同步发电机的原理和结构图解

的根本差异是转子侧（特殊组成时也可以是定子侧）装有磁极并通入直流电流励磁，因而具有确定的极性。由于定、转子磁场相对静止及气隙合成磁场恒定是所有旋转的运转特点是转子的旋转速度必须与定子磁场的旋速度度严格同步。如果定子侧旋转磁场的交流电流频率为

同步发电机详细用作发电机，全世界的发电量几乎全部是由同步发电机发出。同步发电机也可用作恒速的发电机，虽然其组成较异步发电机复杂，但它可以运作在功率因数等于1或超前的容量因数下以改进大电的功率因数。此外还有一种同步调相机，实质上是不接机械负载的空载同步发电机，其目的是从大电吸取超前无功容量来补偿其它电力用户从电网吸取的滞后无功功率。

旋转电枢式励磁绕组在定子上，电枢绕组在转子上。因为转动着的电枢绕组要通过滑动接触才能输出或输入电能，对于大功率电能则存在着诸多制约因素，因此旋转电枢式构成只适合于小功率同步发电机中。

（1）隐极式结构如图1（a）所示，气隙均匀，转子机械强度高，直流励磁嵌放在槽中，两个大齿分别形成N、S极，适用于少极高速的同步发电机。

（2）凸极式组成如图1（b）所示，气隙不均匀，结构简易，励磁绕组绕在磁极上通入直流电形成N、S极。但因为旋转时的空气阻力大，比较适用于多极中速或低速旋转场合，是发电机的基本结构型式。

隐极式转子适用于高速旋转，而提高转速可以提高发电机组的效率、减轻尺寸并减少造价，因此柴油发电机大多做成具有较高同步速的两极构成。因为速度高、离心力巨大，发电机的外形必然细长。现代发电机转子长度与直径之比l/D=2.5~6.5，功率越大比值越大。发电机的具体构成部件有定子、转子、端部和轴承等。

定子铁芯一般采用0.5mm的含硅量偏高的无取向冷轧硅钢片（如D41）迭成，每迭厚度约3～6cm，各迭之间有10mm的通气沟，整个铁芯用拉紧螺杆或非磁性压板压紧后固定在定子机座上。

定子绕组通常采用三相双层短距迭绕组。为了限制电流密度，绕组导体的截面积都比较大，为了减小涡流损耗，每根导体由多股截面为15mm2以下的扁铜线并车构成，并且在槽内直线部分进行特殊的循环换位步骤，使电流密度的分布趋于均匀。

发电机转子构造示意图，可看出各部件构造和组装情况。因为高速下转子受到强大的离心力，故转子直径较多为1.5m。转子的具体部件有铁心、励磁绕组、护环、中心环和滑环等。

转子铁芯（也称转子本体）是发电机较关键的部件之一。既是转子磁极的主体也是巨大离心力的受体。因此要求它具有高导磁性能和高机械强度。转子铁芯通常采用整块的具有良好导磁性能的高强度合金钢锻件。并与转轴锻为一体。在转子铁芯表面，沿转子铁芯表面约2/3部分（对于每个半圆）铣出转子槽并嵌放转子绕组。不开槽的部分形成“大齿”，而大齿的中心线即为主极轴线。转子槽形一般采用开口槽。

励磁绕组由扁铜线绕成同心式线圈。各线匝之间垫有绝缘，线圈与槽壁之间用可靠的槽绝缘隔开。考虑承受高速旋转离心力的要求，在槽口嵌入非磁性低电阻率高强度的金属槽锲，如硬质铝合金和铝铁镍青铜。大容量发电机为了减轻可能的不平衡运行时转子的高温，在每一槽楔与转子导体之间放置一条细长铜片，其两端接到转子两端的阻尼端环上形成一个短路绕组，称为阻尼绕组。

护环、中心环和滑环护环是一个厚壁的金属圆筒，共两只，用来保护励磁绕组的端部不会因离心力而甩出。中心环用来支持护环并阻止励磁绕组端部沿轴向移动柴油机常见故障及处理方法。运转中护环的应力十分巨大，可达590N/mm2柴油发电机型号及规格，因此要求采用高强度无磁性合金钢制成。滑环（也称集电环）装在转子轴上，用引线连通励磁绕组，并经碳刷接到励磁电源。

端盖和轴承端盖将发电机本体的两端封盖起来，并与机座、定子铁芯和转子一起结构发电机内完整的通风系统。端盖一般用无磁性硅铝合金铸成。轴承需承受巨大的转子重量和离心力，采用油膜液体润滑的座式结构，并配有油循环系统。

发电机转子组成，在转轴减小速度的状况下，转子的转速能保持不变，即旋转磁场的速度保持不变，可以保证发电机的频率保持不变，降低了化学能源的消耗；如果转轴的速度不减小，在转子的数量和转速均增加的状况下，发电机的输出电能也会增加。

从支撑角度看，隐极式同步发电机只有卧式构成，而凸极式同步发电机有卧式和立式两类。大多数同步发电机、调相机以及柴油发电机拖动的发电机采用卧式结构，功率通常从几个KW到上万千瓦。

卧式凸极同步发电机的定子结构与隐极同步发电机或异步发电机基本相同，但其绕组大都采用波绕组。其转子如图4所示。

转子由磁极、磁轭柴油发电机修理大全、励磁绕组、集电环、风扇和转轴等部件结构，并采用同轴的直流励磁机。磁极用1mm～3mm的钢板迭压而成，用铆钉沿轴向铆紧，两端用L形的钢压板以防范励磁绕组在离心力用途下甩出。磁轭可用铸钢，也可用冲片迭压。励磁绕组多数为同心式线圈套装构成。集电环用耐磨黄铜浇注（也可用青铜、磷青铜和钢制成），两个集电环与转轴间用玻璃酚醛作绝缘，经热压成为一个整体。当发电机功率较大时，磁极中须装阻尼绕组以抑制转子的机械振荡，在同步发电机和调相机中作为起动绕组用。阻尼绕组和异步发电机的笼形结构相似，由若干插在极靴槽中的钢条经两端环短接而成。

在立式发电机中，整个机组转动部分的毛重和水流的轴向推力均由推力轴承负担，再通过机架传递到地基上，其总负荷可达数千吨。推力轴承是发电机的一个关键部件。按照它的安放位置，立式发电机可分为悬式和伞式两种构造，悬式的推力轴承装在转子上面，整个转子悬挂在上机架上；伞式的推力轴承装在转子下面，状如伞式。

发电机转子上的磁极、励磁绕组、磁轭和阻尼绕组等构造和卧式凸极同步发电机相似。由于大功率发电机直径很大，为了便于运输，通常将定子分成二、四或六瓣，分别制造好运到水电站后再拼装成一整体。又因转子外径很大而磁极和磁轭的径向尺寸有限，故在转轴和转子磁轭间增添了一个轮辐式支架作为过渡构成。