電能是現代社會最重要的能源之壹。發電機是壹種將其他形式的能量轉化為電能的機械設備。它最早產生於第二次工業革命時期，由德國工程師西門子於1866年制造。它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流、氣流、燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能，傳遞給發電機，再由發電機轉化為電能。發電機廣泛應用於工農業生產、國防、科技和日常生活中。？
發電機的形式有很多種，但它們的工作原理都是基於電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的壹般原理是:用適當的導磁導電材料形成磁路和電路，進行相互電磁感應，從而產生電磁動力，達到能量轉換的目的。？
發電機的分類可以總結如下:？
發電機？{?DC發電機，交流發電機？{?同步發電機和異步發電機(很少使用)？
交流發電機也可分為單相發電機和三相發電機。？
DC發電機？示意圖
2.？結構和工作原理
發電機通常由定子、轉子、端蓋、機座和軸承組成。？
定子由機座、定子鐵芯、繞線繞組和固定這些部件的其他結構部件組成。？
轉子由轉子鐵芯(帶磁扼流圈和磁極繞組)、滑環(又稱銅環和集電環)、風扇和轉軸組成。？
發電機的定子和轉子通過軸承和端蓋連接裝配，使轉子在定子內轉動，做切割磁力線的運動，產生感應電勢，通過端子引出，接入回路，產生電流。
由於同步發電機壹般采用DC勵磁，當它們獨立運行時，通過調節勵磁電流可以很容易地調節發電機的電壓。如果並入電網，電壓由電網決定，不能改變。此時調節勵磁電流的結果就是調節電機的功率因數和無功功率。？
同步發電機的定子和轉子結構與同步電動機相同，壹般采用三相形式，只有在壹些小型同步發電機中，電樞繞組采用單相。？
工作特點？同步發電機的性能主要由空載特性和負載運行特性來表征。這些特性是用戶選擇發電機的重要依據。？
空載特性？發電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感應出的空載電動勢E0(三相對稱)，其大小隨著If的增大而增大。但是因為電機的磁芯是飽和的，所以兩者不成正比。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關系的曲線稱為同步發電機空載特性。？
電樞反應？當發電機接入對稱負載時，電樞繞組中的三相電流會產生另壹個旋轉磁場，稱為電樞反應磁場。它的轉速剛好等於轉子的轉速，兩者同步旋轉。？
同步發電機電樞反應磁場和轉子勵磁磁場都可以近似認為是正弦分布。它們之間的空間相位差取決於空載電動勢E0與電樞電流I之間的時間相位差，電樞反應磁場也與負載情況有關。當發電機負載為感性時，電樞反應磁場起退磁作用，會導致發電機電壓降低；當負載為容性時，電樞反應磁場起助磁作用，會提高發電機的輸出電壓。？
同步發電機的電壓變化率約為20 ~ 40%。壹般工業和生活負荷要求電壓基本保持不變。因此，隨著負載電流的增加，勵磁電流必須相應調整。
結構和分類？同步發電機的結構按其轉速可分為高速和低(中)速。前者多用於火力發電廠和核電站；後者大多與低速水輪機或柴油發動機有關。結構上，高速同步發電機多采用隱極轉子，低(中)速同步發電機多采用凸極轉子。？
隱極轉子:外形為圓柱形，在圓柱面上開槽放置DC勵磁繞組，並用金屬槽楔緊固，使電機具有均勻的氣隙。由於高速旋轉時離心力巨大，要求轉子具有較高的機械強度。隱極轉子壹般由高強度合金鋼壹體鍛造而成，槽形壹般為開口形，以便安裝勵磁繞組。每極距中約1/3部分未開槽，形成大齒；其余牙齒較窄，稱為小齒。大齒中心是轉子磁極的中心。有時大齒也開壹些較小的通風槽，但繞組不嵌；有時在槽底銑壹個窄而淺的槽作為通風槽。隱極轉子在轉子體的軸向兩端還設有金屬擋圈和中心環。擋圈是由高強度合金制成的厚壁圓筒，保護勵磁繞組端部不被巨大離心力甩出；中心環用於防止繞組端部的軸向移動，並支撐擋圈。此外，為了使勵磁電流流入勵磁繞組，集電環和電刷也安裝在電機軸上。？
柴油機驅動的低速同步發電機。電機的磁極數由4極改為4極。對應速度為1500及以下。由於轉速低，壹般采用對材料和制造工藝要求不高的凸極轉子。？
凸極轉子的每個磁極往往是用1 ~ 2mm厚的鋼板，用鉚釘組裝成壹個整體，磁極上套有勵磁繞組。勵磁繞組通常由扁平銅線制成。阻尼繞組通常安裝在磁極的極靴上。它是極靴阻尼槽內的裸銅條與兩端焊接的銅環形成的短路。磁極固定在轉子軛上，轉子軛由鑄鋼制成。凸極轉子可分為臥式和立式。由內燃機或沖動式渦輪機驅動的同步電機、同步攝像機和發電機大多采用臥式結構；？
同步發電機是根據電磁感應原理制造的。主要組件如圖1所示。現代交流發電機通常由兩個線圈組成；為了提高磁場的強度，線圈的壹部分纏繞在由導磁性能良好的金屬片制成的圓筒內壁的凹槽內，這個圓筒固定在機架上，稱為定子。定子中的線圈可以輸出感應電動勢和感應電流，所以也叫電樞。發電機線圈的另壹部分纏繞在定子圓筒中由強磁導率的金屬片形成的圓筒的槽內，稱為轉子。壹根軸穿過轉子的中心並將其緊固在壹起，軸的兩端與框架形成軸承支撐。轉子與定子內壁之間保持小而均勻的間隙，轉子可以靈活轉動。這就是所謂的旋轉磁場結構的無刷同步發電機。？
工作時，轉子線圈通以直流電，形成DC恒定磁場，由柴油機帶動快速旋轉，恒定磁場也隨之旋轉。定子線圈被磁場切割產生感應電動勢，發電機發電。？
1—封面；2—出風口蓋板；3-軸承；4-定子；5—接線盒的側板；6-電壓調節器；7-調節器支架；8—接線盒頂蓋；9—接線盒的前面板和後面板；10-端子板；11-端子板支架；12—接線盒側板；13—吊爬；14-軸承蓋；15—進氣口蓋板；16—後端蓋；17-勵磁定子；18-勵磁定子固定螺栓；19-軸承；20—旋轉整流器；21-勵磁電樞；22—接地板；23—轉子；24—風扇；25—永磁機殼；26—永磁旋轉軸；27—永磁轉子；28—永磁電機定子；29—永磁定子固定螺栓；30—永磁轉子的固定螺栓；31-墊圈；32—永久磁鐵蓋板
圖1？雙軸承發電機的橫截面圖？
當轉子及其恒定磁場在柴油機的驅動下快速旋轉時，在轉子和定子之間微小而均勻的間隙中形成壹個旋轉磁場，稱為轉子磁場或主磁場。正常運行時，發電機的定子線圈，也就是電樞，與負載相連，定子線圈被磁場切割後產生的感應電動勢形成通過負載的感應電流。這種電流還會在氣隙中產生磁場，稱為定子磁場或電樞磁場。這樣，轉子磁場和定子磁場就出現在轉子和定子之間微小而均勻的間隙中，這兩個磁場相互作用形成合成磁場。發電機通過合成磁場的磁力切割定子線圈來發電。因為定子磁場是由轉子磁場引起的，而且兩者之間總是存在著同速同步關系，所以這種發電機稱為同步發電機。