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第一部分：基本原理和硬件介绍 ?0Idzsin?B?dB? ?4π?CDr2一、发电机的电磁机理基本说明：
1、应用电磁理论，导体在磁场中切割磁力线产生电动势（电压）：ξ=BLV（B：磁场强度，L：导体长度，V：切割速度）。简单的讲就是：导体在磁场中做切割磁力线运动，就产生感应电动势，当形成闭合回路时，就会感生出电流。
2、对于发电机：转子产生的磁场旋转切割定子线圈，在定子线圈上产生电动势（电压），如右图，由ξ=BLV可以理解：1、导体长度L相当于匝数乘单圈长度，固定不变；2、假定转速不变，切割速度V=Rω也可以理解为不变；3、电动势（机端电压）只与旋转的转子磁场强度成正比，其他基本不变。
3、对于载流导线的磁场：任一载流导线在点 P 处的磁感强度: ，电流I U1 ??0I在直导线周围P产生的磁场B?(cos?1?cos?2)，无限长载流导体的磁N?V2 4?rW2 ??0I感强度：B?，当转子本身固有特性不变时，转子电流磁场在定子导2?rW1 V1 线处感生的磁场强度B=KI，其中，I是励磁电流值，K系。 U2 ?n??S??I B? ?z?2z?2?0I2πrI B X B xD D ?rdzzI?dB* P yIr0ox?1o C 4、综上所述可以理解为发电机定子产生的电动势（机端电压）：U=BLV=KI（K：综合比例系数，I：励磁电流），电动势U与励磁电流I的大小成正比。
5、电动势与机端电压有区别，电动势等于机端电压加定子线圈内阻抗的压降，当发电机空载运行时，定子电流为0，内阻抗的压降也为0，发电机的电动势也等于机端电压，调节发电机的励磁电流，直接作用于调节发电机的机端电压；当发电机并网后，定子线圈与负载组成闭合回路，由于定子两端电动势的作用在闭合回路中产生定子电流，内阻抗的压降等于定子电流乘以内阻抗，机端电压等于发电机的电动势减去内阻抗的压降，向外传递电功率。 6、由电磁理论可知，电流流过定子线圈产生磁场，而定子电流的磁场又反作用于转子上，对转子产生磁场力作用，可以正交分解为定子有功电流磁场力和定子无功电流磁场力2个作用力，其中定子有功电流磁场力对转子的机械扭力起平衡作用，定子无功电流磁场力对转子的转子电流磁场力平衡作用，最终达到平衡状态，下面在发电机的基本原理中将详细讲述。 二、发电机的基本原理说明：
1、发电机的基本原理应用到电磁理论，电生磁，磁生电，并且电和磁之间又有磁场力的作用，那就是电枢反应，有功电流产生电磁力，并形成电磁转矩，无功电流产生电磁力，不形成电磁转矩，理论比较抽象，讲起来比较难懂，这里用简单的左右手法则来讲述发电机的基本原理，首先介绍一下左右手法则。
2、左手法则：确定载流导线在外磁场中受力方向的定则，即与力有关，又称电动机定则。左手平展，大拇指与其余4指垂直，若磁力线垂直穿过手心，4指指向电流方向，则大拇指所指方向即为载
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流导线在磁场中受力的方向，如右图。
3、右手定则：主要判断的是与力无关的方向。右手平展，使大拇指与其余4指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心，大拇指指向导线运动方向，则4指所指方向为导线中感应电流的方向，如右图。右手定则还可以判
I 断电流产生磁场的方向，如右图。
4、判断原则：关于力的用左手，其他的（与力无关，如电流方向、磁场方向B 等）用右手定则，简单而形象地记忆法则：“力”字向左撇，就用左手；而“电”字向右撇，就用右手。 5、转子电流（励磁电流）IL产生的磁场B1，大小与转子电流IL成正比，B1 =K1I（常数K1综合比例系数），方向与力无关，利用右手定则，判定方向如图1
的B1，⊕代表进入纸面方向，⊙代表出纸面向外方向，以下同，随着转子逆时针旋转，磁场B1也跟着逆时针旋转。
定子转子ω转子定子转子ω定子定子图1图2
6、定子线圈在旋转的转子磁场B1内切割磁力线产生电动势，与力无关，应用右手定则，判定电动势方向如图1的Uf，当定子线圈与转子线圈空间垂直（如位置90度或270度）时，如图1位置，切割的磁力线密度最大，感应的电动势数值最大；当定子线圈与转子线圈空间水平（如位置0度或180度）时，如图2位置，运动方向与磁力线平行，不切割磁力线，感应的电动势Uf数值为0。
