汽轮发电机
发电机是电力系统中的重要元件，也是发电厂三大主机之一。火力发电厂中通常采用汽轮发电机。如图1所示：
图1 汽轮发电机
现代汽轮发电机一般都是二极的，即有一对极对数，如图2所示：
图2 隐极式发电机
只有一对N,S极，称为隐极式发电机，这种发电机的转子做成圆柱状，气隙较为均匀。对于发电机的励磁结构可将发电机分为电枢式和旋转磁极式。其中电枢式发电机电枢装在定子上，为固定磁场。旋转磁极式即励磁加于转子上，这样，励磁容量电压会大大减少，所以为中大型发电机所采用。我厂的发电机旋转磁极隐极式汽轮发电机。
发电机定子
发电机定子一般由定子铁芯，定子绕组，压圈，机座，端盖等组成。如图3所示，
图3 发电机定子
发电机转子
发电机转子主要由转子铁芯，励磁绕组，大轴和集电环等部件构成。如图4所示：
图4 发电机转子
发电机励磁系统
发电机励磁系统是通过碳刷在电枢上通以直流电流，如图5和图6所示：
图5 发电机碳刷
图6 发电机励磁系统直流母线
由于电枢式固定于转子，故通电以后的励磁绕组随转子旋转，通电导体形成磁场，且位置相对于定子旋转，即为旋转磁场，故励磁系统在发电机发电过程中的作用为形成磁场。
发电机工作原理
当发电机空载运行时，（即励磁绕组输入励磁电流而定子绕组开路的情况），发电机被汽轮机拖动到同步转速，由于定子绕组开路，即定子电流为0。发电机内部的磁场仅由励磁绕组中的励磁电流If构成，If旋转产生磁动势，即建立磁场，转子经过气隙铰链到定子铁芯，产生的磁通即为发电机的主磁通?0，其磁密近似于成正弦分布，参与发电机的能量转换。另外，发电机内部除了主磁通之外，还有一部分磁通不与定子铰链，而是与转子自身铰链，这一部分磁通不参与发电机的能量转换，而是在发电机中形成谐波磁通分量，这部分磁通称为漏磁通?fδ。
转子转速为n，则主磁通切割定子绕组的频率为
三相基波电动势为
其中，KN1为基波短距系数，与发电机结构特性相关。空载电势与励磁电流的关系为发电机的空载特性，如图7所示：
图7 发电机空载特性
当发电机接待负荷时，产生负载电流，即定子电流，定子电流流过定子绕组时产生另一个磁场，即定子磁场，这时会改变发电机内部的磁场组成。由空载时的?0和?fδ，增加了定子感应磁通?a，以及定子感应漏磁通?δ。
此时发电机的等效电路图如图8所示：
图8 发电机等效电路图
此时电枢电压的平衡方程为：
发电机内部各参数之间的向量图如图9所示：
图9 发电机向量图
若不考虑电枢反应（即定子磁通与励磁磁通铰链），则发电机等效电路图如图10所示：
图10 不考虑电枢反应时发电机等效电路图
发电机内部各参数之间的向量图如图11所示：
图11 不考虑电枢反应时发电机向量图
对于大型发电机通常忽略定子绕组电阻压降，此时有励磁电动势与发电机出口电压关系为：
此时发电机的外特性（即发电机转速同步，励磁电流恒定，负载功率因数不变的工况）曲线为图12所示：
