三相交流电发电机工作原理

三相交流电发电机工作原理

三相正弦交流电一般由三相交流发电机产生，发电原理如图3-1(a)所示。发电机主要由定子和转子两部分构成。定子包括机座、定子铁心、电枢绕组等几部分。定子铁心固定在机座里，其内圆表面冲有均匀分布的槽。定子槽内对称嵌放着参数相同的三组绕组，每组N匝(图中以一匝示意)称为一相，于是有三相对称绕组，每相的始末端分别用U₁、U₂，V₁、V₂，W₁、W₂标示。图3-1(b)是一相绕组结构示意图。图3-1(c)为每相绕组电路模型。各相绕组的始端 U₁、V₁、W₁（末端U₂、V₂、W₂)彼此间隔120°。这样三相绕组的法线方向也互成120°(线圈绕组的法线与输出电流正方向成右螺旋关系)如图3-1(a)中、、所示方向。发电机转子铁心上绕有励磁线圈，它以直流电流?I励磁，可产生恒磁通 ，这就形成一个可转动的磁极S－N，其磁通经定子铁心闭合。转子由原动机驱动，按顺时针方向以ω角速度匀速旋转。
 

图3-1 三相交流发电机

    设t＝0时，磁极是由方位转动，图3-1(a)中磁极位于ωt＝ 瞬间，各相绕组中穿过的磁通量将随时间变化。的大小应为在各法线方向的投影，即   

                      (3-1)

    由电磁感应定律，三相绕组中会产生频率相同、幅值相等、相位彼此互差120°的三相正弦交流电动势，感应电动势的正方向由各相绕组的末端指向始端，如图3-1(b)、(c)所示，称为三相对称电动势。即

                    (3-2)

用相量表述为

                                       (3-3)

    显然，各相正弦交流电动势的相位滞后于其对应磁通的相位90°角。图3-2(a)给出一相绕组的e、f 波形关系，图3-2(b)、(c)则给出三相电动势波形图及相量图。经计算三相对称电动势的瞬时值之和及相量之和均为零，即

                                       (3-4)

                                                    图3-2 三相对称电动势
    三相电动势各瞬时值抵达正幅值的先后次序称为相序。图3-1(a)所示电源相序U₁→V₁→W₁称为正相序，与之相反的相序U₁→W₁→V₁称为逆相序。当发电机并网运行时必须严格按相序同名端连线。一些三相负载的工作状态也与相序密切相关，比如给三相电动机逆相序供电，则使其反转。将三相电源输出端线的任意两个接点彼此调换一次，即可获得逆相序供电。相序无误才能确保系统正常工作。