發(fā)電機(jī)組的工作原理及結(jié)構(gòu)
發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。
由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。汽輪發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)配套的發(fā)電機(jī)。為了得到較高的效率，汽輪機(jī)一般做成高速的，通常為1500轉(zhuǎn)/分(頻率為50赫）或1800轉(zhuǎn)分（頻率為60赫)。核電站中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速較低，但也在1500轉(zhuǎn)1分以上。高速汽輪發(fā)電機(jī)為了減少因離心力而產(chǎn)生的機(jī)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(zhǎng)度比較大，即采用細(xì)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子。特別是在3000轉(zhuǎn)分以上的大容量高速機(jī)組，由于材料強(qiáng)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(zhǎng)度又受到臨界速度的限制。當(dāng)本體長(zhǎng)度達(dá)到直徑的6倍以上時(shí),轉(zhuǎn)子的第二臨界速度將接近于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，運(yùn)行中可能發(fā)生較大的振動(dòng)。所以大型高速汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴(yán)格的限制。10萬(wàn)千瓦左右的空冷電機(jī)其轉(zhuǎn)子尺寸已達(dá)到上述的極限尺寸,要再增大電機(jī)容量,只有靠增加電機(jī)的電磁負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)。為此必須加強(qiáng)電機(jī)的冷卻。所以5~10萬(wàn)千瓦以上的汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)的容量已達(dá)到130～150萬(wàn)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(jī)中得到應(yīng)用，這將在汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)展史上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的電機(jī)。通常由汽輪機(jī)、水輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。小型發(fā)電機(jī)也有用風(fēng)車或其他機(jī)械經(jīng)齒輪或皮帶驅(qū)動(dòng)的。
發(fā)電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩大類。后者又可分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)兩種�，F(xiàn)代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是由直流電流勵(lì)磁,既能提供有功功率，也能提供無(wú)功功率，可滿足各種負(fù)載的需要。異步發(fā)電機(jī)由于沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但是不能向負(fù)載提供無(wú)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(jī)運(yùn)行時(shí)必須與其他同步電機(jī)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(jī)的應(yīng)用范圍，只能較多地應(yīng)用于小型自動(dòng)化。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(jī)。但是直流發(fā)電機(jī)有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)時(shí)，價(jià)格較貴，且易出故障，維護(hù)困難，效率也不如交流發(fā)電機(jī)。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(jī)的趨勢(shì)。
同步發(fā)電機(jī)按所用原動(dòng)機(jī)的不同分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)3種。它們結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是除了小型電機(jī)有用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)以外，一般的磁場(chǎng)都是由通直流電的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生，而且勵(lì)磁線圈放在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組放在定子上。因?yàn)閯?lì)磁線圈的電壓較低，功率較小，又只有兩個(gè)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(gè)或4個(gè)引出頭，放在定子上比較方便。發(fā)電機(jī)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(jī)中，由于轉(zhuǎn)子承受著強(qiáng)大的離心力，制造轉(zhuǎn)子的材料必須選用優(yōu)質(zhì)鋼材。
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