各種發電(diàn)機的工作原理
<一> 發電機概述
發電機是將其他形式的(de)能源轉換成電能的機械(xiè)設備,它由水(shuǐ)輪機、汽輪機、柴油機或其他(tā)動力機械驅動,將水流,氣流,燃(rán)料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機,再由發電機轉換為電能。發電機在工農業生產,國防,科(kē)技及日常生活中有廣泛的用途。
發電機的(de)形式很多,但其工作原理都基於電磁感應定律和電磁力定律。因此,其構造(zào)的一般原則是:用適當(dāng)的導磁和導(dǎo)電(diàn)材料構成互(hù)相進行電磁感應的磁路和電路,以產生電磁(cí)功率,達到能量(liàng)轉換的目的。
發電機已實施出口產品(pǐn)質量許可製度,未(wèi)取得出口質量許可證的產品(pǐn)不準出口。
<二>發電機的分類可歸納如下:
發電機分(fèn):直(zhí)流發電(diàn)機和交流發電(diàn)機
交流發電機分:同步發電機(jī)和異步發電機(很少采用)
交流發電機還可分為單相發電機與三相發電機(jī)。
<三>發電機結構及工作原理
發電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及(jí)軸(zhóu)承等(děng)部件構成。
定子由定子鐵芯、線包(bāo)繞組、機座(zuò)以及固(gù)定這些部分的其他結構件組成。
轉子由轉子鐵芯(或(huò)磁極、磁扼)繞組、護環、中心環、滑環、風扇及轉軸等部件組成。
由軸承及端蓋將發電機的(de)定子,轉子連接組裝起來,使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn),做切割磁力線的運動,從而產生感(gǎn)應電勢,通過接線端子引出,接在回路中,便產生了電流(liú)。
柴油發電機工作原理
柴油機驅動發電機運轉,將柴油的能(néng)量轉化為電(diàn)能。
在柴油機(jī)汽缸內,經(jīng)過空氣濾清(qīng)器過濾後的潔淨空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分(fèn)混合,在活塞上(shàng)行的(de)擠壓下,體積縮小,溫(wēn)度迅(xùn)速升高(gāo),達到柴油的燃點。柴油被點燃,混合氣體(tǐ)劇烈燃燒,體積迅速膨脹,推動活塞下行,稱為‘作功’。各汽缸按(àn)一定順序依次作功,作用在活塞上的推力經過連杆變成了推動(dòng)曲軸轉動的力量,從而帶動曲軸旋轉。
將無刷同步交流發電機與柴油機曲軸同軸安裝(zhuāng),就可以利用柴油機的旋轉帶動發電機的轉子,利用‘電(diàn)磁感應’原理,發電機就會輸出感應電動勢,經閉合(hé)的負載回路就(jiù)能產生電流。
這裏隻描述發電機組(zǔ)最基本的工作原理。要想得(dé)到可使用的、穩定的電力輸(shū)出,還需要一(yī)係列的柴油機和發(fā)電機控製、保護器件和回路(lù)。
汽油機驅動發(fā)電機運轉,將汽油的能量轉(zhuǎn)化為電能。
在(zài)汽油機汽缸內,混合氣體劇烈燃燒,體積迅速膨脹,推(tuī)動活塞下行作功。各汽缸按一定順序依次作功,作用在活塞上的(de)推力經過連杆變(biàn)成了推動曲(qǔ)軸轉動的力量,從而帶動曲(qǔ)軸旋轉(zhuǎn)。將無(wú)刷同(tóng)步交流發電機與汽油機曲(qǔ)軸(zhóu)同(tóng)軸安裝,就可以利用汽油機的旋(xuán)轉帶動發(fā)電機的轉子,利用‘電磁感應’原理,發電機就會輸出感應電動勢(shì),經閉合的負載回路就能產生電流。
· 主(zhǔ)磁場的建立:勵(lì)磁繞組通以直流勵磁電流,建(jiàn)立極性相間的勵磁磁場,即建立起主磁場。
