发电机工作原理_罗茨风机

发电机工作原理：了解发电机的工作原理

　　原标题：了解发电机的工作原理

　　发电机的发电过程是一种能量转换过程，例如，水流动的能量带动水轮机转动，由水轮机带动发电机转动，并输出感应电动势，即将水库中水流的能量转换为电能。

　　发电机基本的工作过程即为将各种带动发电机转子转动的机械能，通过电磁感应转换为电能的过程。

　　1.直流发电机的工作原理

　　直流发电机工作时，外部机械力的作用带动导体线圈在磁场中转动，并不断切割磁感线，产生感应电动势。图1所示为典型直流发电机的工作原理示意图

　　图2所示为直流发电机转子绕组开始旋转瞬间的工作过程。当外部机械力带动绕组转动时，线圈ab和cd分别做切割磁感线动作，根据电磁感应原理，绕组内部产生电流，电流的方向由右手定则可判断为：感应电流经线圈dc→cb→ba、换向器1、电刷A、电流表、电刷B、换向器2形成回路。

　　图3所示为直流发电机转子绕组转过90°后的工作过程。当绕组转过90°时，两个绕组边处于磁场物理中性面，且电刷不与换向片接触，绕组中没有电流流过，F=0，转矩消失。

　　图4所示为直流发电机转子绕组再经90°旋转后的工作过程。受外部机械力作用，转子绕组继续旋转，这时绕组继续做切割磁感线动作，绕组中又可产生感应电流，该感应电流经绕组ab→bc→cd、换向器2、电刷A、电流表、电刷B、换向器1形成回路。

　　从图5中可以看到，转子绕组内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷AB端的电动势却是直流电动势，即通过换向器配合电刷，使转子绕组输出的电流始终是一个方向，即为直流发电机的工作原理。

　　值得注意的是，在实际直流发电机中，转子绕组并不是单线圈，而是由许多线圈组成的，绕组中的这些线圈均匀地分布在转子铁芯的槽内，线圈的端点接到换向器的相应滑片上。换向器实际上由许多弧形导电滑片组成，彼此用云母片相互绝缘。线圈和换向器的滑片数目越多，发电机产生的直流电脉动就越小。一般中小型直流发电机输出的电压有115V、230V、460V，大型直流发电机输出电压为800V左右。

　　2.交流同步发电机的工作原理

　　交流同步发电机的工作过程可以简单看作为取消直流发电机中的换向器装置后的工作过程，即在发电机转子绕组旋转过程中无换向过程，电流输出方向发生变化的过程。

　　另外，在交流同步发电机中，并不是由转子绕组做切割磁感线运动，而是由转子产生旋转的磁场（励磁装置为励磁绕组通入电流），使定子绕组做切割磁感线的运动，从而产生感应电动势，并通过接线端子引出。图6所示为交流发电机的工作过程示意图。

　　交流同步发电机根据定子绕组输出相数，可以设计成产生单相或多相交流电压的发电机。图7为产生单相、两相和三相交流电压的基本设置。

　　图8所示为单相交流发电机工作原理示意图。磁铁旋转后，在两个定子绕组A、B中产生正弦波交流电动势e。将产生电动势的电源称为相，这种发电机使用由单相和两根电线供给的交流，称为单相交流，这种配电方式称为单相二线制。

　　在该类发电机中，定子槽内放置着3个结构相同的定子绕组AX、BY、CZ，其中A、B、C称为绕组的始端，X、Y、Z称为绕组的末端，这些绕组在空间互隔120°。转子磁场在空间按正弦规律分布，当转子由原动机带动以角速度ω等速顺时针方向旋转时，在3个定子绕组中就产生频率相同、幅值相等、相位上互差120°的3个正弦电动势，这样就形成了对称三相电动势。

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发电机工作原理：发电机的原理是什么？发电机的工作原理详细图解

　　交流发电机的组成：一般由转子总成、定子总成、整流器总成、端盖、皮带轮、风扇等组成。

　　转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭、磁场绕组、导电滑环、转子轴组成：

　　转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组 (转子线圈)和磁轭。

　　定子的功用是产生三相交流电。定子由定子铁心和定子绕组成。定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。

　　发电机工作原理

　　同步发电机是根据电磁感应原理工作的，它通过转子磁场和定子绕组的相对运动，将机械能转变为电能。

　　当转子在外力带动下，转子磁场和定子导体作相对运动，即导体切割磁力线，因此在导体中产生感应电动势，其方向可根据右手定则判定。由于转子磁极的位置使导体以垂直方向切割磁力线，所以此时定子绕组中的感应电动势最大。

　　当磁极转过90度后。磁极成水平位置，导体不切割磁力线，其感应电动势为零。转子再转90度，定时定子绕组又以垂直方向切割磁力线，使感应电动势达到最大值，但方向与前相反。

