S Y
n
X A
n
X A
B
Z
B N
Z
保定电力职业技术学院李明星
异步发电机工作原理

如果原动机驱动转子，使转子转速n超过磁场转速n1，即n>n1， 则转子绕组中感应电动势和感应电流的方向改变，定子绕组 有功电流方向也改变。电磁转矩与转子转向相反为制动性质， 原动机克服电磁转矩做功，电机定子绕组向电网输出电能。
绕组的作用
导体边，线匝，线圈，线圈组，绕组。 绕组的作用：绕组通入电流产生磁场（励磁）；绕 组交链的磁通变化产生感应电动势（发电）。

最简单的定子铁心
返回
最简单的三相绕组
三相定子绕组在空间 上对称分布,互差 120°电角度。
返回
绕组接线
返回
交流绕组与旋转磁场理论


绕组通入直流电产生静止的磁场。 单相绕组通入单相交流电产生脉振磁场：磁场的大小和方向 随着电流的变化而变化，但磁场的位置不变（磁场对称中心 线的位置不变）。 三相绕组通入三相交流电产生一个旋转磁场。
定子绕组
异步电动机定子绕组接电源；异步发电机定
子绕组接电网。
鼠笼式异步电机转子
转子绕组由铁芯槽内的导条和两端的端环构成若干 自闭合的回路。 工作时转子绕组内电流是通过电磁感应产生的。

绕线式异步电机转子
转子绕组特点：绕线式异步电机转子绕组与
定子绕组一样，按三相交流绕组规律嵌放在 转子铁芯槽内。三相绕组的尾端一般在内部 星接，首端通过滑环、电刷引到接线端子上。 从而可以和外部装置进行连接。
电磁感应定律。（导体切割磁感线产生电动
势）
磁场概述
磁——磁现象；磁极；磁化；剩磁；退磁…… 磁的本质——电流产生磁场（运动的电荷产生磁场） 有关磁的物理量——磁通量Φ；磁通密度B（磁感应 强度B）…… 磁感应线（磁力线）——磁极外部：从N极出发回到 S极；磁极内部：从S极到N极。 磁路：磁感线经过的闭合路径。 磁性材料——软磁材料，导磁性好，用来做磁路； 硬磁材料，剩磁量大，用来做永久磁铁。
风力发电机基本结构和原理
2012、2
第一节 概述
风力机械及风力发电
风力机械是蒸汽机出现之前动力机械的一大支柱。 新能源、新机械的出现使风力机械渐渐被淘汰。 19世纪末开始利用风力发电。 20世纪70年代以后风力发电进入一个蓬勃发展的阶 段。

风力发电系统的构成及运行方式
独立运行
n1
C Y
n
X A X
n
A
B
Z
B
Z
第五节 双馈异步电机基本原理
异步电机定子侧频率f1与转子侧频率f2
定子侧频率为f1。（50Hz，或记为f）。 转子侧频率为f2。f2=sf1。 即：转子转速越接近磁场转速，转子绕组交链的磁通 变化速度越小，频率就越低。

n1
C Y C
n1
Y
n
X A X
n
A
B

n1
p

磁场瞬时位置：当某相电流达到最大时，磁场的中 心线转到该绕组的轴线上。
第三节 同步发电机原理简介
基本原理：导体切割磁力线感应电动势。
电机用途及分类
电机：进行机、电能量转换的电磁耦合装置。 分类： 变压器
电机
旋转电机
直流电机
交流电机
同步电机
电机可逆原理。
异步电机
同步发电机原理结构—模型图
电 网 频 率 f1 同步转速 60f n1 = p 1
电 网 频 率 f1 60f n1 = p 1
同步转速 Pe m
变压 60f 器 n1 = p 1
变压同步转速 器
同步转速 Pe m

电磁三大定律
安培环路定律。（动电生磁原理）。
电磁感应定律。（动磁生电原理）。 电磁力定律。（磁、电生力原理）。
安培环路定律（动电生磁）
定性、定量阐述了磁场与电流的本质关系。 右手螺旋定则：通电的导体产生磁场。磁场方向可用右手螺 旋定则判定。 情形一：直导线通入电流。右手握住导线，拇指指向电流方向， 则四指环绕的方向就是磁感线方向。 情形二：螺旋线管通入电流。右手握住螺线管，四指指向电流 方向，则拇指指向就是螺线管内部的磁感线方向。即拇指指 向螺线管的N极。
返回
小型同步发电机的基本结构
定子：定子铁芯，定子绕组，机座
转子：转子铁芯，转子绕组，轴，集电环 电刷 其它
同步发电机工作原理总结
同步：转子转速n与旋 转磁场转速n1相同。
f pn 60
Hz
原理：导体切割磁力 线感应电动势。
若要保证频率恒定，则同步 发电机转速需恒定。
★★★★★

