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三次谐波励磁三相交流发电机的基本结构及工作原理

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1. 基本结构

三次谐波励磁三相交流发电机是在图3-4所示有刷三相同步发电机结构基础上,在定子铁心槽中除了嵌有主绕组外,还嵌有三次谐波副绕组及基波副绕组。其定子绕组展开图如图 3-86、图3-87所示。

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(1)三次谐波副绕组。三次谐波副绕组是绕组节距为1/3定子槽极距的绕组,也可以说,每相三次谐波副绕组的总极数是该发电机极数的3倍。以一台4极、定子总槽数为36槽的发电机为例,定子槽极距= 36 ÷ 4 = 9槽,则三次谐波副绕组的绕组节距=1/3×9=3槽,其嵌线槽节距为1-4。这台发电机二次谐波副绕组的总极数=9×4=12极。三次谐波副绕组有单相的,也有三相的。一般小功率发电机的三次谐波副绕组采用单相,它结构最简单。功率较大的发电机的三次谐波副绕组多采用三相,其优点是定子铁心槽利用率高,经整流时整 流效率高。

(2)基波副绕组。为了使发电机自励建立电压顺利、可靠,三次谐波励磁三相同步发电机定子槽中除了三次谐波副绕组外还必须嵌有基波副绕组。基波副绕组的形状与主绕组相同,其节距也与主绕组相同,因此,基波副绕组用主绕组的绕线模绕制,只是匝数很少。

2. 工作原理

三次谐波励磁三相交流发电机原 理电路如图3-21所示。在同步发电 机磁极铁心主磁场中,不可避免地含有一系列奇次谐波分量,特别是在定、转子气隙为均匀结构的凸极式发电机主磁场中,三次谐波是含量最大的谐波分量,三次谐波励磁发电机就是利用了这种三次谐波磁场。

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空载时,只要发电机转子磁极铁 心有剩磁磁场,在剩磁磁场中必含有 三次谐波分。当转子旋转时,三次谐波绕组便感应出三次谐波电压,该电压经整流桥组整流后,供给转子磁极绕组,作为发电机励磁电源,发电机便建立空载电压。调节磁场变阻器,可把发电机空载电压整定在额定值。

负载时,发电机定子绕组中有电流,形成电枢反应磁场,在直轴和交轴电枢(两者绕组位置相差90°电角度) 反应磁场中,同样含有三次谐波分量。若负载功率因数是滞后的,且 转子磁极极弧系数ap>2/3时,电枢反应磁场中的三次谐波分量对转子主磁场中的三次谐波分量起助磁作用,使发电机气隙综合磁场中的三次谐波磁场增强,三次谐波绕组感应的电压相应增加,从而使转子磁极绕组励磁电压上升,励磁电流增大,使发电机端电压稳定。这种 发电机结构和电路都非常简单,制造成本低。其电压调整率一般只能达到7%,但可基本满足一般动力设备和电热设备的用电要求。对于电压精度要求高的场合,必须配上自动电压调节器。

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