　　当转子再转90度，感应电动势又变为零。这样转子转动一周，定子绕组的感应电动势也发生正、负变化。如果转子连续匀速旋转，在定子绕组中就感应出一个周期性不断变化的交变电动势。

　　1、发电机过热

　　（1）发电机没有按规定的技术条件运行，如定子电压过高，铁损增大；负荷电流过大，定子绕组铜损增大；

　　频率过低，使冷却风扇转速变慢，影响发电机散热；功率因数太低，使转子励磁电流增大，造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不正常，要进行必要的调节和处理，使发电机按照规定的技术条件运行。

　　（2）发电机的三相负荷电流不平衡，过载的一相绕组会过热；

　　若三相电流之差超过额定电流的10%，即属于严重蛄相电流不平衡，三相电流不平衡会产生负序磁场，从而增加损耗，引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷，使各相电流尽量保持平衡。

　　（3）风道被积尘堵塞，通风不良，造成发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。

　　（4）进风温度过高或进水温度过高，冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度清除冷却器内的堵塞物。在故障未排除前，应限制发电机负荷，以降低发电机温度。

　　（5）轴承加润滑脂过多或过少，应按规定加润滑脂，通常为轴承室的1/2~1/3(转速低的取上限，转速高的取下限)，并以不超过轴承室的70%为宜。

　　（6）轴承磨损。若磨损不严重，使轴承局部过热；若磨损严重，有可能使定子和转子摩擦，造成定子和转子避部过热。应检查轴承有无噪音，若发现定子和转子摩擦，应立即停机进行检修或更换轴承。

　　（7）定子铁芯绝缘损坏，引起片间短路，造成铁芯局部的涡流损失增加而发热，严重时会使定子绕组损坏。应立即停机进行检修。

　　（8）定子绕组的并联导线断裂，使其他导线的电流增大而发热。应立即停机进行检修。

　　2、发电机中性线对地有异常电压

　　（1）正常情况下，由于高次谐波影响或制造工艺等原因造成各磁极下的气隙不均、磁势不等而出现的很低电压，若电压在一至数伏，不会有危险，不必处理。

　　（2）发电机绕组有短路或对地绝缘不良，导致电设备及发电机性能变坏，容易发热，应及时检修，以免事故扩大。

　　（3）空载时中性线对地无电压，而有负荷时出现电压，是由于三相不平衡引起的，应调整三相负荷使其基本平衡。

　　3、发电机电流过大

　　（1）负荷过大，应减轻负荷。

　　（2）输电线路发生相间短路或接地故障，应对线路进行检修，故障排除后即可恢复正常。

　　4、发电机端电压过高

　　（1）与电网并列的发电机电网电压过高，应降低并列的发电机的电压。

　　（2）励磁装置的故障引起过励磁，应及时检修励磁装置。

　　5、功率不足

　　由于励磁装置电压源复励补偿不足，不能提供电枢反应所需的励磁电流，使发电机端电压低于电网电压，送不出额定无功功率，应采取下列措施：

　　（1）在发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器，以提高发电机端电压，使励磁装置的磁势逐渐增大。

　　（2）改变励磁装置电压磁通势与发电机端电压的相位，使合成总磁通势增大，可在电抗器每相绕组两端并联数千欧、10W的电阻。

　　（3）减小变阻器的阻值，使发电机的励磁电流增大。

　　6、定子绕组绝缘击穿、短路

　　（1）定子绕组受潮。对于长期停用或经较长时间检修的发电机、投入运行前应测量绝缘电阻，不合格者不准投入运行。受潮发电机要进行烘干处理。

　　（2）绕组本身缺陷或检修工艺不当，造成绕组绝缘击穿或机械损伤。应按规定的绝缘等级选择绝缘材料，嵌装绕组及浸漆干燥等要严格按工艺要求进行。

　　（3）绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低，有时在高温下会很快造成绝缘击穿。应加强日常的巡视检查，防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。

　　（4）绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上，其绕组绝缘老化，电气性能变化，甚至使绝缘击穿。要做好发电机的检修及预防性试验，若发现绝缘不合格，应及时更换有缺陷的绕组绝缘或更换绕组，以延长发电机的使用寿命。

　　（5）发电机内部进入金属异物，在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗落到定子膛中；绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件，以不致发生由于离心力作用而松脱。