· 載流導體:三相對稱的電樞繞(rào)組充當功率繞組,成為感應電勢或者感應(yīng)電流的載(zǎi)體。
· 切割運動:原動機拖動轉子旋轉(給(gěi)電機輸入機械能),極性相間的勵磁(cí)磁場隨軸一起旋轉並順次切割定子各相繞組(相當於繞組的導體反(fǎn)向(xiàng)切割勵磁(cí)磁場)。
· 交變電勢的產生(shēng):由於電樞繞組與主(zhǔ)磁場之間的相對切割運動,電樞繞組中將會感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過(guò)引出線,即可提供交流電(diàn)源。
直流發電機(jī)的工作原理
直流發電機的工作原理就是(shì)把電樞線圈中感(gǎn)應產生的交變電動勢,靠換向(xiàng)器(qì)配合電刷的換向作(zuò)用,使之從電刷端(duān)引出時變為直流電動勢的原理。
電刷上不加直流電壓,用原動機拖動電樞使之(zhī)逆時針方向恒速轉動,線圈兩邊就分別切割不(bú)同極性磁極下的磁(cí)力線,而在其中感應產生電動(dòng)勢,電動勢方向按右手定則確定。這種電磁情況表示在圖上。由(yóu)於電樞連續地旋轉(zhuǎn),,因此,必須使載(zǎi)流導體在磁場中所受到線圈邊ab和cd交替地切(qiē)割N極和S極下的磁力線,雖然每個線圈邊和整個(gè)線圈中的感應電動勢的方向是交變的.線(xiàn)圈(quān)內的感應(yīng)電動(dòng)勢是一(yī)種交變電動勢,而(ér)在電刷A,B端的電動勢卻為直流電動(dòng)勢(說得確切一些,是(shì)一種方向不(bú)變的脈振電動勢)。因為,電樞(shū)在轉動過程中,無論電樞轉到什麽位置,由於換向器配合電(diàn)刷的換向作(zuò)用,電刷A通過換向片所引出的電動勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動(dòng)勢,因此,電刷A始終有正極性。同樣道理,電(diàn)刷B始終有負(fù)極性(xìng),所以電刷端能引出方向不變的但大小變(biàn)化的脈振(zhèn)電(diàn)動勢。如每極下的線圈數增多,可使脈振程(chéng)度減小,就可獲得直流電動勢。這就是直流發電機的工作原理(lǐ)。同時(shí)也說明子直流發電機實(shí)質上是帶有換向器的交流發電機。
從(cóng)基本電(diàn)磁情況來看,一台直流電機原則上既可工作為電(diàn)動機運行,也可以作為發電機運行,隻是約束的條件不同而已。在直流電機的兩電刷(shuā)端上,加(jiā)上直流(liú)電壓,將電能輸入電樞,機械能(néng)從電機軸上輸出,拖動生產機械,將電能轉換成機械能(néng)而成為(wéi)電動機,如用原動機拖動直流電(diàn)機的電樞,而電刷上不加(jiā)直流(liú)電壓,則電刷端可以引出直流電動勢作為直(zhí)流電源,可(kě)輸出電能,電機將機械能轉換成電能而成為發電(diàn)機。同(tóng)一台電機,能作電動機或(huò)作發電機運行的這種(zhǒng)原理.在電機理論中稱為可逆原理。
汽輪發電機(jī)原理(lǐ)
蒸汽機利用高溫高壓的蒸汽膨脹做功,通過連杆、曲(qǔ)柄將活塞的往複運動轉變為主軸的(de)旋轉運動,帶動發電機發電。
蒸汽輪機是用蒸汽來推動(dòng)輪機轉動的,它運轉的基本原理和常見的風車相似,蒸汽輪機是(shì)由一個(gè)中央很(hěn)厚的鋼盤及鋼盤外沿有很多密排的(de)葉片組成的主體結構。從鍋爐裏出來的高(gāo)壓過熱蒸汽從噴嘴噴到葉片上時,輪機就轉動(dòng)起來,蒸汽速度越大,輪機轉動得越快(也(yě)就是蒸汽的內能在噴射中(zhōng)變成蒸汽的動能,它的動能又轉變為機軸(zhóu)旋轉(zhuǎn)的機械能)。
