發(fā)電機百科全書

發(fā)電機   electrical generator

    將機械能轉(zhuǎn)變成電能的電機。通常由汽輪機、水輪機或內(nèi)燃機驅(qū)動。小型發(fā)電機也有用風(fēng)車或其他機械經(jīng)齒輪或皮帶驅(qū)動的。

　發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機兩大類。后者又可分為同步發(fā)電機和異步發(fā)電機兩種。現(xiàn)代發(fā)電站中很常用的是同步發(fā)電機。這種發(fā)電機的特點是由直流電流勵磁,既能提供有功功率，也能提供無功功率,可滿足各種負(fù)載的需要。異步發(fā)電機由于沒有獨立的勵磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是不能向負(fù)載提供無功功率，而且還需要從所接電網(wǎng)中汲取滯后的磁化電流。因此異步發(fā)電機運行時必須與其他同步電機并聯(lián)，或者并接相當(dāng)數(shù)量的電容器。這限制了異步發(fā)電機的應(yīng)用范圍，只能較多地應(yīng)用于小型自動化水電站。城市電車、電解、電化學(xué)等行業(yè)所用的直流電源，在20世紀(jì)50年代以前多采用直流發(fā)電機。但是直流發(fā)電機有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費時，價格較貴，且易出故障，維護(hù)困難，效率也不如交流發(fā)電機。故大功率可控整流器問世以來，有利用交流電源經(jīng)半導(dǎo)體整流獲得直流電以取代直流發(fā)電機的趨勢。

　同步發(fā)電機按所用原動機的不同分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機 3種。它們結(jié)構(gòu)上的共同點是除了小型電機有用永久磁鐵產(chǎn)生磁場以外，一般的磁場都是由通直流電的勵磁線圈產(chǎn)生，而且勵磁線圈放在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組放在定子上。因為勵磁線圈的電壓較低，功率較小，又只有兩個出線頭，容易通過滑環(huán)引出；而電樞繞組電壓較高,功率又大，多用三相繞組,有3個或4個引出頭，放在定子上比較方便。發(fā)電機的電樞(定子)鐵心用硅鋼片疊成，以減少鐵耗。轉(zhuǎn)子鐵心由于通過的磁通不變，可以用整體的鋼塊制成。在大型電機中，由于轉(zhuǎn)子承受著強大的離心力，制造轉(zhuǎn)子的材料必須選用優(yōu)質(zhì)鋼材。

　汽輪發(fā)電機　與汽輪機配套的發(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50赫）或3600轉(zhuǎn)／分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機轉(zhuǎn)速較低,但也在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)子直徑一般做得比較小，長度比較大，即采用細(xì)長的轉(zhuǎn)子。特別是在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(dá)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。10萬千瓦左右的空冷電機其轉(zhuǎn)子尺寸已達(dá)到上述的極限尺寸,要再增大電機容量,只有靠增加電機的電磁負(fù)荷來實現(xiàn)。為此必須加強電機的冷卻。所以 5～10萬千瓦以上的汽輪發(fā)電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。70年代以來，汽輪發(fā)電機的很大容量已達(dá)到130～150萬千瓦。從1986年以來，在高臨界溫度超導(dǎo)電材料研究方面取得了重大突破。超導(dǎo)技術(shù)可望在汽輪發(fā)電機中得到應(yīng)用，這將在汽輪發(fā)電機發(fā)展史上產(chǎn)生一個新的飛躍。

　水輪發(fā)電機　由水輪機驅(qū)動的發(fā)電機。由于水電站自然條件的不同，水輪發(fā)電機組的容量和轉(zhuǎn)速的變化范圍很大。通常小型水輪發(fā)電機和沖擊式水輪機驅(qū)動的高速水輪發(fā)電機多采用臥式結(jié)構(gòu)，而大、中型代速發(fā)電機多采用立式結(jié)構(gòu)。由于水電站多數(shù)處在遠(yuǎn)離城市的地方，通常需要經(jīng)過較長輸電線路向負(fù)載供電，因此，電力系統(tǒng)對水輪發(fā)電機的運行穩(wěn)定性提出了較高的要求：電機參數(shù)需要仔細(xì)選擇；對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量要求較大。所以，水輪發(fā)電機的外型與汽輪發(fā)電機不同，它的轉(zhuǎn)子直徑大而長度短。水輪發(fā)電機組起動、并網(wǎng)所需時間較短,運行調(diào)度靈活,它除了一般發(fā)電以外，特別適宜于作為調(diào)峰機組和事故備用機組。水輪發(fā)電機組的很大容量已達(dá)70萬千瓦。

　柴油發(fā)電機　由內(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，所以柴油發(fā)電機組主要用作應(yīng)急備用電源，或在流動電站和一些大電網(wǎng)還沒有到達(dá)的地區(qū)使用柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速通常在1000轉(zhuǎn)/分以下,容量在幾千瓦到幾千千瓦之間，尤以200千瓦以下的機組應(yīng)用較多。它制造比較簡單。柴油機軸上輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性脈動，所以發(fā)電機是在劇烈振動的條件下工作。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。

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