在现代信息社会，人们的生活节奏不断加快，信息交流与沟通越来越频繁重要，这使得在信息交流过程中占重要地位的邮电通信（包括有线和无线）事业有了突飞猛进的发展，柴油自备电站在邮电通信及其他各行各业中的应急保障作用也变得十分重要，并随之有了长足的发展，柴油发电机组自备电站的发电机普遍采用同步发电机。同步发电机可以把机械能转换为所需频率的交流电能的能量转换机械。20世纪60年代前，由于技术的局限，柴油发电机组电站的同步发电机普遍采用直流励磁机励磁，以后又发展了自励恒压同步发电机，这些励磁方式的发电机由于存在电刷和滑环（换向器）结构，运行时无线电干扰较大且使用人员维护工作量大，已逐渐退出市场。目前广泛流行的无刷发电机因无滑动的电接触部件，使发电机运行时的无线电干扰受到了很大抑制，发电机运行的可靠性也大大提高。
进入20世纪80年代后期，随着集成电路技术的发展，可编程序控制器件应用到了柴油机电站中，使柴油发电机电站自动化程度有了较大提高。由于可编程逻辑器件语言易学，编程简单，抗干扰能力强，性能价格比高。用它来作柴油发电机组自动化控制器件，提高了柴油发电机组的自动化程度，降低了故障率和成本投入，计算机技术的发展及计算机控制技术在柴油发电机电站中的应用使柴油发电机组的遥控遥测遥信成为现实，目前国外绝大多数柴油发电机组厂家的产品均具备了自动化及“三遥”手段，性价比也很高。国内同类产品由于起步较晚，因而同国外产品有一定的差距，但近年来随着开发研究部门及企业的努力，结合计算机技术的“三遥”自动化柴油发电机组产品已有多家国内企业能够生产，其性能也比较可靠，应用大规模专用芯片及计算机控制技术的全自动化柴油发电机组产品将是今后较长时期内柴油发电机电站的发展方向。
通常三相同步发电机的定子是电枢，转子是磁极，当转子励磁绕组通入直流电流后，即建立恒定的磁场。转子转动时，定子导体由于与此磁场有相对运动而感应交流电势。
可见，当电机的极对数（P）、转速（n）一定时，发电机的交流电势的频率f是一定的。也就是说，同步发电机具有转子转速和交流电频率之间保持严格不变的关系的特点。在恒定频率下，转子转速恒定而与负载大小无关。这是同步电机与异步电机的基本区别之一。
3.2.1 同步发电机的基本类型
按结构特点，同步发电机可分为旋转电枢式发电机（简称转枢式）和旋转磁极式发电机（简称转磁式）两种。
旋转电枢式的同步发电机发电机的电枢是转动的，磁极是固定的，电枢电势通过集电环和电刷与外电路连接。旋转电枢式发电机结构只适用于小容量的同步发电机，因为采用电刷和集电环引出大电流比较困难，容易产生火花和磨损；电机定子内腔的空间也限制了电机的容量；发电机的结构复杂，成本较高；电机运行速度受到离心力及机械振动的限制。所以目前只有交流同步无刷发电机的励磁机使用旋转电枢结构的同步发电机。
旋转磁极式同步发电机。其磁极是旋转的，电枢绕组是固定的，电枢的绕组的感应电势不经过集电环和电刷而直接送往外电路，所以绝缘能力和机械强度好，且安全可靠。由于励磁电压和励磁容量比电枢电压和电机容量小得多，所以电刷和集电环的负荷及工作条件大为减轻和改善。这种结构形式广泛应用于大、中容量的同步发电机，并成为同步发电机的基本结构型式。
在旋转磁极式同步发电机中，按磁极的形状又可分为凸极式和隐极式两种。凸极式转子，其磁极是突出的，气隙不均匀，极弧顶部气隙较小，两极尖部分气隙较大。励磁绕组采用集中绕组套在磁极上，这种转子构造简单，制造方便，内燃机发电机一般都采用凸极式。隐极式转子的气隙是均匀的，转子做成圆柱形。励磁绕组分布在转子的表面的铁芯槽中，现代内燃发电机大多采用这种结构型式。
按相数来分，同步发电机又分为单相同步发电机和三相同步发电机，单相同步发电机的功率不大，通常＜10kW。
3.2.2 有刷同步发电机的基本结构
有刷同步发电机根据容量和转速不同，其结构形式有较大的差别，我们以常见的旋转磁极式（凸极）同步发电机为例说明同步发电机的基本结构。
凸极同步发电机的结构主要由定子、转子、端盖及轴承、集电环等组成。
1.定子部分
定子由定子铁芯、电枢绕组、机座等三部分组成，是发电机电磁能量转换的关键部件之一，通常又称为电枢。
（1）定子铁芯
