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多磁极三相发电机原理模型
Principle of Multipolar Three-phase Generator

采用蒸汽轮机燃气轮机带动发电机发电,其转速为3000r/min,其他一些发动机没有这么高的转速,大型内燃机转速只有几百转至一千多转,需采用多极同步发电机才能发出频率为50周的交流电。

多磁极发电机的转子有多个磁极,图1是一个6极三相交流发电机模型的定子铁芯与转子铁芯。

6极发电机模型定子铁芯与转子铁芯

图1--6极发电机模型的定子铁芯与转子铁芯

转子有3对磁极,由于每个磁极都是从转子上明显凸起,称之为凸极式转子。磁极安装在转子磁轭上。

凸极式转子铁芯

图2--凸极式转子铁芯
每个凸起的磁极上都绕有励磁线圈,见图3。

绕有线圈的凸极转子

图3—绕有线圈的凸极转子
接上励磁电源通过滑环向励磁线圈供电,形成南北相间的6个磁极,凸极的磁力线见图4。

凸极转子的磁场

图4--凸极转子的磁场
凸极式转子也可采用永磁体制作转子磁极,在直驱式风力发电机与小型永磁发电机中有广泛的应用,图5是有3对永磁体磁极的转子。

永磁体凸极转子的磁场

图5—永磁体凸极转子的磁场

转子有3对磁极,旋转一周磁场将循环3个周期,旋转120度磁场变化1个周期。定子铁芯的槽数是18个或36个等数,我们这个模型的内园周有18个嵌线槽,见图6。

定子铁芯

图6--定子铁芯

在120度机械角度里有6个槽,均匀分布A相、B相、C相3个线圈;另外两个120度里同样各自分布3个线圈。3个A相线圈串联起来即为整机的A相绕组,3个B相线圈串联起来即为整机的B相绕组,3个C相线圈串联起来即为整机的C相绕组,3个绕组按星形接法将三个绕组尾端连在一起引出即中性线,为看清线圈的分布与连接,图7中定子为半透明。

定子线圈的分布与连接

图7--定子线圈的分布与连接

3个绕组的另一端是A相输出端、B相输出端、C相输出端。

定子铁心与3相绕组

图8--定子铁心与3相绕组

把凸极转子插在定子中,与定子有很小间隙,可自由旋转。图9就是多磁极发电机的原理模型。

多磁极发电机模型

图9--多磁极发电机原理模型

当转子匀速旋转时A、B、C相线圈顺序切割磁力线,都会感生交流电动势,其幅度与频率相同。由于三个线圈均匀分布,它们感应电势的相位也相差120度电角度(每周期为360度电角度)。

当转子旋转一周将感生出3个周期的三相交流电动势。当转子转速为每分钟1000转时,所感生交流电动势的频率为50赫兹。

本模型仅是个原理模型,定子线圈的分布与连接仅表示基本规律,实际发电机上定子的槽数要多得多,绕组分布也复杂得多。

下面是多磁极发电机的原理模型的3D动画,动画中有每根相线的输出电势波形。

 
多磁极发电机的基本结构与原理动画
 
 
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