自动发电机

一、圆盘发电机简介

　　圆盘发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所中转动的不是线圈，自动发电机，而是一个紫铜做的圆盘。圆心处固定一个摇柄（图1），圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；紫铜圆盘放置在蹄形磁铁的磁场中。当法拉第转动摇柄，使紫铜圆盘旋转起来时，电流表的指针偏向一边，这说明电路中产生了持续的电流。

图一：圆盘发电机原理

　　二、圆盘发电机的电生

　　我们可以把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的，在转动圆盘时，每根辐条都做切割磁力线的运动。如图9－4所示，当辐条转到OA位置时，辐条和外电路中的电流表恰好构成闭合电路，电路中便有电生了。随着圆盘的不断旋转，总有某根辐条到达OA位置，因此外电路中便有了持续不断的电流。

图2：圆盘发电机电生

　　三、圆盘发电机发明者：法拉第

　　迈克尔·法拉第（MichaelFaraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家，也是的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。仅上过小学。1831年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。1815年5月回到皇家研究所在戴维指导下进行化学研究。1824年1月当选皇家学会会员，1825年2月任皇家研究所实验室主任，1833----1862任皇家研究所化学。1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。

　　四、圆盘发电机为什么不能普及？

　　我们对比下两种方式就可以知道答案。

圆盘发电图

　　线圈发电图

　　从上图可以看出，线圈方式能够更大限度利用线圈进行发电，整个线圈一直在做切割磁感线运动。而圆盘很大一步在外面没有做切割磁感线运动，这样就浪费了很大一部分的机械能，发电的效率大打折扣。另外圆盘和线圈相比也存在材质很难分布均匀，导致电阻增大，将会产生比线圈更多的热量，浪费机械能。后圆盘和线圈在实际运用中，线圈能够更好的利用机械能，他的运动方向很好控制。圆盘则不行。所以，鉴于这些原因，圆盘方式没有得到普及。

采用电力电子技术的风力发电设备正在世界各地逐步被采用，特别是在亚洲一些国家和美国，海上风力发电正扮演着越来越重要的角色。但是，如果发电系统没有适当匹配的组件，也提高不了发电效率。SKiiP?智能功率模块为风力发电机组而进行了优化。对于组件和应用来说就是:更大的电流、并联运行以及更有效的冷却。

　　全球已装机的具有电子控制系统的风力发电机组中，大约有80%采用用逆变器控制转子电流的双馈异步电机。这种电机的主要优点是:只被设计为风力发电单元额定输出功率的20%，因为80%的功率在定子绕组中产生，定子直接连接到电网。缺陷是滑环接触和间接控制(系统)维护费用高。在电网受到干扰时，需要非常大的转子电流在恶劣的环境下保持电网稳定。

　　可再生能源是常规能源的补充，事实上也正试图取代常规能源，其主要原因是技术的进步。特别是在对能源需求很迫切的国家，近年来出现了35km2大小的风力发电场。为了保证电网的稳定性，在电网电压骤降的情况下对于无功电源和电网稳定性的要求也变得越来越严格。基于这个原因，当安装新的风力发电机组时，越来越多地使用带有全功率转换器的同步或异步发电机，因为它们在电网停电时可以支撑电网。该转换器直接可控，提供与50或60Hz电网频率好的同步，既可以补偿谐波无功功率，又可以产生无功补偿。此外，同步发电机可配有许多极(>50)，使驱动器部分的齿轮显得多余。过去，这些齿轮是常见的故障原因。

　　在各种电源系统所用的逆变器中，考虑到经济因素以及为了实现好的效率，经常使用额定电压为690V的逆变器。在通常情况下由阻断电压为1700V的IGBT组成的功率转换器用于与20kV电网进行功率调整的变压器。很少使用更为昂贵的3.3kV模块，因为系统需要变压器，从而使得整个解决方案过于昂贵。

原理

　　利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。同步发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。

　　转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。发电机可发出有功功率和无功功率。所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。

　　发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数(力率)，发电机的额定功率因数一般为0.85。

　　供给发电机转子直流建立转子励磁的系统称为发电机励磁系统。大型发电机励磁方式分为：

　　1、自并激励磁系统。它励励磁是由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。

　　2、它励励磁系统；自并激励磁是将来自发电机机端的交流电经变压器，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。

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