同步發(fā)電機(jī)三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的原理
一、同步發(fā)電機(jī)的工作原理
1、同步發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換同步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是通過原動(dòng)力機(jī)械將機(jī)械能輸人同步電機(jī)，在原動(dòng)力機(jī)拖動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，成為發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽驅(qū)⑵渌问降哪苻D(zhuǎn)變成電能，這取決于原動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力源(如水力、熱力等)。
2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上繞有勵(lì)磁繞組。在靜止不動(dòng)的轉(zhuǎn)子繞組上，采用一定 方法通人直流電進(jìn)行勵(lì)磁，這時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組軸線上(即直軸方向)產(chǎn)生空間不動(dòng)的幅值恒定的磁場(chǎng)，這就是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，是轉(zhuǎn)子的主磁場(chǎng)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，就得到一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一旦原動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)子帶動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速n時(shí)，則轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以n轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在氣隙中便形成了一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
3、三相交變電 動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生發(fā)電機(jī)定子鐵芯內(nèi)嵌放如同三相異步電機(jī)定子繞組式的對(duì)稱繞組。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，該磁場(chǎng)與定子繞組有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并以同步轉(zhuǎn)速相對(duì)切割定子三相對(duì)稱繞組，在定子繞組中感應(yīng)出三相對(duì)稱的電動(dòng)勢(shì)euo、ero、 emo。
即euo=Em sin ωt
evo=Em sin （ωt-120°）
ewo=Em sin （ωt-240°）
此時(shí)，如果同步發(fā)電機(jī)上接有負(fù)載，在負(fù)載內(nèi)就有三相電流通過，這說明同步發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
顯然，同步發(fā)電機(jī)外電路開路時(shí)，電機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)，沒有電流輸送給負(fù)載，也就沒有電磁功率的轉(zhuǎn)換，但此時(shí)的損耗均由原動(dòng)機(jī)供給；而同步發(fā)電機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，定子三相對(duì)稱繞組中將有三相對(duì)稱電流通過，也要建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即電樞磁場(chǎng)，它使氣隙磁場(chǎng)的大小及位置發(fā)生了變化。電樞磁場(chǎng)(磁動(dòng)勢(shì))對(duì)主極磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。它與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) ---勵(lì) 磁磁場(chǎng)相對(duì)靜止，在原動(dòng)機(jī)的作用下，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)拉著電樞磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)，從而把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，供給負(fù)載。
4、三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率同步發(fā)電機(jī)三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與磁極相對(duì)于定子繞組的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，可以表示為式中p-為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；n-為轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
可見，當(dāng)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)定時(shí)， 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率是一定的。反之，如果磁極對(duì)數(shù)一定，要使電動(dòng)勢(shì)頻率達(dá)到規(guī)定的fN，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須達(dá)到與fN相適應(yīng)的nN。這就是同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理。
二、三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的原理
三相交流電是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。下圖是一個(gè)三相交流發(fā)電機(jī)的示意圖。它主要由兩部分組成，里面旋轉(zhuǎn)的部分稱為轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子的線圈中通以直流電流，則在空間產(chǎn)生一個(gè)按正弦規(guī)律分布的磁場(chǎng)。外面固定不動(dòng)的部分稱為定子，在定子的鐵芯槽內(nèi)分別嵌入三個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的線圈U1—U2、V1—V2、W1—W2，它們?cè)诳臻g的位置互差120°，稱為三相定子繞組，U1、V1、W1稱為三個(gè)繞組的始端，U2、V2、W2稱為末端。
三相交流發(fā)電機(jī)示意圖
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，三相定子繞組就會(huì)切割磁力線而感生電動(dòng)勢(shì)。由于磁場(chǎng)按正弦規(guī)律分布，因此感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為正弦電動(dòng)勢(shì)，而三相繞組結(jié)構(gòu)相同，切割磁力線的速度相同，位置互差120°，因此三相繞組感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)幅值相等，頻率相同，相位互差120°。這樣的三相電動(dòng)勢(shì)稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)，設(shè)各相電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛赡┒酥赶蚴级?。并以eU為參考量，則三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為：即eu+ev+ew=0
任一瞬時(shí)，對(duì)稱的三相電動(dòng)勢(shì)之和為零，即三相電源中三個(gè)電動(dòng)勢(shì)依次達(dá)到最大值（或零值）的先后次序稱為三相電源的相序，式中表示的三相電源相序?yàn)閁—V—W—U，即V相滯后于U相，W相滯后于V相，稱之為正序。如果相序?yàn)閃—V—U—W，則稱為逆序。工程上通用的是正序。
U相是可以任意假定的，但U相一經(jīng)確定，那么比U相滯后120°的就是V相，比U相超前120°的則是W相，這是不可混淆的。工業(yè)上通常在交流發(fā)電機(jī)引出線及配電裝置的三相母線上涂上了黃、綠、紅三色，用以表示U、V、W三相。
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