铁芯一般用0.35～0.5mm厚的硅钢片叠成，冲成一定的形状，每张硅钢片都涂有绝缘漆，以减小铁芯的涡流损耗。为了防止在运转中硅钢片受到磁极磁场的交变吸引力发生交变移动，同时避免因硅钢片松动在运行中产生的振动，将片间绝缘破坏而引起铁芯发热和影响电枢绕组绝缘，所以，制造电机时电枢铁芯通过端部压板在底座上进行轴向固定。
电枢铁芯为一空圆柱体，在其内圆周上冲有放置定子绕组的槽。为了将绕组嵌入槽中并减小气隙磁阻，中小型发电机的定子槽一般采用半开口槽。
（2）机座
机座用来固定定子铁芯，并和发电机两端盖形成通风道，但不作为磁路，因此要求它有足够的强度和刚度，以承受加工、运输、起吊及运行中各种力的作用，两端的端盖可支撑转子，保护电枢绕组的端部。移动电站用的交流发电机机座和端盖，都采用铸铁制成。
（3）电枢绕组
电枢绕组由线圈组成，线圈的导线都采用高强度漆包线，线圈按一定的规律连接而成，嵌入定子铁芯槽中。绕组的结构芯式一般都采用三相双层短距迭绕组。
2.转子部分
转子主要由磁极、电机轴、转子磁轭、集电环等组成
（1）电机轴，用来传递转矩之用，并承受转动部分的重量。一般中小容量同步发电机的转轴用中碳钢制成。
（2）转子磁轭，主要用来组成磁路，并固定磁极。
（3）磁极，磁极铁芯一般采用1～1.5mm厚的钢板冲片叠压而成，然后用螺杆固定在转子磁轭上。励磁绕组套在磁极铁芯上，各个磁极的励磁绕组一般串联起来，两个出线头通过螺钉与转轴上的两个互相绝缘的集电环相接。
（4）集电环，是用黄铜环与塑料（如环氧玻璃）加热压制而成的一个坚固整体，然后压紧在转轴上。整个转子由装在前后端盖上的轴承支撑。励磁电流通过电刷和集电环引入励磁绕组。电刷装置一般装在端盖上。
对于中小容量的同步发电机，在前端盖装有风扇，使电机内部通风以利散热，降低电机的温度。
中小型同步发电机的励磁机有的直接装在同一轴上；也有的装在机座上，而励磁机的轴与同步发电机的轴用皮带联接，前一种结构叫“同轴式”同步发电机，后一种结构叫“背包式”同步发电机。
3.2.3 无刷同步发电机结构
无刷发电机中其主电机均为旋转磁场结构，交流励磁机均为旋转电枢结构。下面着重以TEF系列无刷交流同步发电机为例讨论无刷发电机结构。
1.静止部分
（1）定子。由机座、定子铁芯、定子绕组所组成。定子铁芯及定子绕组是产生感应电势和电流的部分，亦称电枢。
①机座。机座是发电机的整体支架，用来固定电枢并和前后两端盖一道支承转子。机座上一般有出线盒，或位于机座的右侧面（从轴伸端看），或位于机座上部，出线盒内装有接线板，以便于引出交流电源。位于机座上部的出线盒一般均装有励磁调节器。
②定子绕组。定子绕组由线圈组成，线圈采用高强度聚脂漆包圆铜线绕制，并按一定规律连接，嵌入铁芯槽中。线圈采用导线的规格、线圈匝数、并联路数等由设计确定。线绕型式有双层迭绕、单层链式及单双层式等。三相绕组应对称嵌放，彼此相互差120°电气相位角。
③定子铁芯。定子铁芯是发电机磁路的一部分，为了减小涡流损耗，铁芯采用0.5mm厚，两面涂有绝缘漆的硅钢片迭压而成。铁芯开有均匀分布的槽，以嵌放电枢绕组。
（2）交流励磁机定子。交流励磁机产生的交流电，经旋转整流器整流后，供给同步发电机励磁。为了避免励磁机与旋转磁极式发电机用电刷、滑环提供励磁电流，因此，交流励磁机的定子为磁极，而转子为电枢。
（3）端盖。用于与机座配合并支承转子，因此，在端盖的中心处应开有轴承室圆孔，以供安装轴承。端盖的端面有止口与机座配合，与柴油机专配发电机在轴伸出端的端盖两端面，均有端面止口，以保证转子装配后同轴度的要求。
2.转动部分
发电机的转动部分称为转子。它由转子铁芯、磁极绕组、电机轴、轴承、风扇、交流励磁机电枢和旋转整流器组成。
（1）磁极绕组
①隐极式磁极绕组。隐极式磁极一般均采用单层同心式绕组，用漆包圆铜线绕制。制造时先在转子铁芯槽中放好绝缘材料，然后将磁极绕组嵌入槽内，并在后端部用玻璃纤维管与支架扎牢，再用无纬玻璃纤维带沿圆周捆扎，最后整体浸漆烘干成为一个坚固的整体。
②凸极式磁极绕组。凸极式磁极绕组一般采用矩形截面的高强度聚酯漆包扁铜线绕制或者用聚酯漆包圆铜线绕制但用圆铜线制时空间填充系数较差。
由于凸极式磁极绕组是集中式绕组，因此，可在预先制好的铁板框架四周包好云母片、玻璃漆布等绝缘材料，上下放上玻璃布板衬垫，然后连续绕制线圈，再浸烘绝缘漆，最后将成形磁极绕组套在磁极铁芯上，再用螺钉固定在磁轭上。
