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发电机工作原理.doc

发电机工作原理

一个人的寻找之旅
2017-09-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《发电机工作原理doc》,可适用于综合领域

发电机工作原理发电机是将其他形式的能源转换成电能的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的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的用途。发电机的形式很多但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路以产生电磁功率达到能量转换的目的。<二>发电机的分类可归纳如下:发电机分:直流发电机和交流发电机交流发电机分:同步发电机和异步发电机(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的其他结构件组成。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的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的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的能量转化为电能。在柴油机汽缸内经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合在活塞上行的挤压下体积缩小温度迅速升高达到柴油的燃点。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的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量从而带动曲轴旋转。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的旋转带动发电机的转子利用‘电磁感应’原理发电机就会输出感应电动势经闭合的负载回路就能产生电流。这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。汽油机驱动发电机运转将汽油的能量转化为电能。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的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的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的旋转带动发电机的转子利用‘电磁感应’原理发电机就会输出感应电动势经闭合的负载回路就能产生电流。·主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流建立极性相间的励磁磁场即建立起主磁场。·载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组成为感应电势或者感应电流的载体。·切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。·交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线即可提供交流电源。直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势靠换向器配合电刷的换向作用使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。电刷上不加直流电压用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线而在其中感应产生电动势电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转因此必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的.线圈内的感应电动势是一种交变电动势而在电刷AB端的电动势却为直流电动势(说得确切一些是一种方向不变的脉振电动势)。因为电枢在转动过程中无论电枢转到什么位置由于换向器配合电刷的换向作用电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势因此电刷A始终有正极性。同样道理电刷B始终有负极性所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多可使脉振程度减小就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。从基本电磁情况来看一台直流电机原则上既可工作为电动机运行也可以作为发电机运行只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上加上直流电压将电能输入电枢机械能从电机轴上输出拖动生产机械将电能转换成机械能而成为电动机如用原动机拖动直流电机的电枢而电刷上不加直流电压则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源可输出电能电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机能作电动机或作发电机运行的这种原理.在电机理论中称为可逆原理。汽轮发电机原理蒸汽机利用高温高压的蒸汽膨胀做功通过连杆、曲柄将活塞的往复运动转变为主轴的旋转运动带动发电机发电。蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的它运转的基本原理和常见的风车相似蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排的叶片组成的主体结构。