无刷交流同步发电机原理与构造国民经济建设和人民生活时刻离不开电能，同步发电机由原动机驱动而旋转，把机械能转换成电能，向用电设备提供交流电源。

无刷同步发电机由于其无线电干扰小，无电刷，维护工作量少，运行可靠，性能优越，又便于实现无人值守，当今国内外己普遍推广应用。

第一节无刷同步发电机工作原理一、电与磁的关系（一）通电导体周围有磁场在导体中通入电流之后，导体周围便产生磁场，而且沿导体全部长度上都存在着，该磁场的强弱决定于电流的大小，电流越大，磁场强度越强，磁场的方向按右手定则决定，如图8-1所示，将右手姆指伸直表示电流方向，将其余四指卷曲，这时四指所指的方向，就是磁场方向。

通电线圈或螺线管周围也产生磁场。

磁场的强度与线圈匝数及电流大小成正比 , 磁场方向也以右手定则决定 , 如图 8一2 所示 , 伸出右手姆指，其余四指卷曲，使四指的方向符合线圈中电流方向 , 那么伸直的姆指所指的方向就是磁场方向。

发电机的磁场就是在磁极铁心外套上线图通以直流电而形成南、北磁极。

当线圈断电后，磁极铁心仍有一定的磁性，俗称“剩磁”，这是发电机自建电压的必不可少的条件。

（二）电磁感应当导体(线)在磁场中运动或磁场在导体周围运动，两者互相切割时，在导体(线)中便感应电动势，这种现象称为电磁感应。

感应电动势的方向与导体运动方向和磁场方向有关，可用“右手定则”来判定。

伸右手于磁场内，手心对着N极,四指与大姆指互相垂直，让大姆指指向导体运动方向，那么四指所指方向就是感应电动势方向。

发电机就是根据这个原理工作的。

如图8－3所示。

感应电动势的大小e与磁感应强度B,导体切割磁力线的速度 v和导体长度l成正比。

e=B1v要增大感应电动势，可采用下列办法：1、增加被切割的磁力线数目，即增强磁场强度，磁场越强，感应电动势越大。

2、增加导体切割磁力线速度，速度越快，感应电动势越大。

3、增加切割磁场的导体有效长度，即增加线圈匝数，匝数越多，感应电动势越大。

二、交流电的严生（一）单相交流电的产生交流电是指大小和方向随时间按正弦规律作周期性变化的电流(电压)。

图8-4表示最简单的2极交流发电机定、转子示意图。

当绕在定子磁极铁心上的线圈按规定方向通入电流时,2个磁极铁心分别产生N、S磁极,在圆柱形转子铁心上绕有线圈,当转子在磁场中旋转,则转子线圈切割磁力线，在线圈中便感应电动势。

转子按逆时针方向旋转时，导线从1的位置开始顺次转至2、 3、…… 8的位置，因磁场各点磁通密度不同，导线中的感应电动势就不同，通过设计可以让N、S极沿极弧上各处位置的磁通密度按正弦曲线分布，这时把导线在各点位置感应的电动势连成的曲线是一条正弦曲线，如图8-5。

交流发电机的转速、磁极对数和感应的交流电频率的关系为：pnf=60式中：f——交流电频率Hzn——转速 r／minp——发电机极对数（二）三相交流电的产生在发电机转子上均匀地安置有彼此相隔120°电角度的三个相同线圈，当三个线圈在磁场中旋转时，就可以，在线围内感应三个彼此相隔120°电角度的交变电动势e U、e V、e W。

正弦曲线和矢量图见8－6三、交流发电机三相绕组的接法：1、星形接法将发电机三相绕组的三个尾端U2、V2、W2连接在一起，从三个绕组的首端U1、V1、W1引出三根导线与外电路相连，这种连接法叫星形按法，用字母Y表示。

三个尾端接在一起的一点称为中性点，用字母N表示，从N点引出的导线称中线，从三个首端引出的称相线俗称火线，这种供电方式称三相四线制。

星形接法发电机可以输出两种电压：相线与中线之间的电压称相电压，任意两相线之间的电压称线电压。

线电压U线相I线 =I相星形按法是最广泛的接法，不管容量大小几乎都采用此按法。

通常的移动电站、柴油机组也大都用这种按法。

2、三角形按法发电机三相绕组，依次将一相绕组的尾端和另一组绕组的首端连接，组成一封闭三角形，再从三个连接点引出三根导线与外电路连接，这种接法叫三角形接法用△表示。

