三相交流发电机是动生电动势与感生电动势联合输出电能的.docx

三相交流发电机是动生电动势与感生 电动势联合输出电能的吴江川概述：三相交流同步发电机是利用转子励磁场切割定子绕组线圈，产 生动生电动势BLVsin t作启动电压，（Ia+Ib+Ic）旋转电磁场磁化定 子铁芯，电磁阻碍转子转动电机消耗机械能，战胜电磁阻力矩，转子励磁正比与交变电流，强迫定子铁芯失磁（磁通量减少）感生电动势（NA诉乙t）补充发电，动生电动势、感生电动势联合输出电能P=UxI转子励磁动生电动势BLVx定子铁芯感生电动势NA $/A t+（电磁对励磁）阻力矩，把机械能转变成电能。分步叙述如下：一. 如图1发电机原理示意图所示：线圈1、2、3、匝数绕向完全一致， 线圈1、3穿有硅钢片铁芯1、2，线圈2绕在纸制空心骨架上，转子 NS安装在其内部可自由转动，转子励磁NS顺时针转动时，铁芯1、 2被NS磁化或失磁，在铁芯1、2上产生磁通变化，在线圈1、3 中就会感应出感生电动势E=NA $/A t，且在近励磁端处最强，感生 电动势（电流）的方向依据楞次定律判定，线圈2切割转子励磁NS 磁场产生动生电动势BLV，动生电动势（电流）的方向依据右手发电 机定则或楞次定律判定，实验证明转子NS顺时针转动在线圈1、3 中产生的两个感生电动势（电流）与在线圈2中产生的动生电动势（电 流）的方向完全一致，强弱变化一致，且在转子转动90°（270°）时， 感生电动势和动生电动势都达到最大值，在线圈1中S减少N增加， 各占铁芯面积1/2时，感生电动势E1=NA $/A t最大，在线圈2中动 生电动势E2=BLVsin90°时最大，在线圈3中S增加N减少，各占铁 芯面积1/2时，感生电动势E3=NA $/A t最大，综上所述一个动生电 动势和两个感生电动势方向一致，产生最大值一致，强弱变化也一致， 故动生电动势和感生电动势可以齐心协力步调一致地联合发电，形成 三马拉车之势。二. 如图2.所示：加大图1中铁芯1、2的尺寸形成两个半圆环形铁芯， 线圈1、2、3绕向一致合并在一起成一个线圈为AX，两个半圆环形 铁芯1、2合在一起成为圆环形定子铁芯，线圈AX钳入定子线槽内， 组成单项（转子动生电动势定子感生电动势）单项发电机，励磁NS 转动AX切割磁力线，同时又引起穿过AX内部的左右半侧定子铁芯 1、2磁通的变化，产生一个动生电动势和两个感生电动势同时对AX 发电，在此不对单项发电机做分析。三. 单项、三相发电机都是原理图1的变形，如图3所示：三相交流 同步发电机转子励磁NS在绕组线圈内顺针时转动，切割三相定子绕 组AX、BY、CZ产生动生电动势（BLVsinst）作启动电压，经闭合 回路产生三相电流Ia+Ib+Ic的电磁场，磁化定子铁芯复合成一个与转 子同方向旋转，滞后90°（纯电阻负载）的同步同向旋转阻力矩电磁 场S'N'，阻碍转子励磁NS转动，图3中垂直点划线为励磁NS的中心， 水平点划线为电磁S'N'的中心，相位差90°（纯电阻负载）电磁S'N' 对励磁NS的磁磁空间作用力（阻碍力）最大，当有无功分量时相 位差减小（90°-功率因数角），同样大小的电流S'N'对NS的磁磁空 间作用力减小，有功输出减少。教科书中对三相交流发电机转子励磁 动生电动势BLVsinst发电的论述以非常详细，对定子铁芯感生电动 势发电却是空白。楞次定律:当励磁磁通增加（接近）时，感应电磁场产生同极性磁 极，产生排斥力，阻碍其增加，阻碍其接近。当励磁磁通减少（离开） 时感应电磁场产生异极性磁极，产生吸引力，阻碍其减少，阻碍其离 开，由于感生电流电磁场的阻碍，感生电动势由主动变成了被强迫。