发电机 - 简介

　　将机械能转变成电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。小型发电机也有用风车或其他机械经齿轮或皮带驱动的。电能是现代社会最主要的能源之一。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。[1]

　　发电机 - 分类

　　发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁,既能提供有功功率，也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机由于没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但是不能向负载提供无功功率，而且还需要从所接电网中汲取滞后的磁化电流。因此异步发电机运行时必须与其他同步电机并联，或者并接相当数量的电容器。这限制了异步发电机的应用范围，只能较多地应用于小型自动化水电站。城市电车、电解、电化学等行业所用的直流电源，在20世纪50年代以前多采用直流发电机。但是直流发电机有换向器，结构复杂，制造费时，价格较贵，且易出故障，维护困难，效率也不如交流发电机。故大功率可控整流器问世以来，有利用交流电源经半导体整流获得直流电以取代直流发电机的趋势。

　　同步发电机按所用原动机的不同分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、风力发电机4种。它们结构上的共同点是除了小型电机有用永久磁铁产生磁场以外，一般的磁场都是由通直流电的励磁线圈产生，而且励磁线圈放在转子上，电枢绕组放在定子上。因为励磁线圈的电压较低，功率较小，又只有两个出线头，容易通过滑环引出;而电枢绕组电压较高,功率又大，多用三相绕组,有3个或4个引出头，放在定子上比较方便。发电机的电枢(定子)铁心用硅钢片叠成，以减少铁耗。转子铁心由于通过的磁通不变，可以用整体的钢块制成。在大型电机中，由于转子承受着强大的离心力，制造转子的材料必须选用优质钢材。

　　发电机 - 形式

　　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：英泰集团有限公司北京销售分公司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。

　　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。电能是现代社会最主要的能源之一。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 - 分类

　　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3000转/分(频率为50赫)或3600转/分(频率为60赫)。核电站中汽轮机转速较低,但也在1500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3000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 1.2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6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。10万千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 5～10万千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。70年代以来，汽轮发电机的最大容量已达到130～150万千瓦。从1986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跃。

　　水轮发电机

　　由水轮机驱动的发电机。由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大。通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构(见图)。由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求：电机参数需要仔细选择;对转子的转动惯量要求较大。所以，水轮发电机的外型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。水轮发电机组起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已达70万千瓦。

　　柴油发电机

　　由内燃机驱动的发电机。它起动迅速，操作方便。但内燃机发电成本较高，所以柴油发电机组主要用作应急备用电源，或在流动电站和一些大电网还没有到达的地区使用。柴油发电机转速通常在1000转/分以下,容量在几千瓦到几千千瓦之间，尤以200千瓦以下的机组应用较多。它制造比较简单。柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，所以发电机是在剧烈振动的条件下工作。因此,柴油发电机的结构部件,特别是转轴要有足够的强度和刚度，以防止这些部件因振动而断裂。此外，为防止因转矩脉动而引起发电机旋转角速度不均匀，造成电压波动,引起灯光闪烁,柴油发电机的转子也要求有较大的转动惯量，而且应使轴系的固有扭振频率与柴油机的转矩脉动中任一交变分量的频率相差20%以上，以免发生共振，造成断轴事故。

　　风力发电机

　　是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。

　　许多世纪以来，风力发电机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。

　　70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。

　　机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型 。

　　发电机 - 汽车发电机

　　隋着汽车技术的进步，汽车的用电量越来越高。20年前，中级轿车的发电机输出功率一般只有500瓦左右，现在一般中级轿车发电机都在1000瓦左右。发电机功率的增加是随着车上用电设备增加而增加的。现在汽车上的发电机都是风冷式发电机，由皮带轮后的风扇吹风进入机壳进行冷却。在现有风冷式发电机构造的限制下，功率的增加必然会导致发电机体积的加大。[2]

　　发电机的功用

　　发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时(怠速以上)，向所有用电设备(起动机除外)供电，同时向蓄电池充电。

　　发电机的分类

　　汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机，交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类：

　　1.按结总体结构分五类

　　(1)普通交流发电机(使用时需要配装电压调节器的发电机) 例JF132 (EQ140用)

　　(2)整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体的发电机) 例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机(包括CS—121、CS—130和CS—144三种不同的型号)

