發電機家族

發電機家族

將機械能轉變成電能的電機。通常由汽輪機、水輪機或內燃機驅動。小型發電機也有用風車或其他機械經齒輪或皮帶驅動的。
發電機分為直流發電機和交流發電機兩大類。后者又可分為同步發電機和異步發電機兩種。現代發電站中最常用的是同步發電機。這種發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,可滿足各種負載的需要。異步發電機由于沒有獨立的勵磁繞組，其結構簡單，操作方便，但是不能向負載提供無功功率，而且還需要從所接電網中汲取滯后的磁化電流。因此異步發電機運行時必須與其他同步電機并聯，或者并接相當數量的電容器。這限制了異步發電機的應用范圍，只能較多地應用于小型自動化水電站。城市電車、電解、電化學等行業所用的直流電源，在20世紀50年代以前多采用直流發電機。但是直流發電機有換向器，結構復雜，制造費時，價格較貴，且易出故障，維護困難，效率也不如交流發電機。故大功率可控整流器問世以來，有利用交流電源經半導體整流獲得直流電以取代直流發電機的趨勢。
同步發電機按所用原動機的不同分為汽輪發電機、水輪發電機和柴油發電機 3種。它們結構上的共同點是除了小型電機有用永久磁鐵產生磁場以外，一般的磁場都是由通直流電的勵磁線圈產生，而且勵磁線圈放在轉子上，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。發電機的電樞(定子)鐵心用硅鋼片疊成，以減少鐵耗。轉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，由于轉子承受著強大的離心力，制造轉子的材料必須選用優質鋼材。
汽輪發電機　與汽輪機配套的發電機。為了得到較高的效率，汽輪機一般做成高速的，通常為 3000轉／分（頻率為50赫）或3600轉／分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機轉速較低,但也在1500轉/分以上。高速汽輪發電機為了減少因離心力而產生的機械應力以及降低風摩耗，轉子直徑一般做得比較小，長度比較大，即采用細長的轉子。特別是在3000轉／分以上的大容量高速機組，由于材料強度的關系，轉子直徑受到嚴格的限制，一般不能超過 1.2米。而轉子本體的長度又受到臨界速度的限制。當本體長度達到直徑的6倍以上時,轉子的第二臨界速度將接近于電機的運轉速度，運行中可能發生較大的振動。所以大型高速汽輪發電機轉子的尺寸受到嚴格的限制。10萬千瓦左右的空冷電機其轉子尺寸已達到上述的極限尺寸,要再增大電機容量,只有靠增加電機的電磁負荷來實現。為此必須加強電機的冷卻。所以 5～10萬千瓦以上的汽輪發電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術。70年代以來，汽輪發電機的最大容量已達到130～150萬千瓦。從1986年以來，在高臨界溫度超導電材料研究方面取得了重大突破。超導技術可望在汽輪發電機中得到應用，這將在汽輪發電機發展史上產生一個新的飛躍。
水輪發電機　由水輪機驅動的發電機。由于水電站自然條件的不同，水輪發電機組的容量和轉速的變化范圍很大。通常小型水輪發電機和沖擊式水輪機驅動的高速水輪發電機多采用臥式結構，而大、中型代速發電機多采用立式結構。由于水電站多數處在遠離城市的地方，通常需要經過較長輸電線路向負載供電，因此，電力系統對水輪發電機的運行穩定性提出了較高的要求：電機參數需要仔細選擇；對轉子的轉動慣量要求較大。所以，水輪發電機的外型與汽輪發電機不同，它的轉子直徑大而長度短。水輪發電機組起動、并網所需時間較短,運行調度靈活,它除了一般發電以外，特別適宜于作為調峰機組和事故備用機組。水輪發電機組的最大容量已達70萬千瓦。
柴油發電機 由內燃機驅動的發電機。它起動迅速，操作方便。但內燃機發電成本較高，所以柴油發電機組主要用作應急備用電源，或在流動電站和一些大電網還沒有到達的地區使用柴油發電機轉速通常在1000轉/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用較多。它制造比較簡單。柴油機軸上輸出的轉矩呈周期性脈動，所以發電機是在劇烈振動的條件下工作。因此,柴油發電機的結構部件,特別是轉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，為防止因轉矩脈動而引起發電機旋轉角速度不均勻，造成電壓波動,引起燈光閃爍,柴油發電機的轉子也要求有較大的轉動慣量，而且應使軸系的固有扭振頻率與柴油機的轉矩脈動中任一交變分量的頻率相差20％以上，以免發生共振，造成斷軸事故。 

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