7、实际上，定子线圈感应电动势的大小与转子旋转角Φ的余弦值有关：即Uf= LRωB1COSΦ（转子线圈旋转角度Φ），其中Φ=ωt，t为时间（秒），以图1为起点旋转。B1=K1I（常数K1综合比例系数）。可以理解为发电机的电动势（空载为机端电压，负载为机端电压加内阻电压）：Uf= LRωK1I COSωt，与励磁电流I成正比，是时间t的余弦函数。
8、在发电机并网之后，在闭合回路中，由感应的电动势Uf带负载R在定子线圈中产生定子电流If，假定电动势Uf固定不变的话，忽略定子线圈的内阻，定子电流If大小与负载（有功功率和无功功率）有关，定子电流的方向与功率因数有关，即电流If滞后电动势Uf的角度即为功率因数角θ，可以理解为定子电动势Uf在转子旋转t=θ/ω后才产生对应的定子电流。即如图1的状态变为如图3。 q轴 A轴 Y fd轴 FC 0Ψ+90 Fa S X A N Z B 文案大全
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图3定子ω转子1θ转子2定子
9、定子电流If产生的磁场B2，由于定子线圈的固有特性，磁场B2的大小与定子电流If成正比，即B2=K2If（常数K1综合比例系数），方向与力无关，利用右手定则，判定方向如图3的B2，为便于分析，把B2正交分解为相对于转子0度的磁场B2d=E2COSθ（= K2If COSθ）和90度的磁场B2q=E2SINθ（= KIf sinθ）两个磁场，如图3。
10、B2d磁场对转子2线圈电流IL的作用力fB2d（与力有关，用左手法则判断方向如图3），大小与转子电流IL和磁场B2d成正比，方向与转子旋转方向相反，稳定状态下B2d磁场力与转子的扭力fn平衡。
11、转子电流IL在两个线圈的电流流向相反，如图3，用右手法则判断转子1线圈电流产生的磁场顺时针方向，并且转子1磁场作用在转子2线圈电流上，用左手法则判断转子1磁场在转子2上的作用力fIL方向向外，大小与励磁电流IL的平方值有关，同理转子2电流磁场在转子1上的作用力方向也向外，大小也与fIL相等，因此转子电流IL在两个线圈之间产生的力fIL相斥（如图3方向）。
12、而B2q磁场对转子2电流IL的作用力fB2q（与力有关，用左手法则判断方向如图3），大小与转子电流IL和磁场B2q成正比，方向与转子2上的转子1作用力fIL方向相反，稳定状态下B2q磁场力fB2q与转子1电流磁场在转子2上的作用力fIL平衡。
13、当调节主汽门大小，只改变了转子扭力fn的大小，励磁电流不变，转子线圈间磁场力fIL的大小不变，由牛顿力的平衡定律，如果保持转速ω不变，转子线圈平面垂直方向受力平衡，磁场力fB2d的大小要改变，但磁场力fB2q的大小不变，即产生磁场力fB2d的大小要改变，由B2d=E2COSθ（= K2If COSθ）可以看出，也就是调节主汽门可以改变定子电流If相对于电动势的If COSθ分量，即有功电流要改变，无功电流（If SINθ）基本不变。 14、相同理论，调节励磁电流大小，转子扭力fn不变，转子线圈间磁场力fIL的大小改变，相应改变磁场力fB2q的大小，由B2q=B2 SINθ（= K2If SINθ）可以看出，也就是调节励磁电流可以改变定子电流If相对于电动势的If SINθ分量，即无功电流要改变，有功电流（If COSθ）基本不变。
15、物理教科书上有关描述：当发电机定子电流与电动势同相位，定子磁势轴线与励磁磁势轴线互相垂直，称交轴电枢反应，定、转子磁场互相作用，形成电磁制动转矩，发电机从原动机取得机械能，转化为电能输送出去。当发电机正常运行于功率因数滞后时，定子磁势中一部分正好与励磁磁势方向相反，起直轴去磁作用，当发电机运行于功率因数超前时，定子磁势中一部分正好与励磁磁势方向相同，起直轴助磁作用。电枢反应的去磁（助磁）作用将会影响发电机端电压有下降（上升）的趋势，为了保持端电压不变，必须相应地增加（减少）励磁电流。 16、结论：发电机在旋转的转子磁场中发电，把机械能转化为电能，在发电机并网前（空载），
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