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法律同步發電機 – 結構和工作原理
同步發電機是一種透過電磁感應將機械能轉換為交流電能的同步電機。
同步發電機也稱為交流發電機或交流電機。“交流發電機”一詞的使用是因為它產生交流電。它被稱為同步發電機，因為它必須以同步速度執行才能產生所需頻率的交流電。
同步發電機可以是單相或多相（通常為三相）。
同步發電機或交流發電機的結構
交流發電機主要由兩部分組成：
定子 – 定子是交流發電機的靜止部分。它承載著產生電壓的電樞繞組。交流發電機的輸出是從定子獲取的。
轉子 – 轉子是交流發電機的旋轉部分。轉子產生主磁場。
交流發電機的定子結構
交流發電機的定子包括幾個部分，即機架、定子鐵芯、定子或電樞繞組以及冷卻裝置。
定子機架對於小型機器可以使用鑄鐵製成，對於大型機器可以使用焊接鋼製成。
定子鐵芯由高等級矽鋼片疊裝而成。這些矽鋼片可以減少定子鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗。
定子鐵芯的內圓周上切割出槽。三相電樞繞組置於這些槽內。
交流發電機的電樞繞組採用星形連線。每個相位的繞組分佈在多個槽中。當電流流過分散式電樞繞組時，它會產生必要的正弦空間分佈的電動勢。
交流發電機的轉子結構
交流發電機的轉子承載著勵磁繞組，勵磁繞組透過兩個滑環由一個獨立的直流電源（也稱為勵磁機）供電。勵磁機通常是一個安裝在交流發電機軸上的小型直流分勵發電機。
對於交流發電機，有兩種型別的轉子結構：突極式和圓柱式。
突極式轉子
術語突極表示突出。因此，突極式轉子由從轉子鐵芯表面突出的磁極組成。整個裝置固定在交流發電機的軸上，如圖所示。各個勵磁繞組串聯連線，以便當勵磁繞組由直流勵磁機通電時，相鄰磁極具有相反的極性。
突極式轉子用於低速和中速（120至400 RPM）交流發電機，例如由柴油機或水輪機驅動的交流發電機，原因如下：
突極式轉子的結構強度不足以承受高速執行時可能承受的機械應力。
如果突極式轉子以高速執行，則會導致風損併產生噪音。
交流發電機的低速轉子具有較大的直徑以提供必要的磁極空間。因此，突極式轉子具有較大的直徑和較短的軸向長度。
圓柱式轉子
圓柱式轉子由高等級鎳鉻鉬鋼的整體鍛造而成。
圓柱式轉子的結構使得沒有像突極式轉子那樣可以看到的物理磁極。
在圓柱式轉子外圓周的大約三分之二處，以規則的間隔和平行於轉子軸線的方向切出槽。
勵磁繞組置於這些槽中，並由直流電源供電。勵磁繞組為分散式。
轉子的未開槽部分形成磁極面。
從圓柱式轉子的圖中可以清楚地看出，形成的磁極是非突出的，即它們沒有從轉子表面突出。
圓柱式轉子結構用於高速（1500至3000 RPM）交流發電機，例如由蒸汽輪機驅動的交流發電機，原因如下：
圓柱式轉子結構提供了更大的機械強度，並允許更精確的動態平衡。
由於氣隙均勻，因此在高速下可以實現無噪音執行。
轉子周圍的磁通分佈近似於正弦波，因此可以獲得更好的電動勢波形。
圓柱式轉子交流發電機具有相對較小的直徑和較長的軸向長度。圓柱式轉子交流發電機稱為透平發電機或透平式發電機。帶有圓柱式轉子的交流發電機始終採用水平配置安裝。
交流發電機的原理和工作過程
交流發電機或同步發電機的工作原理是電磁感應，即當穿過導體的磁通量發生變化時，導體中就會感應出電動勢。當交流發電機的電樞繞組受到旋轉磁場的作用時，電樞繞組中就會產生電壓。
當交流發電機的轉子勵磁繞組由直流勵磁機通電時，轉子上就會產生交替的N極和S極。當轉子由原動機逆時針旋轉時，位於定子上的電樞導體被轉子磁極的磁場切割。結果，由於電磁感應，電樞導體中感應出電動勢。這個感應電動勢是交變的，因為轉子的N極和S極交替地經過電樞導體。
產生的電動勢的方向可以透過弗萊明右手定則確定，其頻率由下式給出：
$$\mathrm{𝑓 =\frac{𝑁_{𝑠}𝑃}{120}}$$
其中，
$N_{s}$ 是以 RP 表示的同步速度
P 是轉子磁極數。
產生的電壓的大小取決於轉子的旋轉速度和直流勵磁電流。在平衡狀態下，繞組每個相位的產生電壓相同，但相位相差120°電角度。
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