發(fā)電機英文名稱:Generators,最早產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命時期,是在1866年由德國工程師西門子制成,它由水輪機、汽輪機、柴油機或其它動力機械驅(qū)動,將水流,氣流,燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機能傳給發(fā)電機,再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。電能是現(xiàn)代社會最主要的能源之一。
盡管有各式各樣的發(fā)電機,但其工作原理都是一樣的,基于電磁力定律和電感應(yīng)定律。所以,發(fā)電機構(gòu)造的一般原則是:用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料和導(dǎo)磁構(gòu)成相互進行電磁感應(yīng)的電路和磁路,以產(chǎn)生電磁功率,從而達到能量轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電機的分類可歸納如下:
1、交流發(fā)電機;2、直流發(fā)電機;3、異步發(fā)電機;4、同步發(fā)電機,其中交流發(fā)電機還可分為三相發(fā)電機與單相發(fā)電機。
發(fā)電機發(fā)展歷史
在公元1831年,法拉第將一個封閉電路中的導(dǎo)線通過電磁場,導(dǎo)線轉(zhuǎn)動有電流流過電線,法拉第因此了解到電和磁場之間有某種緊密的關(guān)連,他建造了第一座發(fā)電機原型,其中包括了在磁場中迥轉(zhuǎn)的銅盤,此發(fā)電機產(chǎn)生了電力。在此之前,所有的電皆由靜電機器和電池所產(chǎn)生,而這二者均無法產(chǎn)生巨大力量。但是,法拉第的發(fā)電機終于改變了一切。
1832年,法國人畢克西發(fā)明了手搖式直流發(fā)電機,其原理是通過轉(zhuǎn)動永磁體使磁通發(fā)生變化而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,并把這種電動勢以直流電壓形式輸出
1866年,德國的西門子發(fā)明了自勵式直流發(fā)電機
1869年,比利時的格拉姆制成了環(huán)形電樞,發(fā)明了環(huán)形電樞發(fā)電機。這種發(fā)電機是用水力來轉(zhuǎn)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子的,經(jīng)過反復(fù)改進,于1847年得到了3.2KW的輸出功率
1882年,美國的戈登制造出了輸出功率447KW,高3米,重22噸的兩相式巨型發(fā)電機。 美國的特斯拉在愛迪生公司的時候就決心開發(fā)交流電機,但由于愛迪生堅持只搞直流方式,因此他就把兩相交流發(fā)電機和電動機的專利權(quán)賣給了西屋公司
1896年,特斯拉的兩相交流發(fā)電機在尼亞拉發(fā)電廠開始勞動營運,3750KW,5000V的交流電一直送到40公里外的布法羅市
1889年,西屋公司在俄勒岡州建設(shè)了發(fā)電廠
1892年成功地將15000伏電壓送到了皮茨菲爾德
發(fā)電機的工作原理
發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子、定子、電刷、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子是由定子鐵芯、機座、線包繞組、及固定這些部件的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子磁極、轉(zhuǎn)子鐵芯、滑環(huán)、(又稱銅環(huán).集電環(huán))、轉(zhuǎn)軸及風(fēng)扇等部件組成。發(fā)電機電流的產(chǎn)生是通過軸承、機座及端蓋將發(fā)電機的定子,轉(zhuǎn)子連接組裝起來,使轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn),通過滑環(huán)通入一定勵磁電流,使轉(zhuǎn)子成為一個旋轉(zhuǎn)磁場,定子線圈做切割磁力線的運動,從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢。通過接線端子引出,接在回路中,這樣就產(chǎn)生了電流。由于電刷與轉(zhuǎn)子相連處有斷路處,使轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流,簡稱交流電。
汽輪發(fā)電機是汽輪機配套的發(fā)電機。為了得到較高的效率,汽輪機一般做成高速的,通常為3000轉(zhuǎn)/分(頻率為50Hz)或3600轉(zhuǎn)/分(頻率為60Hz)。核電站中汽輪機轉(zhuǎn)速一般在1500轉(zhuǎn)/分以上。高速汽輪發(fā)電機為了減少因離心力而產(chǎn)生的機械應(yīng)力以及降低風(fēng)摩耗,轉(zhuǎn)子正常采用細長的轉(zhuǎn)子。尤其是在3000轉(zhuǎn)/分以上的大容量高速機組,由于材料強度的關(guān)系,轉(zhuǎn)子直徑受到嚴(yán)格的限制,一般不能超過1.2米。而轉(zhuǎn)子本體的長度又受到臨界速度的限制。當(dāng)本體長度達到直徑的6倍以上時,轉(zhuǎn)子的第二臨界速度將接近于電機的運轉(zhuǎn)速度,運行中可能發(fā)生較大的振動。所以大型高速汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴(yán)格的限制。
發(fā)電機類型
按照能源形態(tài)的不同,可以制成不同的發(fā)電機。利用水利資源和水輪機配合,可以制成水輪發(fā)電機;由于水庫容量和水頭落差高低不同,可以制成容量和轉(zhuǎn)速各異的水輪發(fā)電機。利用煤、石油等資源,和鍋爐,渦輪蒸汽機配合,可以制成汽輪發(fā)電機,這種發(fā)電機多為高速電機(3000rpm)。此外還有利用風(fēng)能、原子能、地?zé)?、潮汐等能量的各類發(fā)電機。
柴油發(fā)電機組
以柴油為燃料的內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機,它起動迅速,操作方便,但內(nèi)燃機發(fā)電成本較高。柴油發(fā)電機組一般是作為應(yīng)急備用電源,或者流動電站和一些大電網(wǎng)還沒有到達的地區(qū)使用。柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速一般在1500轉(zhuǎn)/分,它制造比較簡單。因此,柴油發(fā)電機的結(jié)構(gòu)部件,特別是轉(zhuǎn)軸要有足夠的強度和剛度,以防止這些部件因振動而斷裂。此外,為防止因轉(zhuǎn)矩脈動而引起發(fā)電機旋轉(zhuǎn)角速度不均勻,造成電壓波動,引起燈光閃爍。柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)子也要求有較大的轉(zhuǎn)動慣量,而且應(yīng)使軸系的固有扭振頻率與柴油機的轉(zhuǎn)矩脈動中任一交變分量的頻率相差20%以上,以免發(fā)生共振,造成斷軸事故。