　　（6）过大电压击穿：

　　①、线路遭受雷击，而防雷保护不完善。应完善防雷保护设施。

　　②、误操作，如在空载时，将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升压，防止误操作。

　　③、发电机内部过电压，包括操作过电压、弧光接地过电压和谐振过电压等，应加强绕组绝缘预防性试验，及时发现和消除定子绕组绝缘中存在的缺陷。

　　7、定子铁芯松驰

　　由于制造装配不当，铁芯没有紧固好。如果是整个铁芯松驰，对于小型发电机，可用两块小于定子绕组端部内径的铁板，穿上双头螺栓，收紧铁芯。待恢复原形后，再将铁芯原来夹紧螺栓紧因。如果局部性铁芯松弛，可先在松弛片间涂刷硅钢片漆，再在松弛部分打入硬质绝缘材料即可。

　　8、铁芯片间短路

　　（1）铁芯叠片松弛，当发电机运转时铁芯产生振动而损坏绝缘；铁芯片个别地方绝缘受损伤或铁芯局部过热，使绝缘老化，就按原计划条中的方法进行处理。

　　（2）铁芯片边缘有毛刺或检修时受机械损伤。应用细锉刀除去毛刺，修整损伤处，清洁表面，再涂上一层硅钢片漆。

　　（3）有焊锡或铜粒短接铁芯，应刮除或凿除金属熔接焊点，处理好表面。

　　（4）绕组发生弧光短路，也可能造成铁芯短路，应将烧损部分用凿子清除后，处理好表面。

　　9、发电机失去剩磁，起动时不能发电

　　（1）停机后经常失去剩磁，是由于励磁机磁极所用的材料接近软钢，剩磁较少。当停机后励磁绕组没有电流时磁场就消失，应备有蓄电池，在发电前先进行充磁。

　　（2）发电机的磁极失去磁性，应在绕组中通入比额定电流大的直流电流(时间很短)进行充磁，即能恢复足够的剩磁。

　　10、自动励磁装置的励磁电抗器温度过高

　　（1）电抗器线圈局部短路，应检修电抗器。

　　（2）电抗器磁路的气隙过大，应调整磁路气隙。

　　11、发电机起动后，电压升不起来

　　（1）励磁回路断线，使电压升不起来。应检查励磁回路有无断线，接触是否良好。

　　（2）剩磁消失，如果励磁机电压表无批示说明剩磁消失，应对励磁机充磁。

　　（3）励磁机的磁场线圈极性接反，应将它的正、负连接线对换。

　　(4)在发电机检修中做某些试验时误把磁场线圈通以反向直流电，导致剩磁消失或反向，应重新进行充磁。

发电机工作原理：发电机的工作原理？请通俗点讲。

　　把中级电工考过了，也学习了电机部分，还是不懂发电机如何发电的，假如某天有人问我这么一个问题，我回答不出来，倒是很尴尬，所以在此提出，希望能有牛人用通俗的方式具体说一说

　　不知道楼主的基础到底怎么样，我们就从最基本的开始讲吧。

　　假设楼主有基本概念的知识：磁铁，以及磁铁对铁等金属有吸引力，称之为磁力。

　　由基本概念衍生的概念：

　　1、磁场。

　　我们可以从磁力出发理解磁场，楼主应该知道，一块铁离磁铁有一定距离的时候，磁铁就已经吸引住这块铁了，可是他们并没有接触。于是我们需要一个磁场的概念，说一块磁铁周围存在一个磁场，凡是在磁场中的铁，都会受到磁力。理论上来讲，任何磁铁的磁场都可以延伸无限远，但实际上在很短距离内磁力就已经小到人类无法察觉了。

　　2、电场

　　电场与磁场类似，不同的是产生作用的对象不同。磁场对在其中的铁产生磁力，电场对在其中的电荷产生引力或斥力。

　　3、电流

　　在电场中运动的电荷就是电流，比如无数的电子沿着一根铜线运动，我们就定义在电荷运动的反方向存在电流（因为电子带负电荷，不过可以直接忽略这里出现的所有正负号的区别，两个相反的东西，定义一个是正的，另一个就只好是负的，除此之外无本质区别）。

　　4、电

　　所谓发电机发出来的电，就可以理解为上面的电流，把一根铜线接上发电机，运行发电机，铜线里有电流流过，就说发电机发出电来了。

　　好了，开始回答楼主的问题，发电机是如何发电的？

　　一条定律：法拉第电磁感应定律

　　某个人类发现：一块金属，比如一根铜线，在磁场中运动，金属内部会产生电场。

　　（楼主理解了这句话就可以了，以下楼主可以不看，不影响理解。

　　这块导体的运动要符合垂直于磁力线的条件，至少要存在垂直于磁力线的运动分量。什么是磁力线呢，可以简单理解为两个相反磁极之间的连线。什么是磁极呢，就是一块磁铁的两端，同性相吸，异性相斥。）

