。鐵心開有均勻分布的槽，以嵌放線圈。為了減少鐵心的渦流損耗，矽鋼片兩面塗有絕緣漆。
tfw系列由於轉子採用1mm低碳鋼板做鐵心，所以為了提高材料利用率，定子鐵心常用扇形矽鋼片來拼成乙個整圓鐵心，拼時把每層的接縫互相錯開。定子鐵心有外壓裝和內壓裝兩種：外壓裝就是以扇形衝片拼成整圓，並迭壓一定長度後經過一定壓力，由壓圈和扣片形成乙個整體，再經嵌線、絕緣處理後壓入於機座上。
內壓裝則是直接由扇形衝片迭壓在已經加工的機座上，後再嵌線，並經絕緣處理。
較大容量的發電機鐵心，為增加散熱面積，常在沿軸向長度上留有數道通風溝。
tfe系列發電機由於定、轉子均採用矽鋼片沖製，所以其定子鐵心是用整圓矽鋼片迭壓的 , 再與壓圈一道用co2氣體保護焊接成一體。這種結構具有材料利用率高、容易加工的特點。
(3)定子繞組
繞組由線圈組成，線圈採用高強度聚酯漆包圓銅線繞制，並按一定的方式連線，嵌入鐵心槽中。這是產生感應電勢，流通交流電流的部分，是發電機的核心。
線圈採用的導線規格、線圈臣數、併聯路數等由電磁設計確定。繞組型式有雙層迭繞、單層鏈式、單雙層式等。
定子繞組嵌於鐵心槽中，還必須有層間絕緣、相間絕緣和對地絕緣。主絕緣材料多採用b級材料即d·m·d 聚酯薄膜無紡布覆合箔，f級絕緣採用 n·m·n。
線圈在鐵心槽內受到交變電磁力及平行導線之間的電動力，可能使線圈移動或振動，因此繞組要緊固，不能鬆動。一般可用玻璃布板做成槽模在槽內壓緊線圈，同時在兩端部用玻璃纖維帶紮緊，再把整個電樞經絕緣處理，使電樞形成乙個堅固的整體。
2.端蓋
端蓋與機座配合後用於支承轉子，因此在端蓋中心有軸承室圓孔，以便裝軸承。端蓋的端麵有止口與機座配合，與柴油機專配的發電機在軸伸端的端蓋兩端面，均有端麵止口。所有這些止口與軸承室的同軸度加工精度要求高，以便保證轉子裝配後的同軸度要求。
tfw系列發電機端蓋用鑄鐵鑄造。
tfe系列發電機端蓋由鋼板焊接而成。軸承則裝於軸承套內，安裝方便。
3.交流勵磁機定子
交流勵磁機定子為磁場，tfw系列發電機勵磁機定子鐵心用1mm低碳鋼板製成，具有若干磁極，而後套以激磁線圈，並用槽楔予以固定，然後定子進行浸烘絕緣處理。tfe系列發電機的勵磁機定子鐵心則用矽鋼片迭壓而成，激磁線圈先在玻璃布板製成的框架上繞制，浸漆絕緣處理後套在勵磁定子鐵心上，用銷釘予以固定。這種系列無刷發電機勵磁定子多有兩套激磁繞組，即電壓繞組和電流繞組，有電流復勵作用，以改善整機調壓效能和應付過載能力。
為了起勵方便，在一小段勵磁定子鐵心裡埋設三塊永久磁鋼。為防止漏磁，其間用厚絕緣紙板與其餘定子鐵心進行磁絕緣。勵磁定子均用緊固螺釘或環鍵固定在後端蓋的鑄造筋條或焊接的支件上。
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0nq.140.232 交流無刷勵磁機 永磁發電機 安裝使用維護說明書 南京汽輪電機 集團 有限責任公司 編制田巨集2010.2.7 校對張利光2010.2.7 審核葛淑明2010.2.10 會簽標準審查巫旭明2010.3.1 審定姜興林2010.3.9 批准備註 由於設計和製造在不斷改進，本說明書...
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