　　(3)带泵交流发电机(和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机) 例JFZB292发电机。

　　(4)无刷交流发电机(不需要电刷的发电机) 例JFW1913

　　(5)永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机)

　　2.按整流器结构分四类

　　(1)六管交流发电机 例JF1522(东风汽车用)

　　(2)八管交流发电机 例JFZ1542(天津夏利汽车用)

　　(3)九管交流发电机 例(日本日立、三凌、马自达汽车用)

　　(4)十一管交流发电机 例JFZ1913Z(奥迪、桑塔纳汽车用)

　　3.按磁场绕组搭铁形式两分类

　　(1)内搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端(负极)直接搭铁(和壳体相联)

　　(2)外搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端(负极)接入调节器，通过调节器后再搭铁。

　　如：英泰集团有限公司北京销售分公司

　　交流发电机的型号

　　根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机型号组成如下：

　　1. 产品代号

　　产品代号用中文字母表示，例：JF——普通交流发电机 JFZ——整体式(调节器内置)交流发电机 JFB——带泵的交流发电机 JFW——无刷交流发电机

　　2. 电压等级代号

　　电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，例：1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统

　　3. 电流等级代号

　　电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示

　　4. 设计序号

　　设计序号用1～2位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。

　　5. 变形代号

　　交流发电机以调整臂位置作为变形代号，从驱动端看，调整臂在左边用Z表示，调整臂在右端用Y表示，调整臂在中间不加标记。

　　注：进口发电机不符合上述标准。

　　发电机 - 异步发电机

　　又称“感应发电机”。利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机。其转子的转向和旋转磁场的转向相同，但转速略高于旋转磁场的同步转速。常用作小功率水轮发电机。[3]

　　交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机，交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。

　　随着电力系统输电电压的提高,线路的增长, 当线路的传输功率低于自然功率时,线路和电站将出现持续的工频过电压.为改善系统的运行特性, 不少技术先进的国家,在6"世纪A"年代初开始研究异步发电机在大电力系统中的应用问题,并认为大系统采用异步发电机后,可提高系统的稳定性, 可靠性和运行的经济性.

　　异步发电机主要的优缺点

　　1、主要优点笼型转子异步发电机结构简单,牢固,特别适合于高圆周速度电机.无集电环和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制.由于无转子励磁磁场,不需要同期及电压调节装置,电站设备简化.负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮 机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下，在一定转速范围内变速运行.异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和失步问题.并网操作简便。

　　2、主要缺点大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是电网的无功负载.尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临界负荷,将引起电压崩溃.异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电网或静止电容器提供.具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定.虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功,可能是一个缺陷,但当其使用恰当时,可作为电网无功优化的一种手段.并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益.

　　异步发电机与同步发电机在电站中应用的经济性比较

　　1、异步发电机装备的电站由于无需直流励磁系统,同期装置,电站投资费用低.

　　2、由于无集电环,电刷,转子励磁绕组,因此维护及运行费用低

　　3、异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组,因此一般效率高于同容量同转速的同步发电机.相同的水源下,采用异步发电机可多发电.

　　4、异步发电机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容器)受到部分抵消.

　　5、异步发电机所需励磁的大小与电机的额定转速成反比(即与电机的极对数成正比),转速越高,标幺值励磁越低.

　　6、异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小.

　　发电机 - 发展历史

　　1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机，其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势，并把这种电动势以直流电压形式输出。[4]

　　1866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机。

　　1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。这种发电机是用水力来转动发电机转子的，经过反复改进，于1847年得到了3。2KW的输出功率。

　　1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。 美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心开发交流电机，但由于爱迪生坚持只搞直流方式，因此他就把两相交流发电机和电动机的专利权卖给了西屋公司。

　　1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市。

　　1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂，1892年成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德。

　　发电机 - 发电机保养日常保养

　　:

　　①检查发电机的接触环(又称滑环)有无脏污，滑环脏污时应进行清洁。

　　②检查发电机的转子是否与定子相碰。

　　③检查轴承是否缺油和滑油是否脏污。

　　④检查炭刷的长度是否符合要求(炭刷的长度不应短于5毫米)，炭刷过短时应进行更换。

　　⑤测最整流二极管的性能是否正常。

　　⑥检查转子线圈和定子线圈有无损伤和其他故障。