静止电枢式交流发电机的运行原理解析

静止电枢式交流发电机的应用非常广泛，因为大量电流是通过静止的定子绕组产生的。这意味着因为定子不旋转，用于将发电机电流输出的外部电气电路可以直接与定子绕组末端进行固性连接。在静止电枢式发电机中，这种连接是固态的，在旋转电枢式发电机中则是通过集电环和电刷实现的。

静止电枢式发电机需要一个小的起动电流作为励磁电流，励磁电流流经转子绕组产生感应磁场。励磁电流的建立需要一个小的外加电压，可以从电网整流得到或采用外部电池提供。励磁电流通过电刷和集电环流至转子旋转绕组末端，最终流入转子绕组。转子建立磁场所需的电流量非常小，所以其对电刷的磨损和对集电环的蛀蚀不像大电流那么严重。

一旦励磁电流流经转子，转子就变成一个非常强的电磁铁，产生强劲的磁力线。当转子磁场通过定子绕组时后者切割磁力线，发电机就会发出交流电。通过增加或减少励磁电流的大小可以增加或减少发电机输出电压的大小。在风力机中，风力机叶片转速较低，因此一般采用齿轮箱提高与之相连的转轴速度，以带动发电机以通常高于1800r/min的转速高速旋转。在大多数风力机中，通过叶片节距或偏航调整使风力机的转速保持在一个相对稳定的范围内。由于转速是恒定的，通过调节励磁电流以保持电压输出在690V。

当交流发电机的励磁电压来自外部电源时，称为他励发电机。当励磁电压采用发电机本身定子电压时，称为自励发电机。自励发电机需要有一个永磁铁，或通过其他方式使转子能够建立初始磁场，从而带动发电机开始发电。一旦定子开始发电，就可以使用自己的电压建立磁场。(www.xing528.com)

在靠感应产生励磁电流的交流发电机中，转子需要保留少量的剩磁以便为定子建立电压提供必要的磁通。一旦定子电压建后，转子在旋转切割定子绕组建立的磁场时就会感应出数值较小的电压。转子可以感应出交流电是因为转子和定子之间的间隙非常小，而且当定子在建立定子电压时产生的磁场是非常强的。每当导线（线圈）切割磁场时，就会感应出电压，转子上有一个个线圈依次缠绕而成的绕组，它通过磁场时也会建立起一个交流电压。

在静止电枢式交流发电机中，磁场是在转子绕组中建立的，建立磁场所需的直流或交流电流由外部电源供给电刷和集电环。小型单相发电机只需要两个集电环，因为转子的一个线圈只有两端，每端分别连接一个集电环。大型三相交流发电机需要三个独立的集电环来分别为三个转子绕组提供励磁电压和励磁电流。随着励磁电流的增加，转子建立的磁场也逐渐增大直到饱和。当交流发电机转速逐渐增加或励磁电流增大时，发电机输出电压也会增加。在风力发电机中，当风速变化时可以通过一个励磁调节器、一台计算机或可编程序控制器（PLC）来调节励磁电流，保持输出电压恒定。

综上所述，当励磁电流流经转子绕组就会产生磁场。风力发电机转子由外部动力源（风力机叶片）驱动，它旋转时就会产生一个旋转磁场。当旋转磁场切割静止的定子绕组时，定子绕组会感应产生一个很大的电压，当定子并网时就会输出电流。发电机的电压可以通过改变转子励磁电流进而改变旋转磁场，或者改变转子的转速来调节。交流发电机发出具有一定频率的交流电就是转子旋转的结果，这意味着转子转速必须保持稳定以保证输出频率恒定在60Hz。为了调节发电机的输出电压，必须调节励磁绕组两端的电压以改变励磁电流。本章的后面部分将讲述如何用其他方式来控制发电机的频率。此处进一步阐释发电机的发电原理。