異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)又稱“感應(yīng)發(fā)電機(jī)”。利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用的一種交流發(fā)電機(jī)。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同,但轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。常用作小功率水輪發(fā)電機(jī)。交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)子方采用交流電壓勵(lì)磁,使其具有靈活的運(yùn)行方式,在解決電站持續(xù)工頻過電壓、變速恒頻發(fā)電、抽水蓄能電站電動(dòng)-發(fā)電機(jī)組的調(diào)速等問題方面有著傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)無法比擬的優(yōu)越性。交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)主要的運(yùn)行方式有以下三種:1) 運(yùn)行于變速恒頻方式;2) 運(yùn)行于無功大范圍調(diào)節(jié)的方式;3) 運(yùn)行于發(fā)電-電動(dòng)方式。隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高,線路的增長(zhǎng),當(dāng)線路的傳輸功率低于自然功率時(shí),線路和電站將出現(xiàn)持續(xù)的工頻過電壓.為改善系統(tǒng)的運(yùn)行特性,不少技術(shù)先進(jìn)的國家,在6世紀(jì)A年代初開始研究異步發(fā)電機(jī)在大電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題,并認(rèn)為大系統(tǒng)采用異步發(fā)電機(jī)后,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,可靠性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性.異步發(fā)電機(jī)由于維護(hù)方便,穩(wěn)定性好,常用作并網(wǎng)運(yùn)行的小功率水輪發(fā)電機(jī)。當(dāng)用原動(dòng)機(jī)將異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子順著磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向拖動(dòng),并使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時(shí),電機(jī)就進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行,并把原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能送至電網(wǎng)。這時(shí)電機(jī)的勵(lì)磁電流取自電網(wǎng)。異步發(fā)電機(jī)也可以并聯(lián)電容,靠本身剩磁自行勵(lì)磁,獨(dú)立發(fā)電(見圖),這時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓與頻率由電容值、原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載大小等因素決定。當(dāng)負(fù)載改變,一般要相應(yīng)地調(diào)節(jié)并聯(lián)的電容值,以維持電壓穩(wěn)定。由于異步電機(jī)并聯(lián)電容時(shí),不需外加勵(lì)磁電源就可獨(dú)立發(fā)電,故在負(fù)荷比較穩(wěn)定的場(chǎng)合,有可取之處。例如可用作農(nóng)村簡(jiǎn)易電站的照明電源或作為備用電源等。[2]測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī),他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號(hào)輸出,并要求輸出的電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速成正比。測(cè)速發(fā)電機(jī)的分類:測(cè)速發(fā)電機(jī)分為直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩大類。直流測(cè)速發(fā)電機(jī):直流測(cè)速發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是一種微型直流發(fā)電機(jī),按定子磁極的勵(lì)磁方式分為電磁式和永磁式。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同。交流測(cè)速發(fā)電機(jī):交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的,也有杯型的,在控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)。空心杯轉(zhuǎn)子異步測(cè)速發(fā)電機(jī)定子上有兩個(gè)在空間上相互差90°電角度的繞組,一為勵(lì)磁繞組,另一為輸出繞組。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差主要有:非線性誤差:由于直軸磁通變化使測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生非線性誤差;剩余電壓:實(shí)際運(yùn)行中,轉(zhuǎn)子靜止時(shí),測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出一個(gè)較小的電壓;相位誤差:由于勵(lì)磁繞組的漏抗、空心杯轉(zhuǎn)子的漏抗使輸出電壓與勵(lì)磁電壓的相位不同。交流同步測(cè)速發(fā)電機(jī)分為:永磁式、感應(yīng)式和脈沖式。柴油發(fā)電機(jī)柴油發(fā)電機(jī)組是一種獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備,系指以柴油等為燃料,以柴油機(jī)為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動(dòng)和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成。整體可以固定在基礎(chǔ)上,定位使用,亦可裝在拖車上,供移動(dòng)使用。 柴油發(fā)電機(jī)組屬非連續(xù)運(yùn)行發(fā)電設(shè)備,若連續(xù)運(yùn)行超過12h,其輸出功率將低于額定功率約90%。