整体凸极式磁极是在预先铆焊好的整体转子上，将极靴四周包好绝缘，而后整体用机械方法绕制线圈，最后经F级绝缘浸烘处理，形成坚固的磁极整体，用热套方法套入转轴。这种线圈结构，散热条件好，绝缘性能、机械强度和可靠性高。
（2）转子铁芯。同步发电机的转子铁芯一般用1mm厚的低碳钢板冲制的磁极冲片迭压而成的。
①分离凸极式。磁极冲片迭压紧后用铆钉和压板铆合在一起制成磁极铁芯。磁极铁芯套在磁极线圈上后，用磁极螺钉固定在磁轭上或者用45号钢制的螺钉固定。
②整体凸极式。采用整体凸极式冲片磁极结构的无刷发电机，其磁极和磁轭为一体，用0.5mm硅钢片整片冲出，然后直接与端板、铆钉及阻尼条、阻尼环焊接成一个整体形成转子铁芯。
③隐极式转子。这种结构是将整圆的转子冲片直接装在转轴上，其两端有端板和支架来支撑转子线圈，并用环键固定。为了削弱发电机输出的电压波形中出现的齿谐波分量，隐极式转子铁芯槽通常做成斜槽，并且在铁芯齿部冲有阻尼孔，供埋设阻尼绕组，以提高并联运行性能和承受不平衡负载运行及消除振荡的能力。
（3）电机轴。同步发电机的转轴一般用45号钢制作加工而成。在发电机的轴伸端，通过轴上的联轴器与发动机（柴油机）对接。由此可知，它是将机械能变为电能的关键零件之一，必须具有很高的机械强度。
（4）轴承。发电机一般采用两支承式，即在转轴两端装有轴承。根据受力情况，其传动端采用滚柱轴承，非传动端采用滚珠轴承。轴承与转轴是过盈配合，轴承用热套法套入轴承。轴承外圈与端盖（或轴承套）采用过渡配合，并固定在两端盖的轴承室或轴承套内。
（5）交流励磁机的电枢。无刷同步发电机是利用交流励磁机产生的交流电，经旋转整流器整流变为直流电，供交流发电机励磁用。交流励磁机电枢铁芯用硅钢片迭压而成，然后嵌放三相交流绕组，并经绝缘处理形成电枢。
（6）旋转整流器。旋转整流器是与交流励磁机同轴旋转的。发电机旋转整流器一般装在交流励磁机外侧，用螺钉固定在转轴上，便于安装和维修。
旋转整流器电路有三相半波和三相桥式整流电路，为便于安装，减小整流元件之间的连接线，提高发电机运行的可靠性，其整流二极管用正、反烧两种管型，两者正负极正好相反，便于接线。
（7）风扇。发电机运行时将产生各种损耗并以热量散发而出，通常中小型发电机在转轴上装有风扇进行冷却。为了提高通风效率，采用后倾式离心风扇，一般装在前端盖内。对专配的柴油发电机组也有装在前端盖外的，风扇装在轴伸的半联轴器上。这样在发电机运行过程中，冷空气由后端盖和机座两侧进入发电机内部，吸收电枢绕组、磁极绕组、定子与转子铁芯等的热量，然后通过前端盖盖板上的窗孔将热风排出机外，以保证发电机的温升控制在允许范围内。
3.2.4 同步发电机的额定值
同步发电机在出厂前经过严格的技术检查鉴定后，在发电机定子外壳明显位置上钉有一块铭牌，铭牌上规定了发电机的主要技术数据和运行方式。这些数据就是同步发电机的额定值，在使用中应严格遵守
（1）额定功率PN——在额定运行时（额定频率、电压、电流、功率因数），发电机所能发出的最大有功功率。单位为千瓦（kW）。
（2）额定容量SN，单位为千瓦（kW）。
（3）额定电压UN——在额定运行条件下，电机定子绕组三相线电压值，单位为伏（V），千伏（kV）
（4）额定电流IN——是指发电机在额定运行时，流过定子绕组的电流，单位为安（A）。在此值运行，线圈的温升不会超过允许的范围。
（5）功率因数——在额定运行情况下，发电机的有功功率和额定容量的比值，即额定运行时发电机每相定子电压与电流之间的相角的余弦值
cosΨN=PN/SN（3-6）
一般电机的cosΨN=0.8.
（6）额定频率fN——在额定运行情况下，交流电的频率。我国规定使用的交流电的频率为50Hz。
（7）额定转速nN——在额定运行时每分种的转数，单位为r/min。
（8）相数——即发电机的相绕组数，常用的是三相交流绕组。
根据上面的定义，对三相发电机来说，额定容量、额定电压、额定电流和额定功率之间有下关系
PN=SN cosΨN=n UNIN cosΨN（3-7）
此外，铭牌上还有其他运行数据，例如额定负载时的温升（QN）、额定励磁电流（IN）、额定励磁电压（UfN）等。