，而I线相，这种接法在发电机中相电压就是线电压，则U很少采用。

四、三相交流电的功率：一般情况下，发电机的三相负载是对称的，这时三相电路的总功率φP,等于单相功率的三倍。

P单相=U相I相COSφ所以P三相=3U相I相COS式中φ为相电压与相电流的相位差角 当星形接法时，因V 相1相 ，I 线 =I 相所以P 三相＝3线I 线COS φ线I 线COS φ(W)线I 线(VA) 三角形接法时,因U 线=U 相，而I 相线 所以P三相＝3⨯U 线1φ线I 线COS φ(W)线I 线(VA)因此在三相电路中,无论是星形按法或三角形按法,计算总功率的公式都是相同的。

现在电网供应的都是三相四线制，俗称Y 按法(有中线)，而负载是采用Y 或接△法，应当慎重考虑，以免接错发生设备事故。

以负载的额定电压来决定负载是接相电压或线电压。

例如,现在的照明灯泡大都采用220V,显然只能接在相电压上,如果接线电压（380〉V,则灯泡即将爆炸。

由于负载要求三相对称(三相功率相等〉,所以很多灯泡就要按容量分开三相,使灯泡功率基本相等而后按Y 形接法。

有的负载是380V,这时如果接在相电压上,则就不一定起作用,如接触器的闭合线圈有的要求380V,就一定要按在线电压上。

五、无刷同步发电机基本工作原理TFW系列无刷发电机电气原理图见图8一7。

基本工作原理:发电机由原动机驱动旋转接近额定转速时,由于转子磁极铁心具有剩磁,嵌在定子槽中的副绕组S1S2感应的电势经单相全波整流器组D l整流后输入交流励磁机励磁绕组 F3F4 建立交流励磁机磁场,使交流励磁机电枢绕组感应三相电势,该电势经旋转整流桥D2整流后输入主发电机励磁绕组F1F2 ,建立主发电机磁场,使发电机定子绕组感应电势,从而输出电能.第二节无刷同步发电机构造一、概述中小型同步发电机的构造主要有二种型式(一)旋转电枢式磁极固定不动(不动部份称定子)，电枢绕组 (感应导体)在转子上转动，利用旋转整流器把交流电从转子上引出来，交流励磁机就是这种电机。

(二)旋转磁场式磁极装在转子上转动,电枢绕组装于定子上不动,可直接用电缆引出交流电。

无刷发电机的本体就是这种型式电机。

此类电机又可以分为:凸极式发电机：有明显的磁极，在磁极铁心上套有集中磁极绕组。

隐极式发电机：没有明显的磁极，磁极绕组分散嵌在转子(磁极)铁心槽内。

中小型发电机大都采用转场式。

不论凸极式还是隐极式发电机，其结构可分为两大部分，即静止部分，包括定子(机座、定子铁心、定子绕组)，端盖，轴承盖(套)，交流励磁机定子等；转动部分又称转子，包括转轴、转子铁心(磁极铁心)、磁极绕组、轴承、风扇、励磁机电枢、旋转整流器等。

