交流发电机的工作原理

交流发电机基于电磁感应原理工作，核心过程是机械能→电能的转换：

1. 磁场建立：转子（励磁部分）通电产生旋转磁场（永磁体或电磁铁）。
2. 磁场切割：转子由原动机（如汽轮机、水轮机、柴油机等）驱动旋转，磁场跟随转动。
3. 感应电动势：旋转磁场切割静止的定子线圈（定子绕组），定子线圈中的电子受磁场力作用定向移动，形成交变电流（交流电）。
4. 三相电生成（常见形式）：定子绕组按120°空间角度对称分布，输出相位差120°的三相交流电。

关键公式：感应电动势 ( E = N \cdot \frac{d\Phi}{dt} )
（( N )：线圈匝数，( \Phi )：磁通量，随转子旋转变化，导致电动势周期性交变）

调速方法

调速的核心是维持输出频率稳定（如50Hz/60Hz），需控制转子转速 ( n )（rpm）满足公式：
[ f = \frac{n \times p}{60} ]
（( f )：频率，( p )：发电机磁极对数）

调速方法分为两类：

1. 机械调速（适用于小型/独立发电机）

• 原理：通过调节原动机动力输入，控制转子转速。
• 常见方式：
  • 柴油/汽油发电机：调节节气门开度（油门），改变燃油供给量。
  • 水轮机：调整导叶开度控制水流。
  • 汽轮机：调节蒸汽阀门开度。

2. 电气调速（适用于并网大型发电机）

• 原理：通过自动电压调节器（AVR） 和调速器系统动态平衡：
  • 频率下垂控制：检测电网频率下降→增大原动机动力（如开大汽阀）。
  • 功率补偿：增加励磁电流（转子电流），提升输出功率，辅助稳定转速。

3. 电力电子控制（现代风力/变频发电机）

• 变频调速：发电机输出先整流为直流，再逆变为所需频率交流电（转速与频率解耦）。
• 应用：风力发电中，风机转速随风速变化，通过电力电子变换器保持输出频率恒定。

调速的实际目的

• 独立运行：确保负载变化时频率稳定（如柴油发电机突增负载时避免转速暴跌）。
• 并网运行：使发电机频率与电网同步，实现无缝并网，并根据调度指令调节有功功率输出。
• 避免脱网：转速失稳可能导致发电机与电网失步，触发保护跳闸。

关键点：调速不仅是调节转速本身，更是能量输入与负载需求的动态平衡过程。机械调速直接作用于原动机，电气调速则通过闭环反馈（如PID控制器）实时修正转速偏差。