多相同步发电机

除了使用内燃机、燃料电池或光伏发电产生少量的电力外，电力工业是基于某种能源迫使流体(蒸汽、燃烧气体、水或空气)通过涡轮叶片，从而使轴旋转。那么，发电机的作用就是将水轮机轴的转动能量转化为电能。

一个简单的发电机

发电机都是以1831年迈克尔·法拉第提出的电磁感应的基本概念为基础的。法拉第发现，在磁场中移动导体会在导线上产生电磁力(emf)或电压，如图3.9a所示。简单地说，发电机是一种元件的排列方式，其设计目的是使磁场和导体之间产生相对运动，从而使导体产生电动势。电能从这些导体流出，形成所谓的电枢。大多数大型发电机的电枢绕组固定在电机的固定部分(称为定子)，必要的相对运动是由旋转磁场引起的。

为了帮助说明交流的产生，考虑之前讲到过的简单发电机。转子在这种情况下只是一个2极磁铁(1北极和1南极)，目前我们可以考虑只是一个普通的永久磁铁。定子由铁组成，形状有点像一个C(在这种情况下向后)，一些铜线(电枢)包裹在铁。定子中的铁的作用是为磁通量线提供一个低磁阻路径，使尽可能多的磁通通过铜电枢绕组。你可以回想一下第一章，铁磁性材料(如铁)的低磁阻导致通量倾向于停留在铁中，这与带电流的电子想停留在铜线中完全相似-电力期货资料。就像低阻铜线允许更多的电流流动一样，低磁阻铁磁材料允许更多的磁通(然而，磁通不会“流动”)。

当转子转动时，磁通在一个方向上通过定子和电枢绕组，然后减小到零，然后在另一个方向上增加。理想情况下，通量φ将按照图3所示的正弦曲线变化。11个。根据法拉第定律，每当一个绕组连接一个时变的磁通量φ时，就会产生一个电压e(电动势)

方程式:

e = N dφdt

单相同步发电机

假设我们想以60hz的频率产生电压，这样它将与传统(美国)电源的频率相匹配。

要产生60赫兹使用这个2极发电机将因此需要转子转动在一个固定的速度，每分钟3600。这种固定速度的机器被称为同步发电机，因为它与公用电网同步。大多数传统的电力是使用同步发电机产生的(然而，这不是风力涡轮机的情况)。

虽然我们可以想象磁场在一个发电机的转子被创造使用永磁体，这将极大地限制可产生的电量。相反，磁场是通过将直流电刷和滑环送入固定在转子上的导体来产生的。如图3所示，磁场绕组可以嵌入沿转子运行的槽中-电力期货资料。凸极转子制造成本较低，常用于旋转较慢的水力发电机。高速涡轮机和发电机使用圆形转子，这样可以更好地处理离心力和由此产生的应力。注意四极发电机的转子和定子都有四极。

增加更多的极点可以使发电机旋转得更慢，同时仍能产生输出功率所需的频率。例如，当四极电机的转子转一圈时，它会在输出线上产生两个循环。这意味着它只需要以2极机一半的速度旋转，即1800转/分，就可以产生60赫兹的交流。美国只使用60赫兹的电力，欧洲和日本部分地区使用50赫兹。

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