【ATA24】抓住最關鍵的一點,搞懂交流發電機一點也不難

2021-01-20 機務小講堂

在執照口試中，交流發電機這塊應該折磨著很多人吧？！什麼二級式、三級式交流發電機，看上去那麼費勁，都是些什麼鬼嘛？莫慌，我們一步步來，今天就先講講交流發電機的結構和原理。這玩意看上去繞來繞去的，但是我們只要抓住關鍵點，其實一點也不難。

在介紹關鍵點之前，我們還是要看看交流發電機在飛機交流電源系統中的位置的，也就是在學一個東西之前，我們應該知道它在哪，是幹什麼的，否則毛線始終是毛線，永遠織不成毛衣的！

好了，了解了交流發電機在系統中所處的位置，接下來就跟著我的思路走吧！不知道大家有沒有想過這個問題：把一個永磁鐵固定在發電機的轉子上，線圈固定在發電機的定子上，這樣發電機不就可以發電了嗎？看上去好像也沒什麼毛病，電也確實可以發的出來，但是現在沒有人會這麼幹了！為什麼呢？我們要發電機輸出一個穩定的電壓，就需要有一個實時穩定且可控的磁場。而永磁鐵產生的磁場受多種因素（如高溫、激烈震蕩等）的影響，顯然是不能滿足要求的。這個時候，如何產生一個穩定可控的磁場就成了關鍵問題，當然，如果能把這個問題想明白弄清楚，交流發電機也就不是事了！

那麼怎麼產生一個穩定可控的磁場呢？我們需要利用電流的磁效應來人工創造一個磁場，即讓電流通過線圈來產生磁場，並且這個電流還是要直流電，這樣最終我們只需要控制直流電的大小即可以控制磁場的強弱，發點機輸出穩定電壓才成為可能。

下面我們以二級式無刷交流發電機為例來看看吧。我們先來解釋下交流發電機前面的兩個定語「二級式」和「無刷」！

為什麼叫「二級式」呢？這是因為二級式交流發電機內部是由兩個小發電機組成的。一個我們叫做主交流發電機，輸出我們所需要的三相交流電；另一個我們叫做交流勵磁機，產生通入主交流發電機勵磁線圈的初始電流。需要注意的是，交流勵磁機產生的電流是交流電，我們需要先把這個交流電轉換為直流電，才能通入主交流發電機的勵磁線圈。怎麼將交流勵磁機的交流電轉換為直流電呢，我們就要說說「無刷」了。

在說「無刷」之前，我們先先說說有刷發電機。有刷發電機靠電刷和換向器將交流電轉換成直流電，電刷和換向器就是純的機械部件，哪能受得了長時間頻繁的摩擦啊，所以其維護工作量是很大的，加之換向時易產生火花等原因，人們開始尋找新的東西來代替它們。隨著電子技術的發展，二極體整流可以輕鬆地將交流電轉化為直流電，自此電刷和換向器開始被二極體整流替代，有刷發電機開始推出歷史舞臺，時至今日發電機基本都是「無刷」的了。在我們的二級式無刷交流發電機中，將交流勵磁機產生的交流電轉換為直流電的裝置叫做「旋轉整流器」！

到這裡，其實二級式交流勵磁機的主要結構就出來了——交流勵磁機、主交流發電機、旋轉整流器，再加一個調壓器（關於調壓器，會在之後的文章中給大家介紹），那就就完整了。主要結構搞明白了，原理也就不是什麼難事了！

接下來，我們把二級式交流發電機的原理走一遍。當發動機帶動發電機的轉子轉動後，①交流勵磁機的轉子電樞繞組切割剩磁產生剩磁電壓（這裡先留一個疑問，剩磁從哪來），同時產生交流電流；②交流勵磁機轉子輸出的交流電經過旋轉整流器轉換為直流電；③從旋轉整流器出來的直流電進入主交流發電機的轉子勵磁線圈，勵磁線圈產生磁場，該磁場隨著發電機轉子的旋轉而旋轉；④主交流發電機的定子電樞繞組切割磁感線，也產生一個剩磁電壓，該剩磁電壓大約在15V左右；⑤該剩磁電壓通過調壓器使得交流勵磁機的磁場增大；⑥交流勵磁機的輸出電壓增加，當電壓增加到額定電壓時，調壓器限制交流勵磁機的勵磁電流，從而使主發電機輸出電壓保持恆定。

從上面的分析，我們知道，二級式無刷交流發電機是靠剩磁起激發電的。然而這個「剩磁」從哪來？剩磁，即發電機停機後定轉子鐵芯保留的剩磁。不難看出，這種「剩磁」是不可靠的，一旦由于振動或者其它幹擾剩磁消失，發電機就沒法發電了，所以這個時候我們可以在交流勵磁機的磁極中嵌入永磁鐵來保證起激的可靠！

當然，我們也可以在二級式交流發電機中再增加一個小的發電機，我們叫永磁式副勵磁機，使起激更加可靠。這時，增加了永磁式副勵磁機的二級式交流發電機也就升級成三級式交流發電機了！下圖為三級式交流發電機原理圖，請自行分析吧！

文章的最後，我想說，我們生活在一個幸福的時代，我們從一開始就接受著各種現成的流行的發展成熟的東西，就像現在10後一開始就接觸智慧型手機，可能都不知道「小靈通」是什麼一樣！沒有機會經歷從無到有的探索，但是我們有途徑去了解當代「現成」事物的發展歷史啊，我們可能會在不斷的創新和淘汰中看到事物存在的必然，我們也可能在異想天開中想像事物未來的發展方向！



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  • 一篇文章闢謠尼古拉·特斯拉,交流電和發電機真的不是他發明的!
    ，若收專利費分分鐘世界首富；有說他發明了發電機，甚至收音機和X射線都是特斯拉先研究的；還有說他是最接近神的男人，通古斯大爆炸和一些超前的設計都是他的傑作。流言一：交流電和發電機是特斯拉發明的？在百度電腦端輸入交流電之父，頁面顯示第二位就是「交流電之父—特斯拉」，可見謠言已經深入骨髓，但其實稍有科學常識的人都知道交流電之父是法拉第，這是在高中物理課本上寫著的。