同步发电机——结构和工作原理
同步发电机是通过电磁感应过程将机械能转换成交流电能的同步电机。
同步发电机也称为交流发电机或交流发电机。使用术语“交流发电机”是因为它产生交流电。它被称为同步发电机，因为它必须以同步速度驱动以产生所需频率的交流电。
同步发电机可以是单相或多相（通常是三相）。
同步发电机或交流发电机的构造
由于交流发电机由两个主要部分组成，即。
定子——定子是交流发电机的静止部分。它承载产生电压的电枢绕组。交流发电机的输出取自定子。
转子——转子是交流发电机的旋转部件。转子产生主磁场通量。
交流发电机的定子结构
交流发电机的定子包括几个部分，即。框架、定子铁芯、定子或电枢绕组以及冷却装置。
定子框架可以由小型机器的铸铁和大型机器的焊接钢制成。
定子铁芯采用优质硅钢片组装而成。这些硅钢叠片减少了定子铁芯中的磁滞和涡流损耗。
槽在定子芯的内周上切割。在这些槽中放置了一个三相电枢绕组。
交流发电机的电枢绕组采用星形连接。每相的绕组分布在几个槽上。当电流流过分布式电枢绕组时，它会产生 EMF 的基本正弦空间分布。
交流发电机的转子结构
交流发电机的转子承载励磁绕组，励磁绕组通过两个滑环由一个单独的直流电源（也称为励磁机）提供直流电。励磁机通常是安装在交流发电机轴上的小型直流并联发电机。
对于交流发电机，使用了两种类型的转子结构，即。凸极型和圆柱转子型。
凸极转子
突出一词意味着突出。因此，凸极转子由从转子铁芯表面突出的磁极组成。如图所示，整个装置固定在交流发电机的轴上。各个励磁磁极绕组串联连接，这样当励磁绕组由直流励磁机通电时，相邻磁极具有相反的极性。
凸极型转子用于低速和中速（从 120 到 400 RPM）交流发电机，例如由柴油发动机或水轮机驱动的交流发电机，原因如下 -
凸极型转子的结构不能制造得足够坚固以承受它们在更高速度下可能受到的机械应力。
如果凸极式转子高速驱动，会造成风阻损失，容易产生噪音。
交流发电机的低速转子具有大直径以为磁极提供必要的空间。结果，凸极式转子具有大直径和短轴向长度。
圆柱转子
圆柱形转子由高级镍铬钼钢实心锻件制成。
圆柱形转子的结构使得在凸极转子中没有可见的物理磁极。
在圆柱形转子外周的大约三分之二处，槽以规则的间隔切割并平行于转子轴。
励磁绕组放置在这些槽中并由直流电源激励。励磁绕组是分布式的。
转子的无槽部分形成磁极面。
从圆柱形转子的图中可以清楚地看出，所形成的磁极是非凸极的，即它们不会从转子表面突出。
由于以下原因，圆柱形转子结构用于高速（1500 至 3000 RPM）交流发电机，例如由蒸汽轮机驱动的交流发电机 -
圆柱形转子结构提供更大的机械强度并允许更精确的动态平衡。
由于均匀的气隙，它可以在高速下无噪音运行。
转子外围的磁通分布接近于正弦波，因此获得了更好的 EMF 波形。
圆柱形转子交流发电机具有较小的直径和较长的轴向长度。圆柱形转子交流发电机称为涡轮交流发电机或涡轮发电机。圆柱形转子交流发电机始终采用水平配置安装。
交流发电机的工作原理及操作
交流发电机或同步发电机的工作原理是电磁感应，即当连接导体的磁通量发生变化时，导体中会感应出 EMF。当交流发电机的电枢绕组受到旋转磁场时，电枢绕组中会产生电压。
当交流发电机的转子励磁绕组由直流励磁机供电时，转子上会形成交替的 N 极和 S 极。当转子通过原动机逆时针方向旋转时，放置在定子上的电枢导体被转子磁极的磁场切割。结果，由于电磁感应，在电枢导体中感应出 EMF。这种感应电动势是交替的，因为转子的 N 极和 S 极交替通过电枢导体。
生成的 EMF 的方向可以由 Fleming 右规则确定，它的频率由下式给出，
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