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行業(yè)新聞/柴油發(fā)電機(jī)組
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發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)
發(fā)布時間:2023-05-24 10:47:41  ▏閱讀:

 

性能特點(diǎn)和作用說明

有刷旋轉(zhuǎn)磁極式(凸極)同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

 

摘要:按發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同,同步發(fā)電機(jī)可分為隱極式和凸極式兩種,其中隱極式轉(zhuǎn)子呈圓形,轉(zhuǎn)速高,轉(zhuǎn)子直徑小,但長度長。而凸極式轉(zhuǎn)子具有突出的磁極,發(fā)電機(jī)的勵磁繞組繞在磁極上,轉(zhuǎn)速低。同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成,外殼由前蓋、中殼、后蓋整體結(jié)構(gòu)件組成,起到構(gòu)建電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的作用。但是外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的外殼同時也是磁鐵的磁路通路,所以外殼必須是導(dǎo)磁性的物質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子的外殼只是結(jié)構(gòu)件,所以不限定材質(zhì)。但是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)比外轉(zhuǎn)子電機(jī)多一個轉(zhuǎn)子鐵芯,這個轉(zhuǎn)子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。

 

一、發(fā)電機(jī)工作原理

 

      同步發(fā)電機(jī)是一種常見的發(fā)電設(shè)備,其工作原理如下:

1、 電磁感應(yīng)

      同步發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)的原理來產(chǎn)生電能。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子相對旋轉(zhuǎn)時,會在定子的線圈中產(chǎn)生磁場,這個磁場會穿過線圈,導(dǎo)致線圈內(nèi)的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流。

2、動態(tài)磁場

      發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上通常有一組勵磁線圈,當(dāng)這些線圈通過電流時,會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個磁場。這個磁場與定子上的磁場相互作用,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子相對定子旋轉(zhuǎn)。

3、同步

      當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并且頻率與電源頻率相匹配時,轉(zhuǎn)子上的勵磁磁場與定子的磁場同步。這個同步狀態(tài)允許電能從轉(zhuǎn)子傳輸?shù)蕉ㄗ樱a(chǎn)生輸出電能。

4、無刷式同步發(fā)電

      許多現(xiàn)代的同步發(fā)電機(jī)是無刷式的,即轉(zhuǎn)子上沒有刷子和滑環(huán)。這些發(fā)電機(jī)通過在轉(zhuǎn)子上嵌入永磁體,產(chǎn)生一個恒定的磁場。這種無刷式的設(shè)計減少了能量損耗和維護(hù)成本。

      總的來說,同步發(fā)電機(jī)的工作原理是利用電磁感應(yīng)和磁場相互作用,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。通過控制勵磁電流和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓和頻率。這使得同步發(fā)電機(jī)成為一種重要的發(fā)電設(shè)備,廣泛應(yīng)用于發(fā)電站、柴油發(fā)電機(jī)組等領(lǐng)域。

 

無刷勵磁發(fā)電機(jī)工作原理圖.png

圖1  無刷勵磁發(fā)電機(jī)工作原理圖

有刷和無刷發(fā)電機(jī)對比圖.png

圖2  有刷和無刷發(fā)電機(jī)對比圖

 

二、定子結(jié)構(gòu)與作用

 

      發(fā)電機(jī)的定子是指發(fā)電機(jī)中的靜態(tài)部分,通常由鐵芯和繞組組成。與轉(zhuǎn)子不同的是,發(fā)電機(jī)的定子本身并不旋轉(zhuǎn),但是卻起著至關(guān)重要的作用。發(fā)電機(jī)的定子通常接收外部電源的輸入,同時通過繞組產(chǎn)生磁場,從而激勵旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。定子主要由鐵芯、繞組和機(jī)座三部分組成,是發(fā)電機(jī)電磁能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件之一。

