交流发电机讲稿
电磁设计浅释
2012-08
目录 1. 发电机概要 2. 发电机主要零部件 3. 电磁部件件-定子 4. 电磁部件件-转子 5. 电磁设计 6. 主要零件的设计计算（定子） 7. 主要零件的设计计算（转子） 8. 性能计算校核 9. 计算简例 10. 趋势展望-高效/低噪声
1. 发电机概要
激磁线圈 爪极
爪极
5. 电磁设计
5.1 定义
▶ 发电机的电磁设计， 发电机的电磁设计，主要的是定子和转子各零件的设计 ▶ 发电机的磁路如图
5. 电磁设计
5.1 电流的磁效应
电流的磁效应(通电会产生磁场)： 奥斯特发现：任何通有电流的导线，都可以在其周围产 生磁场的现象，称为电流的磁效应
5. 电磁设计
转子磁轭磁势
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
8.1空载特性曲线
所需总磁势FBH
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
8.1空载特性曲线
根据所需总磁势FBH核算激磁磁势 激磁绕组匝数Wf ×激磁电流If Wf ×IF＞ FBH OK
8. 性能计算校核
8.2 空载特性曲线计算表
8. 性能计算校核
8.2 空载特性曲线计算表
空载特性曲线
8. 性能计算校核
8.2 空载特性曲线计算表
空载特性表
8. 性能计算校核
8.3 负载特性激磁磁势
从空载特性曲线作磁化特性曲线，求得负载激磁磁势 1，
2， 3， AB= 4，从OB查 得磁极漏磁通 ，这样磁极总磁通为
5.2 电磁感应定律
因磁通量变化产生感应电动势的现象： 闭合电路的一部分导体，在磁场里做切割磁力线的运动 时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应，这就 是在1831年迈克尔.法拉第发现的定律
感应电动势E＝B×L×V
5. 电磁设计
5.3 原理的实现
发动机通过皮带使发电机转子转动产生旋转磁场，定 子中的静止导线通过切割转子的旋转磁场而感生出电动 势，所以对于发电机而言输出的是交流电。（称为同步 发电机的原因是由于转子旋转磁场的旋转频率与定子感 生的交流电流的频率是保持同步的）。发电机所产生的 交流电经整流元件转换成直流电，供整车作为电源，实 现转换。
7. 主要零件的设计计算（转子）
7.3 爪极漏磁通
爪极漏磁通计算时主要有： ，极爪侧面漏磁通 ，极爪掌内表面漏磁通 ，极爪端部漏磁通 ，极爪内表面对磁轭漏磁通
7. 主要零件的设计计算（转子）
7.4 激磁线圈
激磁线圈决定发电机总磁势 计算磁势→绕组圈数 →线径 →内阻 →激磁电流 →复核总磁势 从FBH 知 导线电流密度Jf → 激磁绕组匝数Wf →激磁电流If →设定激磁
3. 电磁部件件-定子
3.1 定子定义
▶ 通过转子旋转磁场， 通过转子旋转磁场，在定子上切割磁力线产生交变（ 在定子上切割磁力线产生交变（N、S)电流， 电流，传递给整流桥。 传递给整流桥。
定子铁芯
定子绕组
3. 电磁部件件-定子
3.2 定子组成
定子组成 : - 定子铁芯， 铁芯，由薄钢片叠压而成 - 定子线圈， 定子线圈，由高温漆包线绕制 - 槽楔和槽绝缘
定子铁芯
定子绕组
3. 电磁部件件-定子
3.3 定子绕线
3相绕线方式 : （根据设计可适当选择绕线方式） 根据设计可适当选择绕线方式） △ 形绕线方式 Y 形绕线方式 .