水輪發電(diàn)機的安裝結構形式通常由水輪機的型式確(què)定。主要有以下幾種型(xíng)式:
1)臥式結構(gòu) 臥式結構的水輪發電(diàn)機通常有衝擊式水輪機驅動。
2)立式結構 國產水輪(lún)發電機組廣泛采用立式結構(gòu)。立式水輪發電機組通(tōng)常(cháng)由混流式或軸流式水輪(lún)機驅動。立式結構又可分為懸式和傘式(shì)。發電(diàn)機推力軸承位於轉子上部的統稱(chēng)為懸式(shì),位於轉子下部的統(tǒng)稱為傘式。
3)貫流式結構 貫流式水輪發電機組由貫流式水輪機驅動。貫流式水輪機(jī)是(shì)一種帶有固定或可調轉輪葉片的軸流式水(shuǐ)輪(lún)機的特殊(shū)型式。它的主要特征是轉輪軸線采取水平或傾斜布置,並與水輪機進水管和出水管(guǎn)水流方向(xiàng)一致。貫(guàn)流(liú)式水輪發電機具有結構緊湊,重量輕的優點,廣泛用於(yú)低水頭的電站中。
新型水冷式(shì)交流發(fā)電機原理和(hé)應用
水冷式交流發電機利用水來代替風扇進行冷卻。交流發電機主要的發熱部位是定(dìng)子,水(shuǐ)冷式交流發電機(jī)重點冷卻部分(fèn)就(jiù)是定子及線圈繞組。發電機的前端蓋和後端蓋用鋁材製(zhì)造,開有水道槽(cáo)。定(dìng)子(zǐ)及(jí)線圈繞(rào)組用合成樹脂固定密封,定子與轉子之間有鋁質圍板與水道隔離。水(shuǐ)道與進(jìn)水管和出水管連通,進水管和出水管分別與發動機冷卻水係統連通。
這樣,當發動機運轉時,冷卻水在發動機水泵的帶動下循環流動,通(tōng)過發電機(jī)殼體,可以有效地冷卻定子(zǐ)線圈繞組、定子(zǐ)鐵芯(xīn),同時也冷卻轉子、內藏式調節器和軸承等其它發熱零部件。
水冷(lěng)式交流發電機與風冷式交流(liú)發(fā)電機(jī)相比,內部構造複雜了(le),防漏密封要求提高了,成本也會增加。同(tóng)時因聯接水管的問(wèn)題(tí),安裝布(bù)置也受到(dào)諸(zhū)多(duō)限製,自由(yóu)度減少了(le)。但是,水冷式交流發電機的發(fā)電及低噪聲性(xìng)能,是風冷式交流發(fā)電機無法比擬的。
首先,水冷式交流發電機具(jù)有良好的低速充電特性。我們(men)知道,在交流發電機的電流特(tè)性曲(qǔ)線上(shàng)有一個“拐點”,即超過所謂“0安(ān)培速度”之後才會有(yǒu)電(diàn)流產(chǎn)生,電流上升(shēng)到(dào)一定程度才能充電。在哪(nǎ)個轉速以上才出現“拐點”和達(dá)到可充電電流與勵磁電流的大小相關(guān)。
由於水冷式交流(liú)發電機大幅度抑製了定子、轉子及調節器的溫升,可以相應提高勵磁電流,勵磁電流越大輸出電壓也越高,因此當(dāng)水冷式交流(liú)發電機低速轉動時也會有良好的充電表(biǎo)現,這種低速(sù)充電性能對城市用車的正(zhèng)常使用相當重要。
第二,水冷式交流發電機具有低噪聲。由於省略了風扇,所以不存在發電機風扇發出的噪聲。據介紹在3500轉/分時,水(shuǐ)冷式交流發電機(jī)與風冷式交流發電機相比,噪聲要低15分貝。
水冷式(shì)交(jiāo)流發電機的優點被看好,認為是汽車發(fā)電機的(de)發展方向。有(yǒu)人認為在12伏特汽車中,2500瓦以下適宜用風冷式交流發電機,2500瓦以上或者(zhě)42伏特電係適宜用水冷式交流發電機。
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