从锅炉里出来的高压过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时轮机就转动起来蒸汽速度越大轮机转动得越快(也就是蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能它的动能又转变为机轴旋转的机械能)。水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:)卧式结构卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。)立式结构国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。)贯流式结构贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。风能发电机的原理新型水冷式交流发电机原理和应用水冷式交流发电机利用水来代替风扇进行冷却。交流发电机主要的发热部位是定子水冷式交流发电机重点冷却部分就是定子及线圈绕组。发电机的前端盖和后端盖用铝材制造开有水道槽。定子及线圈绕组用合成树脂固定密封定子与转子之间有铝质围板与水道隔离。水道与进水管和出水管连通进水管和出水管分别与发动机冷却水系统连通。这样当发动机运转时冷却水在发动机水泵的带动下循环流动通过发电机壳体可以有效地冷却定子线圈绕组、定子铁芯同时也冷却转子、内藏式调节器和轴承等其它发热零部件。水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比内部构造复杂了防漏密封要求提高了成本也会增加。同时因联接水管的问题安装布置也受到诸多限制自由度减少了。但是水冷式交流发电机的发电及低噪声性能是风冷式交流发电机无法比拟的。首先水冷式交流发电机具有良好的低速充电特性。我们知道在交流发电机的电流特性曲线上有一个“拐点”即超过所谓“安培速度”之后才会有电流产生电流上升到一定程度才能充电。在哪个转速以上才出现“拐点”和达到可充电电流与励磁电流的大小相关。由于水冷式交流发电机大幅度抑制了定子、转子及调节器的温升可以相应提高励磁电流励磁电流越大输出电压也越高因此当水冷式交流发电机低速转动时也会有良好的充电表现这种低速充电性能对城市用车的正常使用相当重要。第二水冷式交流发电机具有低噪声。由于省略了风扇所以不存在发电机风扇发出的噪声。据介绍在转分时水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比噪声要低分贝。水冷式交流发电机的优点被看好认为是汽车发电机的发展方向。有人认为在伏特汽车中瓦以下适宜用风冷式交流发电机瓦以上或者伏特电系适宜用水冷式交流发电汽轮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的其他结构件组成。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的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的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。 汽轮发电机 与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率汽轮机一般做成高速的通常为转/分(频率为赫)或转/分(频率为赫)。核电站中汽轮机转速较低,但也在转分以上。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗转子直径一般做得比较小长度比较大即采用细长的转子。特别是在转/分以上的大容量高速机组由于材料强度的关系转子直径受到严格的限制一般不能超过米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度运行中可能发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。为此必须加强电机的冷却。所以~万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较好的氢冷或水冷技术。年代以来汽轮发电机的最大容量已达到~万千瓦。从年以来在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。超导技术可望在汽轮发电机中得到应用这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞电磁感应定律励磁机就是一个小功率的直流发电机,一般都为几十伏,励磁电压一般不变,即使变动也很小,而励磁电流的大小由磁场变阻器或自动励磁调节器调节,它的作用是将发出来的直流电供发电机转子磁极饶组励磁电流以产生磁场励磁电流在发电机空载时改变其大小可以改变发电机的端电压,在发电机并网带负荷时改变其大小可以改变发电机的无功功率电磁感应定律:只要穿过回路的磁通量发生变化电路中将产生感应电动势。感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量变化成正比。导体回路中感应电动势e的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比若闭合电路为一个n匝的线圈则又可表示为:式中n为线圈匝数Δ为磁通量变化量单位WbΔt为发生变化所用时间单位为sε为产生的感应电动势单位为V感应电动势的大小计算公式()E=nΔΦΔt(普适公式){法拉第电磁感应定律E:感应电动势(V)n:感应线圈匝数ΔΦΔt:磁通量的变化率}()E=BLV垂(切割磁感线运动)      {L:有效长度(m)}()Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势){Em:感应电动势峰值}()E=BLω(导体一端固定以ω旋转切割)  {ω:角速度(rads)V:速度(ms)}磁通量Φ=BS  {Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m)}感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向:由负极流向正极}*自感电动势E自=nΔΦΔt=LΔIΔt{L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大)ΔI:变化电流∆t:所用时间ΔIΔt:自感电流变化率(变化的快慢)}这个专业学了快三年了对于这个专业有太多的知识需要我们记住了但对于很多人来说可能对这个专业来说还是一片空白不急往下看相信你在进入电厂前应该可以有一个较好升华。 