　　你看，发电机就是基于这条定律而来，金属内部产生了电场，我们结合2、3、4的概念，就会发现金属内部的电荷就会沿着电场流动。如果这块金属不是一个环，电荷就会积累在两端，以电压的形式存在，把这块金属接在一个回路中（回路除金属以外的其他部分并没有在磁场中），就产生了电流，于是，发电机发出了电。

　　当然，发电机的设计是另外一回事了，基本原则就是固定住永磁体或者是金属，让金属或者是永磁体不停的运动，运动是相对的嘛，这样，那块不停的在磁场中运动的金属就会源源不断的发电。

　　到这里楼主的问题就结束了，多说一点，从上面可以看出，发电过程中，消耗能量的部分就是那块金属在磁场中的运动维持。由这一点可以区分不同的发电机，水力发电机就是利用水从高处落下的能量维持金属的运动，火电就是利用火烧开水产生的蒸汽的力量维持金属运动。

　　随便写的，没来得及查资料，有不对的地方欢迎批评指正。

　　在发电机里，磁铁撸着导体里面的电子往前走。

　　在电动机里，金属里面的电子撸着磁铁往前走。

　　在电热器里，电子砸在功率器件上，砸得原子乱颤，即温度上升。

　　在触电者里，部分同电热器（电灼伤），另一部分是电子造成可激发细胞（神经、肌纤维等）处于激发态，高度激发造成抽搐。如果你心脏抽抽了，就挂了。如果你大脑回路抽抽了，就抽了。

　　法拉第电磁感应定律，你百度下

　　发电机通由定、转、端盖.机座及轴承等部件构

　　定由机座.定铁芯、线包绕组、及固定些部其结构件组

　　转由转铁芯、转磁极(磁扼.磁极绕组)、滑环、(称铜环.集电环)、电扇及转轴等部件组

　　通轴承、机座及端盖发电机定转衔接组装起使转能定旋转通滑环通入定励磁电流使定旋转才磁场定线圈做切开磁力线运产应电势通接线端引接路便产电流同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。

　　最常用的是转场式同步发电机,其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按规则排列的三相对称绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。

　　转子铁心上装有制成必定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中构成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场)。

　　原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一同旋转并依次切开定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切开励磁磁场）。

　　因为电枢绕组与主磁场之间的相对切开活动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性改变的三相对称交变电势。经过引出线，即可供给交流电源。

　　所谓的同步就是转子的转速等于定子旋转磁场的转速。

发电机工作原理：发电机的结构和工作原理

　　1　交流发电机的组成：

　　一般由转子总成、定子总成、整流器总成、端盖、皮带轮、风扇等组成。

　　1－后端盖　2、3、4－碳刷及碳刷架　5－整流板　6－二极管

　　7－转子　8－定子总成　9－前端盖　10－风扇　11－皮带轮

　　（1）转子总成：转子的功用是产生旋转磁场。

　　转子由爪极、磁轭、磁场绕组、导电滑环、转子轴组成：

　　1－导电滑环　2－转子轴　3－爪极　4－磁轭　5－磁场绕组

　　转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组 (转子线圈)和磁轭。

　　导电滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，导电滑环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个导电滑环分别与磁场绕组的两端相连。

　　当两导电滑环通过碳刷通入直流电时，磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁场，当发电机转子轴在发动机的驱动下旋转时，即磁场同步旋转。

　　（2）定子：定子的功用是产生三相交流电。

　　定子由定子铁心和定子绕组成：

　　定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。

　　定子绕组有三个线圈，又称为三相绕组。三个线圈的连接方式有星形接法（Y接）或三角形接法，都能产生三相交流电。

　　三相绕组的星形接法：

　　星形接法

　　星形接法应用于汽车大部分的发电机，三个线圈的公共端称为中性点，用N表示，中性点N常用于控制充电指示系统。

　　三相绕组的三角形接法：

　　三角形接法

　　三角形接法用利于提高发电机的输出功率。

　　三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。

　　（3）整流器：发电机的三相绕组输出的是三相交流电，而汽车用电系统采用的直流电，在发电机内部设有整流器，用于将交流电转变为直流输出。关于整流器原理和结构将在下面的章节中详细介绍。

　　2　交流发电机产生三相交流电的原理：

　　发电机的定子和转子图

　　（1）转子线圈必须通电产生磁场：通过F和E接柱为转子线圈供电，转子线圈通电产生磁场；

　　（2）发动机工作驱动转子旋转：即是磁场旋转，定子线圈切割磁力线，在定子线圈中产生交流电。因三个定子线圈的布置决定了三个线圈产生的交流电相位互错120度，的以称为三相交流电。

　　（3）定子线圈输出的交流电压的的幅值与发电机转速成比例增大。调节器调控转子线圈的通电电流的大小从而控制发电机的输出电压。

　　三相交流电图

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