发电机技术

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风力发电机原理

风力发电机原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转速度提升，来促使发电机发电。把风能转变为电能是风能利用中最基本一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机(包括装置)、调向器(尾翼)、塔架、限速安全机构与储能装置等构件组成超低速风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵与逆变器组成系统。转动盘与固定盘构成该系统发电机，逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路与倒相推挽电路。本系统中发电机优点，一是具有超低速建压特点，能在叶片转速低于每分钟100转时正常发电，为弱风地区风力资源开发利用提供了新途径;二是结构简易，铁芯无开槽，也无电枢绕组，易维修，使用寿命长.

风力发电机的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转速度提升，来促使发电机发电。依据目前风车技术，大约是每秒三公尺微风速度(微风程度)，便可以开始发电。

风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成，而是一个有一定科技含量小系统:风力发电机，充电器，数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风方向从而获得最大风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向功能;机头转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出是13,25V变化交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生电能变成化学能。然后用有保护电路逆变电源，把电瓶里化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

通常人们认为，风力发电功率完全由风力发电机功率决定，总想选购大一点风力发电机，而这是不正确。目前风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率大小与电瓶大小有更密切关系。功率大小更主要取决于风量大小，而不仅是机头功率大小。在内陆，小风力发电机会比大更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断小风，会比一时狂风更能供给较大能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大功率出。

使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用标准市电，其节约程度是明显，一个家庭一年用电只需20元电瓶液代价。而现在风力发电机比几年前性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量小系统，并能在一定条件下代替正常市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱路灯;高速公路可用它做夜晚路标灯;山区孩子可以在日光灯下晚自习;城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后山区，风力发电机正在成为人们采购热点。无线电爱好者可用自己技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

风力发电机原理图

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三相同步发电机组成及工作原理

三相同步发电机由原动机拖动直流励磁同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，根据电磁应原理，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出。若认为磁路不饱与，则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应磁通，并在定子绕阻内感因电势。对于极电机，电枢磁势所感应电势可以表示为Ea=-jIaXa. Xa

Xa+Xσ=Xs隐极同步发电机同步电抗。对于凸极电机，因直轴.交轴被称为电枢反应电抗。

处磁阻不同，可将电枢磁势分解成Fad与Faq分别研究。它们所感应电势分别写成Ead=-jIdXad与Eaq=-jIqXaq，式中Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗。Xad+Xσ=Xd.Xaq+Xσ=Xq,Xd与Xq分别为直轴同步电抗与交交轴同步电抗。Xσ为漏磁通引起电抗。同步电抗是决定同步电机性能一个重要参数，通个开路实验与稳态实验就可求取。同步发电机空载特性是一个很重要特性，它直接影响着电机其它特性，通个开路实验还可以发现励磁系统故障。态短路特性与零功率因数特性也都属于同步电机重要特性，与空载特性配合，可以求出同步发电机态参数及确定出补偿电枢励磁电流。

同步发电机外特性曲线用来求取电机运行时重要指标之一及电压调整率。

同步发电机调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时，不改变端电压值.负载电流到多小而不使励磁电流超过规定值。

国家标准"GB1029"对三相同步电机实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机型式实验或检查实验。通过实验可以确定该电机各性能指标。各种电机效率与电压调整率均在部颁标准相应技术条件中有具体规定，将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机质量与性能了。

若求取额定励磁电流与电压变化率，一般用做图法，跟国家标准GB1029介绍，其具体步骤如下:

(1)如图1上绘制开路特性曲线，并沿纵轴额定相电压相量UN.

(2)自原点O作额定电枢电流相量IN，与纵轴成ΦN角(cosΦN为额定功率因数)。(3)从相量UN终端作出电枢绕组电阻压降INRa平行与相量，IN,Ra为基准工作温度时绕组电阻(对大型电机Ra可忽略不计，对小型电机可进可行实际测量)，从INRa终端作一垂直于相量IN保梯电抗压降相

量INXp(Xp保梯电抗压降相量INXp(Xp求法见下(5)，UN与INRa及

与INRa及INXp相量与为相量Ep,Ep与UN夹角δ。

(4)由开路特性确定对应于Ep励磁电流为Ifp在相量终端上与纵

与纵轴成δ+ΦN角做相量Ifa

(5)额定电枢电流时电枢反应励磁电流Ifa与保梯电抗Xp确定:

如右下图上开路特性曲线，并在图上作F点，F点纵坐标为额定电压，横坐标为零功率因数

，特性上对应于于额定电枢电压.额定电枢电流励磁电流通过通过F点作平行于横轴直线CF取CF长度等于三相稳态短特性曲线上对应于额定枢电流励磁电流Ifk，自点C作直线平行于开路特性直线部分于开路特性交于H，自CF作垂线HK交CF于K，线段

HK长度即为额定电枢电流时在保梯电流电抗Xp上压降?Up，则保梯

电抗Xp，可按下式计算。

Xp,?Up,IN

若用标么值绘制开路特性曲线时,则,即可直接得出.线段长度代表对应于时励磁电流.