水力發(fā)電機(jī)水利發(fā)電機(jī)是將水的動(dòng)能和重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械(如:中國的三峽)。在發(fā)電這一塊最好的要數(shù)核能發(fā)電,不過相對(duì)核能污染較大。所以中國廣泛還是用煤炭發(fā)電。中國煤炭資源吃緊,煤炭?jī)r(jià)格一直在漲,這也是為什么會(huì)有電荒的出現(xiàn)的主要原因。同步發(fā)電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。是一種最常用的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中,它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機(jī)發(fā)電。由于同步發(fā)電機(jī)一般采用直流勵(lì)磁,當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí),通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。若并入電網(wǎng)運(yùn)行,因電壓由電網(wǎng)決定,不能改變,此時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機(jī)的功率因數(shù)和無功功率。同步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同,一般采用三相形式,只在某些小型同步發(fā)電機(jī)中電樞繞組采用單相。發(fā)電機(jī)的種類高速同步發(fā)電機(jī):因大多數(shù)發(fā)電機(jī)與原動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)動(dòng),火電廠都用高速汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī),所以汽輪發(fā)電機(jī)通常用高轉(zhuǎn)速的2極電機(jī),其轉(zhuǎn)速達(dá)3000轉(zhuǎn)/分(在電網(wǎng)頻率為60赫時(shí),為3600轉(zhuǎn)/分)。核電站多用4極電機(jī),轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分(當(dāng)電網(wǎng)頻率為60赫時(shí),為1800轉(zhuǎn)/分)。為適應(yīng)高速、高功率要求,高速同步發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上一是采用隱極式轉(zhuǎn)子,二是設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)。隱極式轉(zhuǎn)子:外表呈圓柱形,在圓柱表面開槽以安放直流勵(lì)磁繞組,并用金屬槽楔固緊,使電機(jī)具有均勻的氣隙。由于高速旋轉(zhuǎn)時(shí)巨大的離心力,要求轉(zhuǎn)子有很高的機(jī)械強(qiáng)度。隱極式轉(zhuǎn)子一般由高強(qiáng)度合金鋼整塊鍛成,槽形一般為開口形,以便安裝勵(lì)磁繞組。在每一個(gè)極距內(nèi)約有1/3部分不開槽,形成大齒;其余部分的齒較窄,稱做小齒。大齒中心即為轉(zhuǎn)子磁極的中心。有時(shí)大齒也開一些較小的通風(fēng)槽,但不嵌放繞組;有時(shí)還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風(fēng)槽。隱極式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子本體軸向兩端還裝有金屬的護(hù)環(huán)和中心環(huán)。護(hù)環(huán)是由高強(qiáng)度合金制成的厚壁圓筒,用以保護(hù)勵(lì)磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出;中心環(huán)用以防止繞組端部的軸向移動(dòng),并支撐護(hù)環(huán)。此外,為了把勵(lì)磁電流通入勵(lì)磁繞組,在電機(jī)軸上還裝有集電環(huán)和電刷。冷卻系統(tǒng):由于電機(jī)中能量損耗和電機(jī)的體積成正比,它的量級(jí)與電機(jī)線度量級(jí)的三次方成比例,而電機(jī)散熱面的量級(jí)只是電機(jī)線度量級(jí)的二次方。因此,當(dāng)電機(jī)尺寸增大時(shí)(受材料限制,增大電機(jī)容量就得加大其尺寸),電機(jī)每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會(huì)增加,電機(jī)的溫升將會(huì)提高。在高速汽輪發(fā)電機(jī)中,離心力將使轉(zhuǎn)子表面和轉(zhuǎn)子中心孔表面產(chǎn)生巨大的切向應(yīng)力,轉(zhuǎn)子直徑越大,這種應(yīng)力也越大。因此,在鍛件材料允許的應(yīng)力極限范圍內(nèi),2極汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子本體直徑不能超過1250毫米。大型汽輪發(fā)電機(jī)要增大單機(jī)容量,只有靠增加轉(zhuǎn)子本體的長(zhǎng)度(即用細(xì)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子)和提高電磁負(fù)荷來解決。轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度可達(dá)8米,已接近極限。要繼續(xù)提高單機(jī)容量,只能是提高電機(jī)的電磁負(fù)荷。這使大型汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)熱和冷卻問題變得特別突出。對(duì)于50000千瓦以下的汽輪發(fā)電機(jī),多采用閉路空氣冷卻系統(tǒng),用電機(jī)內(nèi)的風(fēng)扇吹拂發(fā)熱部件降溫。對(duì)于容量為5~60萬千瓦的發(fā)電機(jī),廣泛使用氫冷。氫氣(純度99%)的散熱性能比空氣好,用它來取代空氣不僅散熱效果好,而且可使電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗大為降低,從而能顯著提高發(fā)電機(jī)的效率。但是,采用氫冷必須有防爆和防漏措施,這使電機(jī)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,也增加了電極材料的消耗和成本。此外,還可采用液體介質(zhì)冷卻,例如水的相對(duì)冷卻能力為空氣的50倍,帶走同樣的熱量,所需水的流量比空氣小得多。因此,在線圈里采用一部分空心導(dǎo)線,導(dǎo)線中通水冷卻,就可以大大降低電機(jī)溫升,延緩絕緣老化,增長(zhǎng)電機(jī)壽命。
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