4/6极双凸极发电机原理
4/6 Pole Doubly Salient Generator Principle

双凸极发电机是磁阻电机的一种,本节介绍双凸极发电机的工作原理。

双凸极发电机由定子与转子组成,图1是双凸极发电机的定子,由硅钢片叠成,在定子的内周有定子极,该定子有4个极。

双凸极发电机的定子

图1--双凸极发电机的定子

双凸极发电机的定子可以是电励磁或永磁励磁或混合励磁,该定子采用永磁励磁,定子分上下两部分,中间加有永磁体,在图2在表示了永磁体的极性与定子的磁力线走向,图中浅蓝色箭头线是磁力线。

双凸极发电机定子的磁路

图2--凸极发电机定子的磁路

双凸极发电机的转子同样由硅钢片叠成,转子上有6个转子极,见图3。由于该电机有4个定子极与6个转子极,称这种结构为4/6结构双凸极电机。

双凸极发电机的转子

图3--双凸极发电机的转子

双凸极发电机的转子磁极与定子磁极间有很小缝隙,转子可在定子中间自由旋转,在电机的磁电分析中,转子转动的角度并不以机械角度度量,而以定子磁极磁通的变化周期作为转子转动的周期。在本例中,以定子极1与转子极(打红点)对齐为0度,此时定子极 1与定子极 3的磁通最大,见图4左;当转子逆时针旋转15度(机械角度)时其电角度为90度,定子极 1磁通减少近半,见图4右。

双凸极发电机的电角度(0-90)

图4--双凸极发电机的电角度(0-90)

当转子逆时针旋转30度(机械角度)时其电角度为180度,此时定子极 1磁通最小,接近0,见图5左;当转子逆时针旋转45度(机械角度)时其电角度为270度,定子极 1磁通增大,见图5右。

双凸极发电机的电角度(180-270)

图5--双凸极发电机的电角度(180-270)

当转子逆时针旋转60度(机械角度)时其电角度为360度,此时定子极 1磁通最大,一个电周期结束,见图6左。转子继续旋转,电角度周期重复开始,当转子逆时针旋转75度(机械角度)时其电角度为450度,定子极 1磁通减少近半,见图6右,如此继续下去。

双凸极发电机的电角度(360-450)

图6--双凸极发电机的电角度(360-450)

当转子旋转时,定子极的磁通周期变化,在定子极上绕上线圈,就会在线圈感生电势。在4个定子极上绕上线圈,称之为电枢绕组,见图7。

在双凸极发电机定子极绕上线圈

图7 --双凸极发电机定子极绕上线圈

由于定子极 1与定子极 3的磁通变化是同步的,就把线圈1-1与线圈1-2组成电枢绕组1;定子极2与定子极4的磁通变化是同步的,就把线圈2-1与线圈2-2组成电枢绕组2,在本例中采用串连组合,见图8。

双凸极发电机线圈连线

图8--双凸极发电机线圈连线 

在图9表明电枢绕组的名称与输出端极性,注意:这里的极性符号仅是标明线圈组的同名端,给感生电势定个方向,以方便下面的波形分析,并不表明是直流输出。

线圈组的名称与输出端极性

图9--线圈组的名称与输出端极性

电枢绕组1与电枢绕组2反相串连起来,通过4个二极管组成的全桥整流器输出直流电到负载R。见图10。

线圈组的连接与整流输出电路

图10--线圈组的连接与整流输出电路

图11的左上图与左中图是通过电枢绕组1的磁通与输出电动势的波形图;图11的右上图与右中图是通过电枢绕组2的磁通与输出电动势的波形图;可看出电枢绕组1的磁通与输出电动势变化与电枢绕组2的磁通与输出电动势变化相反,即电角度相差180度。通过图10所示电路整流后输出图11左下图所示在负载R上的电压波形图。

定子极磁通变化与线圈组输出电压波形图

图11--定子极磁通变化与线圈组输出电压波形图

下面请看4/6极双凸极发电机转子旋转对应的磁通与电动势变化波形动画。

双凸极发电机发电原理动画

4/6极双凸极发电机虽然有两个电枢绕组,但两个绕组的电动势一致并同步,把两个绕组反向连接,两电动势叠加变成单相交流输出,故称4/6极双凸极发电机为单相双凸极发电机。

双凸极发电机输出的电压不是正弦波,接近方波,谐波成分很大,既不适于变压器变压,也不适于远距离输送与一般交流电机使用,通常是把它就近整流成直流电再输出,故称双凸极发电机为双凸极直流发电机。

 
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