(6)与向量与即为额定励磁电流。

(7)由开路特性曲线求出对应与开路电压。电压变化率按下式机算

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?U=(U0-UN)/UN*100

注:实验室里为教学实验用同步电机通常是小型。

<一>发电机概述

发电机是将其他形式能源转换成电能机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛用途。

发电机形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律与电磁力定律。因此，其构造一般原则是:用适当导磁与导电材料构成互相进行电磁感应磁路与电路，以产生电磁功率，达到能量转换目。

发电机已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证产品不准出口。

<二>发电机分类可归纳如下:

发电机分:直流发电机与交流发电机

交流发电机分:同步发电机与异步发电机(很少采用)

交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

<三>发电机结构及工作原理

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分其他结构件组成。

转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

柴油发电机工作原理

柴油机驱动发电机运转，将柴油能量转化为电能。

在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后洁净空气与喷油嘴喷射出高压雾化柴油充分混合，在活塞上行挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为'作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上推力经过连杆变成了推动曲轴转动力量，从而带动曲轴旋转。

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将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机旋转带动发电机转子，利用'电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合负载回路就能产生电流。

这里只描述发电机组最基本工作原理。要想得到可使用、稳定电力输出，还需要一系列柴油机与发电机控制、保护器件与回路。详细请进>>>汽油发电机原理

汽油机驱动发电机运转，将汽油能量转化为电能。

在汽油机汽缸内，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行作功。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上推力经过连杆变成了推动曲轴转动力量，从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与汽油机曲轴同轴安装，就可以利用汽油机旋转带动发电机转子，利用'电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合负载回路就能产生电流。

交流发电机结构

一、6管交流发电机结构

交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。

JF132型交流发电机组件图见图2-5a

JF132型交流发电机结构图见图2-5b

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JF132型交流发电机结构图见图2-5c

(一)转子

转子功用是产生旋转磁场。

转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图2-6。

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转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)与磁轭。

集电环由两个彼此绝缘铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组两端相连。

当两集电环通入直流电时(通过电刷)，磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错磁极。当转子转动时，就形成了旋转磁场。

交流发电机磁路为:磁轭?N极?转子与定子之间气隙?定子?定子与转子间气隙?S极?磁轭。见图2-7。

(二)定子

定子功用是产生交流电。

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定子由定子铁心与定子绕组成。见图2-8A

定子铁心由内圈带槽硅钢片叠成，定子绕组导线就嵌放在铁心槽中。

定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形(大功率)接法，都能产生三相交流电。

三相绕组必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120?三相电动势。

1(每个线圈两个有效边之间距离应与一个磁极占据空间距离相等。

2(每相绕组相邻线圈始边之间距离应与一对磁极占据距离相等或成倍数。

3(三相绕组始边应相互间隔2π+120o电角度(一对磁极占有空间为360o电角度)

例:国产JF13系列交流发电机三相绕组绕制见图2-8B

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结构参数如下:磁极对数p 6对

定子槽数z 36槽

定子绕组相数m 3相

每个线圈匝数N 13匝

绕组联结方法Y型联结

在国产JF13系列交流发电机中，一对磁极占6个槽空间位置(每槽60o电角度)，一个磁极占3个槽空间位置，所以每个线圈两条有效边位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线圈始边之间距离6个槽，三相绕组始边相互间隔可以是2个槽，8个槽，14个槽等。

(三)整流器

交流发电机整流器作用是将定子绕组三相交流电变为直流电，

6管交流发电机整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只整流管分别压装(或焊装)在两块板上。

1(汽车用硅整流二极管特点

(1)工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A;

(2)反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V;

(3)只有一根引线见图2-9。并且有二极管引线是正极，有二极管引线是负极，引出线为正极管子叫正极管，引出线为负极管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管与负二极管之分。

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2(整流管安装

将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板;将负极管安装另一块铝制散

热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图2-10。

在正整流板上有一个输出接线柱B(发电机输出端)。

负整流板上直接搭铁。负整流板上一定与壳体相联接。

整流板形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形等见图2-11

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(四)端盖

端盖一般分两部分(前端盖与后端盖)，起固定转子、定子、整流器与电刷组件作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效防止漏磁，二是铝合金散热性能好。

后端盖上装有电刷组件，有电刷、电刷架与电刷弹簧组成。电刷作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。见图2-12

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