转子励磁NS顺时针转动，如图3所示：参考AX右半侧定子铁 芯，（0°90°）转子励磁N增加，定子电磁N'阻碍其增加，N非要增 加，NN'产生排斥力阻碍励磁N转动，定子铁芯磁通强迫增加， 对AX感生电动势发电，（90°180°）转子励磁S减少，定子电磁N' 阻碍其减少，S非要减少，SN'产生吸引力，阻碍励磁S转动，定 子铁芯磁通6强迫减少，对AX感生电动势发电，参考AX左半侧定 子铁芯，（180°270°）转子励磁S增加，定子电磁S'阻碍其增加，S 非要增加，S S'产生排斥力阻碍转子励磁S转动，定子铁芯磁通强 迫增加，对AX感生电动势发电，（270°0°）转子励磁N减少，定 子电磁S'阻碍其减少，N非要减少，S'N产生吸引力阻碍转子励磁 N转动，定子铁芯磁通6强迫减少，对AX感生电动势发电，在绕组 BY、CZ上的发电与AX同理，如图3所示的四个发电区。实验证明：磁通增加与强迫磁通增加（反向减少），二者产生的感 生电动势（电流）方向一致，磁通减少与强迫磁通减少（正向减少）， 二者产生的感生电动势（电流）方向完全一致，分部演示实验证明， AX的2个动生电动势和4个强迫感生电动势方向完全一致，可以齐 心协力步调一致联合对AX发电，BY、CZ也同样如此。转子励磁 NS为君，定子电磁S'N'为臣，君硬臣软，感应电流电磁场磁化定子 铁芯在前，励磁NS强迫定子铁芯失磁（磁通量减少）的感生电动势 发电在后，其本质是被感应电磁场磁化，定向扶直起来的铁芯磁畴， 磁力线被强行拉断，磁畴失去扶直，又被励磁斥力强行反向反转，产 生强迫定子铁芯失磁的感生电动势发电，电磁阻碍力和励磁强迫定子 铁芯失磁的强迫力是一对大小相等方向相反的作用力和反作用力，作 用在转子上叫阻力矩，作用在定子铁芯上叫强迫失磁，强迫感生电动 势由电磁S'N'对励磁NS的阻碍力（强迫力）大小正比决定的，电磁 S'N'是三相正弦交变电流复合电磁场磁化定子铁芯产生的，Ia、Ib、Ic 是失量，使得S'N'与NS的相位差在90°0°之间变化，90°时纯电阻 负载电磁阻碍力最大，0°时电磁阻碍力为零，电磁阻碍力（强迫力） 与三相电流的有功分量成正比，纯电阻负载三相电流正比决定控制强 迫感生电动势，并能依从电流的正弦规律。发电机的本质是转子动生 电动势制造正负电荷群作启动电压（U），电流（I）经外回路把正负 电荷中和在一起，消耗正负电荷，电磁磁化定子铁芯阻碍转子转动， 消耗机械能战胜阻碍，转子励磁强迫定子铁芯正比电流感生电动势补 充发电，制造正负电荷补充电流消耗保持电源内正负电荷总数不变， 电压不变，动生电动势感生电动势联合输出电能，频率一定，单项 P=UN转子动生电动势（BLV） x强迫定子铁芯感生电动势（N W t） + （电磁对励磁）阻力矩，负载需要多少电能发电机就输出多少， 直到铁芯全部磁化为止，把机械能转变成电能。四. 同步同向旋转阻力矩电磁场S'N'的优点：1.消除了电磁场磁化定 子铁芯时产生的自感电动势的有害影响，2.滞后转子90°同步同向同 频率旋转，四个发电区也一同旋转，因势利导臣让君，即释放了感应 电磁阻力矩又有利转子励磁强迫定子铁芯失磁的感生电动势发电，3. 如图3红色虚线所示的磁力线，感生电流电磁场必须且只能穿过绕组 线圈内部，而转子励磁布置在线圈内部，磁力线无处可躲S'N'对NS 的阻碍力最强，磁力线因同极性排斥力水火不溶，分道而行，磁力线 因异极性相吸而溶为一体，相互共用磁路，旋转磁场与励磁场保持如 图3所示的相位关系（纯电阻负载）始终不变，磁力线"Z"字型穿过 线圈内部，感应电磁场和励磁场共用共溶共舞的磁路，即矛盾又统一， 更重要的是感应电磁场把变化的定子磁通引导进了绕组线圈内部。第 一次提出定子铁芯强迫感应电动势发电，认识很肤浅。2012.3.1