同步发电机的特点及其基本类型——柴油发电机组总体构造与维修基础

1.同步发电机的特点

图2-17所示为同步发电机的构造原理图。通常单、三相同步发电机的定子是电枢，转子是磁极，当转子励磁绕组通以直流后，即建立恒定的磁场。转子转动时，定子导体由于与此磁场有相对运动而感应交流电动势。电机具有p对磁极时，转子旋转一周，感应电动势变化p次。设转子每秒钟转速为n，则转子每秒钟旋转n/60转，因此感应电动势每秒钟变化pn/60次，即电动势的频率为：

式中 f—— 电势频率;

p—— 磁极对数;

n—— 发电机转速。

由此可见，当同步发电机的磁极对数p、转速n一定时，发电机的交流电动势的频率是一定的。也就是说，同步发电机的特点是：同步发电机具有转子转速和交流电频率之间保持严格不变的关系。在恒定频率下，转子转速恒定而与负载大小无关，发电机转子的转速恒等于发电机空气隙中(定子)旋转磁场的转速。同步电机由此得名。

在我国的电力系统中，规定工频交流电的额定频率为50Hz。因此，对某一台指定的同步发电机而言，其转速总为一固定值。例如：磁极对数为1对(二极)的同步发电机的转速为3000r/min;磁极对数为2对(四极)的同步发电机的转速为1500r/min;依此类推，同步发电机的转速还有1000 r/min、750 r/min、600 r/min、500 r/min和375 r/min等。为了保持交流电动势的频率不变，拖动发电机转子旋转的原动机必须具有调速机构，使发电机在输出不同的有功功率时都能维持转速不变。

文章出自《柴油发电机组实用技术技能》

作者：杨贵恒、张海呈、张寿珍、钟进 化学工业出版社出版

图2-17 同步发电机构造原理图

1-定子铁心;2-定子槽内绕组导体;3-磁极;4-集电环

2.同步发电机的基本类型

同步发电机通常按其结构形式和相数等进行分类。

(1)按发电机的结构形式分类

按发电机的结构特点进行区分，同步发电机可分为旋转电枢式(简称转枢式)和旋转磁极式(简称转磁式)两种型式。

①旋转电枢式同步发电机 旋转电枢式同步发电机的结构如图2-18所示。其电枢是转动的，磁极是固定的，电枢电势通过集电环和电刷引出与外电路连接。旋转电枢式只适用于小容量的同步发电机，因为采用电刷和集电环引出大电流比较困难，容易产生火花和磨损;电机定子内腔的空间限制了电机的容量;发电机的结构复杂，成本较高;电机运行速度受到离心力及机械振动的限制。所以目前只有交流同步无刷发电机的励磁机使用旋转电枢结构的同步发电机。

(a)旋转电枢式单相同步发电机模型

(b)旋转电枢式三相同步发电机模型

图2-18 旋转电枢式同步发电机模型

②旋转磁极式同步发电机 旋转磁极式同步发电机的结构如图2-19所示。其磁极是旋转的，电枢是固定的，电枢绕组的感应电势不通过集电环和电刷而直接送往外电路，所以其绝缘能力和机械强度好，且安全可靠。由于励磁电压和容量比电枢电压和容量小得多，所以电刷和集电环的负荷及工作条件就大为减轻和改善。这种结构型形式广泛用于同步发电机，并成为同步发电机的基本结构型式。现代交流发电机常采用无刷结构的同步发电机，发电机省略了集电环和电刷，无滑动接触部分，维护简单，工作可靠性高。

(a)凸极式同步发电机模型

(b)隐极式同步发电机模型

图2-19 旋转磁极式同步发电机模型

在旋转磁极式同步发电机中，按磁极的形状又可分为凸极式同步发电机[如图2-19(a)所示]和隐极式同步发电机[如图2-19(b)所示]两种型式。由图2-19可以看出，凸极式转子的磁极是突出的，气隙不均匀，极弧顶部气隙较小，两极尖部分气隙较大。励磁绕组采用集中绕组套在磁极上。这种转子构造简单、制造方便，故内燃机组和水轮发电机组一般都采用凸极式。隐极式转子的气隙是均匀的，转子成圆柱形。励磁绕组分布在转子表面的铁心槽中，现代汽轮发电机组大多采用这种型式。