电流 (A) △-连接 中性点利用 Y-连接 Y-连接
转速 (RPM)
Y 形连接
△形连接
输出特性
4. 电磁部件件-转子
4.1 转子定义
2#稳态 25℃ 1#稳态 25℃
9. 计算简例
9.5 转子激磁绕组线径变化
转子激磁绕组线径改变，其他状态不变，使总磁势减少 （如从￠0.85《 0.85《绿色》改为￠ 0.83《 0.83《红色》）
120
100
80
1#稳态25℃
60
3#稳态25℃
40
20
0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
定子D/L →绕组圈数 →线径 →单相内阻 →槽形 →定子外径 →漏抗
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.2 定子绕组及槽齿
定子D/L →绕组圈数 →线径 →单相内阻 →槽形 →定子外径 →漏抗
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.2 定子绕组及槽齿
定子D/L →绕组圈数 →线径 →单相内阻 →槽形 →定子外径 →漏抗
5. 电磁设计
5.4 原理的实现
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.1 定子内径D和长度L
L
D
6. 主要零件的设计计算（定子）
定子内径 6.1 定子内径 D和长度 D和长度 L L
极弧系数
线负荷A 一般取500~550A/cm
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.1 定子内径 定子内径 D和长度 D和长度 L L
8.1空载特性曲线
定子齿磁势
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
8.1空载特性曲线
定子轭磁势
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
8.1空载特性曲线
转子磁极磁势
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
8.1空载特性曲线
7.2 爪极基本尺寸
爪极是主要的磁场零件 件， ， 尺寸也比较复杂，涉及 整个磁路计算
7. 主要零件的设计计算（转子）
7.2 爪极基本尺寸
爪极是主要的磁场零件 件， ， 尺寸也比较复杂，涉及 整个磁路计算
1.1~1.3
7. 主要零件的设计计算（转子）
7.2 爪极基本尺寸
爪极是主要的磁场零件 件， ， 尺寸也比较复杂，涉及 整个磁路计算
120
100
80
系列2
60
系列3
40
20
0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
9. 计算简例
9.3 定子绕组变化（ 定子绕组变化（匝数/线径） 线径）
定子绕组从￠1.18× 1.18×13《 13《红色》到￠1.4× 1.4×10《 10《蓝色》
140
120
100 系列1
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.2 定子绕组及槽齿
定子D/L →绕组圈数 →线径 →单相内阻 →槽形 →定子外径 →漏抗
漏抗: 定子槽漏抗 定子端部漏抗 定子齿顶漏抗 定子谐波漏抗
7. 主要零件的设计计算（转子）
7.1 爪极
爪极是主要的磁场零件 件， ，尺寸也比较复杂，涉及整个磁路计算
7. 主要零件的设计计算（转子）
8. 性能计算校核
8.3 负载特性激磁磁势
5，从磁极总磁通 6，总磁势为 FBH＝ FBH＝OA+AB+OC1
查得转子磁路磁势OC1
根据所需总磁势FBH核算激磁磁势 激磁绕组匝数Wf ×激磁电流If Wf ×IF＞ FBH OK
8. 性能计算校核
负载激磁磁势FBH
9. 计算简例
9.1 定子线径变化
10.趋势展望-高效/低噪声
定子 转子 整流桥 电刷
高槽满率
增加磁场
低损耗二极管
长寿命电刷
参考文献： 曹宝元箸“整流发电机”
Thank you
定子线径（如从￠1.12《 1.12《蓝色》到￠1.06 《红色》，圈数等不变）
120.0
100.0
80.0
系列1 系列2
60.0
40.0
20.0
0.0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
9. 计算简例
9.2 定子绕组圈数变化
定子绕组从11圈 11圈《红色》改到10圈 10圈《蓝色》，其他状态不变
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.1 定子内径D和长度L
参考值
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.1.1 方法二 定子内径D和长度L
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.2 定子绕组及槽齿
定子D/L →绕组圈数 →线径 →单相内阻 →槽形 →定子外径 →漏抗
6. 主要零件的设计计算（定子）
6.2 定子绕组及槽齿
▶ 激磁线圈两端各自连接在集电环的2个铜环上， 个铜环上，通过电刷和电源连接， 通过电刷和电源连接，产生激磁电流。 产生激磁电流。 再由发动机带动形成旋转磁场， 再由发动机带动形成旋转磁场，爪极被磁化（ 爪极被磁化（N、S极）。
4. 电磁部件件-转子
4.2 转子组成
- 转子由前爪极、 转子由前爪极、后爪极、 后爪极、激磁线圈、 激磁线圈、轴、集电环等组成
从激磁导线的截面积可得所需导线的直径 df
7. 主要零件的设计计算（转子核算激磁电阻rf→核算绕组架可容面积hf×bf →复核总磁势
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
8.1 空载特性曲线
气隙磁势
8. 性能计算校核
根据上述初步计算得到的定子和转子尺寸，进行性能校核
80
60
系列2
40
20
0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
9. 计算简例
9.4 定子迭片厚度变化
定子迭片厚度从31mm《 31mm《红色》变到28mm《 28mm《绿色》，其他状态不变
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000