同步发电机三相对称电动势的原理
一、同步发电机的工作原理
1、同步发电机的能量转换同步电机作为发电机运行时，是通过原动力机械将机械能输人同步电机，在原动力机拖动下运转，成为发电机，将机械能转变为电能，或将其他形式的能转变成电能，这取决于原动力机械的动力源(如水力、热力等)。
2、转子旋转磁场的形成旋转磁极式发电机转子上绕有励磁绕组。在静止不动的转子绕组上，采用一定 方法通人直流电进行励磁，这时，在转子绕组轴线上(即直轴方向)产生空间不动的幅值恒定的磁场，这就是转子磁场，是转子的主磁场。当原动机拖动转子旋转时，就得到一个旋转磁场。一旦原动机将转子带动到同步转速n时，则转子磁场以n转速旋转，在气隙中便形成了一个圆形的旋转磁场。
3、三相交变电 动势的产生发电机定子铁芯内嵌放如同三相异步电机定子绕组式的对称绕组。转子磁场旋转时，该磁场与定子绕组有相对运动，并以同步转速相对切割定子三相对称绕组，在定子绕组中感应出三相对称的电动势euo、ero、 emo。
即euo=Em sin ωt
evo=Em sin （ωt-120°）
ewo=Em sin （ωt-240°）
此时，如果同步发电机上接有负载，在负载内就有三相电流通过，这说明同步发电机将机械能转化为电能。
显然，同步发电机外电路开路时，电机处于空载运行状态，这时，没有电流输送给负载，也就没有电磁功率的转换，但此时的损耗均由原动机供给；而同步发电机在负载运行时，定子三相对称绕组中将有三相对称电流通过，也要建立一个旋转磁场，即电枢磁场，它使气隙磁场的大小及位置发生了变化。电枢磁场(磁动势)对主极磁场的影响称为电枢反应。它与旋转的转子磁场 ---励 磁磁场相对静止，在原动机的作用下，转轴带动转子磁场拉着电枢磁场一起旋转，从而把原动机的机械能转换为电能，供给负载。
4、三相感应电动势的频率同步发电机三相感应电动势的频率与磁极相对于定子绕组的相对运动速度有关，可以表示为式中p-为电机的磁极对数；n-为转子每分钟转数。
可见，当电机的磁极对数、转数定时， 产生感应电动势的频率是一定的。反之，如果磁极对数一定，要使电动势频率达到规定的fN，则电机的转速必须达到与fN相适应的nN。这就是同步发电机的基本工作原理。
二、三相对称电动势的原理
三相交流电是由三相交流发电机产生的。下图是一个三相交流发电机的示意图。它主要由两部分组成，里面旋转的部分称为转子，在转子的线圈中通以直流电流，则在空间产生一个按正弦规律分布的磁场。外面固定不动的部分称为定子，在定子的铁芯槽内分别嵌入三个结构完全相同的线圈U1—U2、V1—V2、W1—W2，它们在空间的位置互差120°，称为三相定子绕组，U1、V1、W1称为三个绕组的始端，U2、V2、W2称为末端。
三相交流发电机示意图
当发动机拖动转子以角速度ω匀速旋转时，三相定子绕组就会切割磁力线而感生电动势。由于磁场按正弦规律分布，因此感应出的电动势为正弦电动势，而三相绕组结构相同，切割磁力线的速度相同，位置互差120°，因此三相绕组感应出的电动势幅值相等，频率相同，相位互差120°。这样的三相电动势称为对称三相电动势，设各相电动势方向为由末端指向始端。并以eU为参考量，则三个电动势的瞬时值表达式为：即eu+ev+ew=0
任一瞬时，对称的三相电动势之和为零，即三相电源中三个电动势依次达到最大值（或零值）的先后次序称为三相电源的相序，式中表示的三相电源相序为U—V—W—U，即V相滞后于U相，W相滞后于V相，称之为正序。如果相序为W—V—U—W，则称为逆序。工程上通用的是正序。
U相是可以任意假定的，但U相一经确定，那么比U相滞后120°的就是V相，比U相超前120°的则是W相，这是不可混淆的。工业上通常在交流发电机引出线及配电装置的三相母线上涂上了黄、绿、红三色，用以表示U、V、W三相。
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