1、定子鐵芯

      定子鐵芯一般用0.35~0.5mm厚的硅鋼片疊成,沖成一定的形狀,每張硅鋼片都涂有絕緣漆以減小鐵芯的渦流損耗。為了防止在運(yùn)轉(zhuǎn)中硅鋼片受到磁極磁場的交變吸引力發(fā)生交變移動,同時避免因硅鋼片松動在運(yùn)行中產(chǎn)生振動而將片間絕緣破壞引起鐵芯發(fā)熱和影響電樞繞組絕緣,所以,在制造電機(jī)時電樞鐵芯通過端部壓板在底座上進(jìn)行軸向固定。

      空圓柱體,在其內(nèi)圓周上沖有放置定子繞組的槽。為了將繞組嵌入槽中并減小氣隙磁阻,中小型容量發(fā)電機(jī)的定子槽一般采用半開口槽。

2、電樞繞組

      發(fā)電機(jī)的電樞繞組由線圈組成。線圈的導(dǎo)線都采用高強(qiáng)度漆包線,線圈按一定的規(guī)律連接而成,嵌人定子鐵芯槽中。繞組的連接方式一般都采用三相雙層短距疊繞組。

3、機(jī)座

      機(jī)座用來固定定子鐵芯,并和發(fā)電機(jī)兩端蓋形成通風(fēng)道,但不作為磁路,因此要求它有足夠的強(qiáng)度和剛度,以承受加工、運(yùn)輸及運(yùn)行中各種力的作用,兩端的端蓋可支承轉(zhuǎn)子,保護(hù)電樞繞組的端部。發(fā)電機(jī)的機(jī)座和端蓋大都采用鑄鐵制成。

 

三、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與作用

 

      發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是指發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部分,同時也是發(fā)電機(jī)中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的主要部分。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常使用導(dǎo)體(如銅等)制成,包裹著磁芯(如鋼等)。當(dāng)轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)時,磁場就會被導(dǎo)體切割,并產(chǎn)生電動勢,從而實(shí)現(xiàn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的目的。

1、磁鐵

      安裝在轉(zhuǎn)子上,是無刷電機(jī)的重要組成部分,無刷電機(jī)的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關(guān),包括功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。

2、硅鋼片

      硅鋼片是有槽無刷電機(jī)的重要組成部分,當(dāng)然,無槽無刷電機(jī)是沒有硅鋼片的,但是目前絕大多數(shù)的無刷電機(jī)都是有槽的。它在整個系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運(yùn)轉(zhuǎn)。

3、轉(zhuǎn)軸

      轉(zhuǎn)軸是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接受力部分,轉(zhuǎn)軸的硬度必須能滿足轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的要求。

4、軸承

      軸承是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的保證,軸承可以分為滑動軸承和滾動軸承,而滾動軸承又可以細(xì)分為深溝球軸承、滾針軸承和角接觸軸承等十大類,而目前大多數(shù)的無刷電機(jī)都是采用深溝球軸承。

 

P80發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子總成結(jié)構(gòu)圖(單軸承).png

P80發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子總成結(jié)構(gòu)圖(單軸承)

P80發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子總成結(jié)構(gòu)圖(雙軸承).png

P80發(fā)電機(jī)主轉(zhuǎn)子總成結(jié)構(gòu)圖(雙軸承)

 

總結(jié):

      發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子在工作原理和結(jié)構(gòu)上有很大的差別。轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部分,而定子則是發(fā)電機(jī)中的靜態(tài)部分。同時,轉(zhuǎn)子是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的主要部分,而定子則是通過產(chǎn)生磁場來激勵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。另外,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子工作時需要相互配合并協(xié)同工作。如何保證轉(zhuǎn)子和定子的緊密配合和相互作用,使其在工作時可以高效地轉(zhuǎn)換電能,是發(fā)電機(jī)設(shè)計中的重要考慮因素。綜上所述,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子是發(fā)電機(jī)中至關(guān)重要的兩個部分,其結(jié)構(gòu)和工作原理都非常復(fù)雜。只有深入理解轉(zhuǎn)子和定子的相互配合和作用,才能設(shè)計出更高效、更可靠的發(fā)電機(jī)。


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