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1、1风力发电机原理风力发电机的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，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的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和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、尾舵和逆变器组成的系统。转动盘和固定盘构成该系统的发电机，逆变器包括 50 赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。本系统中的发电机的优点，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的开发利用提供了新途径；二是
2、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的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），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的，而是一个有一定科技含量的小系统：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；
3、尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是 1325V 变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流 220V 市电，才能保证稳定使用。通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的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的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的
4、大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台 200W 风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得 500W 甚至 1000W 乃至更大的功率出。 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的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需 20 元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个 15W 的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术
5、进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，2并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的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、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的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。 风力发电机原理图三相同步发电机的组成及工作原理三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发
6、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。若认为磁路不饱和，则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通，并在定子绕阻 内感因电势。对于 极电机，电枢磁势所感应的电势可以表示为 Ea=-jIaXa. Xa 被称为电枢反应电抗。 Xa+X=Xs 隐极同步发电机的同步电抗。对于凸极电机，因直轴.交轴处磁阻不同，可将电枢磁势分解成 Fad 和 Faq 分别研究。它们所感应的电势分别写成 Ead=-jIdXad 和3Eaq=-jIqXaq，式中 Xad.Xaq 分别是直轴及交轴电枢反应电抗。Xad+X=Xd.Xaq+X=Xq
7、,Xd 和 Xq 分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗。X为漏磁通引起的电抗 。同步电抗是决定同步电机性能的一个重要参数，通个开路实验和稳态实验就可求取。 同步发电机的空载特性是一个很重要的特性，它直接影响着电机的其它特性，通个开路实验还可以发现励磁系统的故障。态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性，和空载特性配合，可以求出同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。 同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率。 同步发电机的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
8、电机的实验方法作了具体规定，适用于普通三相同步发电机的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。各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的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的质量和性能了。 若求取额定励磁电流和电压变化率，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 N 角（cosN 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 为基准工作温度时的
9、绕组电阻（对大型电机的 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 的保梯电抗压降相 量 INXp（Xp 的保梯电抗压降相量 INXp（Xp 的求法见下（5），UN 和 INRa 及 和 INRa 及 INXp 的相量和为相量 Ep,Ep 和 UN 的夹角 。 （4）由开路特性确定的对应于 Ep 的励磁电流为 Ifp 在相量终端上与纵 与纵轴成 +N 角做相量 Ifa （5）额定电枢电流时电枢反应的励磁电流 Ifa 和保梯电抗 Xp 的确定： 如右下图上的开路特性曲线，并在图上作 F 点，F 点的纵坐标为额定电压，横坐标为零功率因数特性上对应于于额定
10、电枢电压.额定电枢电流的励磁电流通过通过 F 点作平行于横轴的直线 CF，取 CF 的长度等于三相稳态短特性曲线上对应于额定枢电流的励磁电流 Ifk，自点 C 作直线平行于开路特性的直线部分于开路特性交于 H，自 CF 作的垂线 HK 交 CF 于 K，线段 HK 的长度即为额定电枢电流时在保梯电流电抗 Xp 上的压降Up，则保梯 电抗 Xp，可按下式计算。 XpUpIN 若用标么值绘制开路特性曲线时,则,即可直接得出.线段的长度代表对应于时的励磁电流. (6)与的向量和即为额定励磁电流。 （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 U=（U0-UN)/UN*100 注：实验
11、室里为教学实验用的同步电机通常是小型的。发电机概述 4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。 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的产品不准出口。 发电机的分类可归纳如下： 发电机分：直流发电机和交流
12、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。 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
13、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。 5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。 详细请进 汽油发电机原理 汽油机驱动发电机运转，将汽油的能量转化为电能
14、。 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。 交流发电机的结构一、6 管交流发电机的结构 15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 2-5aJF132 型交流发电机结构图见图 2-5b JF132 型交流发电机结构图见图 2-5c30（一）转子转子的功用是产生旋转磁场。转
15、子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图 2-6。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)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，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的两端相连。31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的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。交流发电机的磁路为：磁轭N 极转子与定子之间的气隙定子定子与转子间的气隙S 极磁轭。见图 2-7。（二）定子定子的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定
16、子绕组成。见图 2-8A32定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。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。三相绕组的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的三相电动势。1 每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。2 每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。3 三相绕组的始边应相互间隔 2+120o 电角度（一对磁极占有的空间为 360o 电角度）例：国产 JF13 系列交流发电机三相绕组绕制见图 2-8B33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 个槽的空间位置（每槽 60o 电角度），一个磁极占 3 个槽的空间位置，所以每个线圈两条