pCu2=sPem 理解与启示
“异步”的原因是由于转子绕组上消耗了电磁功率中的一部 分。 电磁功率Pem基本不变时，若改变pCu2，则转差率s改变，即 电机转速n改变。 若通过转子绕组输出或输入电功率PZ，异步电机的工作状态 将发生改变。 一般来说，该控制方式下运行时， PZ远大于转子本身铜损耗 pCu2，所以近似分析时可以忽略pCu2 ，而把PZ称为转差功率： PZ=sPem。
ห้องสมุดไป่ตู้
电磁感应定律（动磁生电）
一个线圈，不管什么原因，只要与它相交链的磁通 量发生变化，则线圈两端产生电动势。感应电动势 的大小与线圈匝数成正比、与磁通的变化率成正比。 感应电动势的方向用“楞次定律”判定，即感应电 动势的方向总是试图阻止磁通的变化。 d 即： e N dt 另一种表达形式：切割磁感线的导体感应出电动势。
n1
C Y C
n1
S Y
n
X A X A
i2
B Z B
e2
N
Z
异步电动机工作原理
n1
C Y C
n1
S Y
n
X A

B
Z
电生磁， 磁生电， 转子受力 跟着转。
n
X A
i2
B
e2
N
Z

定子绕组接交流电源，三相对称绕组流过三相对称交流电流 产生旋转磁场。 转子绕组切割磁感线产生感应电动势，由于转子绕组是自闭 合的回路，因此绕组内形成感应电流。 载流的转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，形成一个与磁 场方向相同的电磁转矩，驱动转子绕轴旋转。 电动机轴上联结机械负载，则异步电动机定子绕组从电网吸 收电能，转换成从轴上输出的机械能。
n1
C Y
C
n1
Y
n
X A
n
X A
B
Z
B
Z
保定电力职业技术学院李明星
异步电动机和异步发电机比较

异步电动机：0<n<n1， 1>s>0，电磁转矩为驱 动性质，电机从电网输 入电功率，从轴上输出 机械功率。
n1
C Y

异步发电机：n>n1， s<0，电磁转矩为制动 性质，电机从轴上输入 机械功率，向电网输出 电功率。
“异步”、“感应”

转子转速n始终与磁场转速n1存在差异。如果n=n1， 则转子绕组中不再感应电流，也就没有电磁转矩产 生，异步电机无法实现能量的转换则不能正常工作。
n1
C Y C
n1
S Y
n
X A
n
X A
B
Z
B N
Z
转差率s
转差率s： s n 1 n 又称滑差率。 n1

n1
C Y
C
n1
Z
B
Z
电磁功率Pem与转子铜损pCu2
电磁功率Pem：定、转子之间功率的传递与转换是 通过电磁感应原理实现的。这部分功率称为电磁功 率。 对于电动机，电磁功率绝大部分转化成机械功率从轴 上输出至机械负载。对于发电机，电磁功率绝大部 分从定子绕组上输出至电网。 转子铜损pCu2：转子电流在转子绕组电阻上的功率 损耗称为转子铜损耗。分析表明：pCu2=sPem又称为 转差功率。 一般，异步电机额定转速nN接近同步转速n1,转差率很 小，所以转子铜损也不大。
转子转速 n = n1( 1 - s ) ( 1 - s ) Pe m 机械功率 转差功率 s Pe m
转子转速 双 馈 电 机 n (1-s) n= 1 转 子 频 率 ( 1 + s ) Pe m f 2 = s f 1械 功 率 机 变频器 转差功率 s Pe m
双馈电机
转子频率 f2 = s f1 变频器
n1
C Y
i
iA
iB
iC
X
A
O
3 0 ° 6 0 ° 9 0 °1 2 0 ° 5 0 ° 8 0 °2 1 0 ° 4 0 ° 7 0 °3 0 0 °3 3 0 ° 6 0 ° 1 1 2 2 3
ω t
B
Z
转子侧物理状况

转子绕组切割磁感线产生感应电动势，由于转子绕组是自闭 合的回路，因此绕组内形成感应电流。载流的转子绕组在磁 场中受到电磁力的作用，形成一个与磁场方向相同的电磁转 矩，驱动转子绕轴旋转。

双馈电机工作原理
电网 电网 电网 电网 电 网 频 率 f1 同步转速 60f n1 = p 1 电 网 频 率 f1 同步转速 压器 Pe m 变 6 0 f1 n1 = p 转子转速 馈电机 n双 n1( 1 - s ) = (子频率 转 1 - s ) Pe m 机 械 f2 = s f1 功率 变频器 转差功率 s Pe m 控制信号 Pe m 电 网 频 率 f1 同步转 变压器 速 60f n1 = p 1 电 网 频 率 f1 同步转速 压器 P e m 变 6 0 f1 n1 = p 转子转速 馈电机 n双 n1( 1 - s ) = (子频率 转 1 + s ) Pe m 机 械 f2 = s f1 功率 变频器 转差功率 s Pe m 控制信号 Pe m 变压器