重热现象:前级损失被下级利用,使下级理想焓降在相同压差下比前级无损失时理想焓降略有增大,这种现象就叫做多级汽轮机的重热现象引起机组变工况的因素:电不能大量储存,外界所需的功率时刻在变化锅炉燃烧不稳定,使进入汽轮机的蒸汽参数发生变化凝汽设界工况变化,使凝汽器压力变化其它因素影响,如电网频率变化,汽轮机通流部分结垢等一次调频:对并网运行的机组,当外界负荷变化引起电网频率变动时,各机组的调速系统将根据各自的静态特性,自动增减负荷,以维持电网的周波,这一过程称为一次调频汽轮机变工况时各级焓降的变化(调节级中间级最末级):调节级,在第一阀全开以上的工况,流量增加时压比增大,调节级比焓降减小,反之,流量减小时比焓降增大,而在第一阀全开,第二阀未开时,调节级比焓降达到最大中间级,在工况变动时,各中间级的压力比不变,各中间级的比焓降亦不变最未级,流量增加,压比减小,未级比焓降增加,反之喷管调节的特点及适用场合:各调节阀所通过的最大流量不一定相等有调节级,e<,且t随调节阀开启数目变化而变化部分负荷时,比节流调节效率高工况变化时,调节级汽室温度变化大,负荷适应性差适用于各种类型的汽轮机能平移调节系统静态特性线的装置称为同步器,主要作用有:单机运行时,启动过程中提升机组转速到额定值带负荷运行时可以保证机组在任何稳态负荷下转速维持在额定值并列运行时,用同步器可改变汽轮机功率,并可在各机组间进行负荷重新分配,保持电网频率基本不变,这个过程称为二次调频节流调节的特点及适用场合:无调节级,第一级全周进汽变工况时各级温度变化较小,负荷适应性较好变工况存在节流损失,经济性较差适用于小容量的机组和带基本负荷的大机组级组的临界压力Pzcr是指当级组中任一级处于临界状态时级组的最高背压,级组包含的级数越多,其数值越小,也即临界压力比crg的数值越小弗留格尔公式的应用条件:级组中的级数应不小于~级同一工况下,通过级组各级的流量相同在不同工况下,级组中各级的通流面积应该保持不变弗留格尔公式的实际应用:可用来推算出不同流量下各级级前压力求得各级的压差,比焓降,从而确定相应的功率效率及零部件的受力情况监视汽轮机通流部分是否正常,即在已知流量的条件下,根据运行时各级组前压力是否符合弗留格尔公式,从而判断通流部分面积是否改变调压调节的特点:增加了机组运行的可靠性和对负荷的适应性提高了机组在部分负荷下的经济性高负荷区滑压调节不经济,适用于单元大机组蒸汽在动叶栅中做功后,以c的余速动能离开动叶栅,它是未能在动叶栅中转换为机械功的一部分动能,称它为这一级的余速损失¤hc            调压调节的特点:增加了机组运行的可靠性和对负荷的适应性提高了机组在部分负荷下的经济性高负荷区滑压调节不经济,适用于单元大机组工作喷管所占的弧段长度Zntn与整个圆周长派dn的比值表示部分进汽的程度e在部分进汽的级中,喷管分组布置,可分为工作弧段和非工作弧段,鼓风损失发生在非工作弧段旋转的动叶片每一瞬间都会处于喷管工作弧段或非工作弧段,在非工作弧段,动静轴向间隙中充满了停滞的蒸汽,当动叶片转到非工作弧段时,会像鼓风机一样,将这些停滞的蒸汽从叶轮的一侧鼓到另一侧,这要消耗部分有用功,这部分能量损失为鼓风损失与鼓风损失相反,斥汽损失发生在喷管工作弧段,刚从非工作弧段转到工作弧段的动叶栅内充满了停滞的蒸汽,喷管中流出的蒸汽须首先排斥并加速这些停滞蒸汽,要消耗部分动能,为斥汽损失产生湿汽损失的原因:湿蒸汽在膨胀时,一部分蒸汽凝结成水滴使做功的蒸汽量减少不做的水珠其流速低于蒸汽流速,高速汽流被低速水珠牵制,消耗部分动能造成损失水珠撞击喷管背弧扰乱主流造成损失,撞击动叶背弧阻碍动叶旋转消耗叶轮的有用功湿蒸汽的过冷现象也是造成湿汽损失的原因之一危害:损伤动叶进汽的边缘,特别叶顶背弧处冲蚀最严重减少湿汽损失的方法:采用中间再热循环采用去湿装置采用具有吸水缝的空心喷管提高抗冲蚀能力汽轮机运行时,要克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力,还要带动主油泵,调速器,这都将消耗一部分有用功而造成损失,为机械损失在轴流式汽轮机中,通常是高压蒸汽由一端进入,低压蒸汽由另一端流出,从整体来看,蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压的轴向力,使汽轮机转子存在一个向低压端移动的趋势,这个力就叫转子的轴向推力级组的变工况特性:当变工况前后级组未达临界状态时,级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比变工况前后级组均为临界状态,通过级组的流量与级前压力成正比,与级后参数无关轴向推力的变化规律:新蒸汽温度降低汽轮机发生水冲击时负荷突增时甩负荷时叶片结垢时,轴向推力都增大汽轮发电机基本工作原理基于电磁感应定律第一节汽轮发电机的基本性能指标汽轮发电机基本工作原理基于电磁感应定律。在发电机转子上有励磁绕组定子铁芯内圆有按相序规律对称排列分布的三相定子绕组。当转子励磁绕组中通入直流励磁电流后便产生磁势并建立接近于正弦分布的阶梯形磁场这个磁场的磁通大部分穿过定子、转子之间的气隙与定子绕组相交链称为主磁通或工作磁通另一小部分磁通仅与励磁绕组本身相交链称为励磁绕组的漏磁通。励磁磁场随着转子被原动机驱动旋转而成为旋转磁场其主磁通对定子绕组的导体进行切割在三相定子绕组中产生三相对称的随时间按正弦规律变化的交变电动势即励磁感应电动势其每相有效值为汽轮发电机基本工作原理基于电磁感应定律

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