二、无刷同步发电机结构TFW系列元刷发电机典型结构见图3-9(凸极式)，图3-10(隐极式)(一)静止部份1.定子：由机座、定子铁心、定子绕组所组成。

定子铁心及定子绕组是产生感应电势、电流的部分，亦称电枢。

(1)机座机座是发电机的整体支架，用来固定电枢并和前后两端盖一道支承转子。

机座有铸铁铸造和钢板焊接两种，TFW系列多为铸铁结构，经机械加工而成。

机座内壁分布筋条用以固定电枢，两端面加工有止口及螺孔与端盖配合固定，机座下部铸有底脚，以便于电机固定在底架或基础上。

机座上一般有出线盒，或位于机座的右侧面(从轴伸端看),或位于机座上部，出线盒装有接线板，以便引出交流电等。

位于机座上部的出线盒一般均装有励磁调节器。

TFE系列无刷发电机机座是钢板焊接结构，它是几块罩式钢板及端环、底脚焊接而成，具有造型新颖、省工省料、重量轻等特点。

（2）定子铁心定子铁心是电机磁路的组成部分。

铁心采用0.5mm厚的硅钢片迭压而成。

铁心开有均匀分布的槽，以嵌放线圈。

为了减少铁心的涡流损耗，硅钢片两面涂有绝缘漆。

TFW系列由于转子采用1mm低碳钢板做铁心，所以为了提高材料利用率，定子铁心常用扇形硅钢片来拼成一个整圆铁心，拼时把每层的接缝互相错开。

定子铁心有外压装和内压装两种：外压装就是以扇形冲片拼成整圆，并迭压一定长度后经过一定压力，由压圈和扣片形成一个整体，再经嵌线、绝缘处理后压入于机座上。

内压装则是直接由扇形冲片迭压在已经加工的机座上，后再嵌线，并经绝缘处理。

较大容量的发电机铁心，为增加散热面积，常在沿轴向长度上留有数道通风沟。

TFE系列发电机由于定、转子均采用硅钢片冲制，所以其定子铁心是用整圆硅钢片迭压的 , 再与压圈一道用CO2气体保护焊接成一体。

这种结构具有材料利用率高、容易加工的特点。

(3)定子绕组绕组由线圈组成，线圈采用高强度聚酯漆包圆铜线绕制，并按一定的方式连接，嵌入铁心槽中。

这是产生感应电势，流通交流电流的部分，是发电机的核心。

线圈采用的导线规格、线圈臣数、并联路数等由电磁设计确定。

绕组型式有双层迭绕、单层链式、单双层式等。

定子绕组嵌于铁心槽中，还必须有层间绝缘、相间绝缘和对地绝缘。

主绝缘材料多采用B级材料即D·M·D 聚酯薄膜无纺布复合箔，F级绝缘采用 N·M·N。

线圈在铁心槽内受到交变电磁力及平行导线之间的电动力，可能使线圈移动或振动，因此绕组要紧固，不能松动。

一般可用玻璃布板做成槽模在槽内压紧线圈，同时在两端部用玻璃纤维带扎紧，再把整个电枢经绝缘处理，使电枢形成一个坚固的整体。

2.端盖端盖与机座配合后用于支承转子，因此在端盖中心有轴承室圆孔，以便装轴承。

端盖的端面有止口与机座配合，与柴油机专配的发电机在轴伸端的端盖两端面，均有端面止口。

所有这些止口与轴承室的同轴度加工精度要求高，以便保证转子装配后的同轴度要求。

TFW系列发电机端盖用铸铁铸造。

TFE系列发电机端盖由钢板焊接而成。

轴承则装于轴承套内，安装方便。

3.交流励磁机定子交流励磁机定子为磁场，TFW系列发电机励磁机定子铁心用1mm低碳钢板制成，具有若干磁极，而后套以激磁线圈，并用槽楔予以固定，然后定子进行浸烘绝缘处理。

TFE系列发电机的励磁机定子铁心则用硅钢片迭压而成，激磁线圈先在玻璃布板制成的框架上绕制，浸漆绝缘处理后套在励磁定子铁心上，用销钉予以固定。

这种系列无刷发电机励磁定子多有两套激磁绕组，即电压绕组和电流绕组，有电流复励作用，以改善整机调压性能和应付过载能力。

为了起励方便，在一小段励磁定子铁心里埋设三块永久磁钢。

为防止漏磁，其间用厚绝缘纸板与其余定子铁心进行磁绝缘。

励磁定子均用紧固螺钉或环键固定在后端盖的铸造筋条或焊接的支件上。

(二)转动部份(转子)转子一般包括转轴、转子铁心 (磁极铁心)、转子线圈(磁极绕组)、轴承、风扇、交流励磁机电枢、旋转整流器等。

1.转轴转轴一般由45号钢加工而成。

通过轴伸上的联轴器与原动机对接。

它是将机械能变成电能的关键零件，因此要求具有一定的机械强度和刚度。