發電機的常見種類
風力發電機
作為一種價格低廉運行可靠無溫室氣體排放的新型發電系統
發電機(圖12)
風力發電系統的安裝容量正在以每年超過30%的增長率在世界范圍得到日益廣泛的應用已經形成一個年產值超過五十億美元的全球性產業但是用于邊遠地區獨立供電的小型風力發電系統還需要克服很多技術上的難點才能得以廣泛的應用隨著我國對三農投入力度加大經濟持續快速發展廣大農牧漁民對改善生活環境提高生活質量解決生活用電的迫切要求采用小型風力發電系統為局部負載提供電力不僅可以減少一次性巨額投資還可以免除火力發電系統的溫室氣體排放改善環境和農村地區的能源結構有益于可持續性發展
風力發電機是將風能轉換為機械功并帶動發電機運轉來發電的廣義地說它是一種以太陽為熱源以大氣為工作介質的熱能利用發動機風力發電利用的是自然能源相對柴油發電要好的多但是若應急來用的話還是不如柴油發電機風力發電不可視為備用電源但是卻可以長期利用
運行管理
風力發電機組的控制系統是采用工業微處理器進行控制
發電機(圖13)
一般都由多個CPU并列運行其自身的抗干擾能力強并且通過通信線路與計算機相連可進行遠程控制這大大降低了運行的工作量所以風機的運行工作就是進行遠程故障排除和運行數據統計分析及故障原因分析
遠程故障排除
風機的大部分故障都可以進行遠程復位控制和自動復位控制風機的運行和電網質量好壞是息息相關的為了進行雙向保護風機設置了多重保護故障如電網電壓高低電網頻率高低等這些故障是可自動復位的由于風能的不可控制性所以過風速的極限值也可自動復位還有溫度的限定值也可自動復位如發電機溫度高齒輪箱溫度高低環境溫度低等風機的過負荷故障也是可自動復位的
除了自動復位的故障以外其它可遠程復位控制故障引起的原因有以下幾種
1風機控制器誤報故障
2各檢測傳感器誤動作
3控制器認為風機運行不可靠
運行數據統計分析
對風電場設備在運行中發生的情況進行詳細的統計分析是風電場管理的一項重要內容通過運行數據的統計分析可對運行維護工作進行考核量化也可對風電場的設計風資源的評估設備選型提供有效的理論依據
每個月的發電量統計報表是運行工作的重要內容之一其真實可靠性直接和經濟效益掛鉤其主要內容有風機的月發電量場用電量風機的設備正常工作時間故障時間標準利用小時電網停電故障時間等
風機的功率曲線數據統計與分析可對風機在提高出力和提高風能利用率上提供實踐依據通過對風況數據的統計和分析掌握各型風機隨季節變化的出力規律并以此可制定合理的定期維護工作時間表以減少風資源的浪費
小型風力發電機
風力發電機組是將風能轉化為電能的機械從能量轉換的角度看風力發電機組由兩大部分組成其一是風力機它的功能是將風能轉換為機械能其二是發電機它的功能是將機械能轉換為電能
小型風力發電系統結構一般由風輪發電機尾舵和電氣控制部分等構成
發電機(圖15)
常規的小型風力發電機組多由感應發電機或永磁同步發電機加AC/DC變換器蓄電池逆變器組成在風的吹動下風輪轉動起來使空氣動力能轉變成了機械能(轉速+扭矩)風輪的輪轂固定在發電機軸上風輪的轉動驅動了發電機軸的旋轉帶動永磁三相發電機發出三相交流電風速的不斷變化忽大忽小發電機發出的電流和電壓也隨著變化發出的電經過控制器的整流由交流電變成了具有一定電壓的直流電并向蓄電池進行充電從蓄電池組輸出的直流電通過逆變器后變成了220V的交流電供給用戶的家用電器
風力發電機根據應用場合的不同又分為并網型和離網型風力機離網型風力發電機亦稱獨立運行風力機是應用在無電網地區的風力機一般功率較小獨立運行風力機一般需要與蓄電池和其他控制裝置共同組成獨立運行風力機發電系統這種獨立運行系統可以是幾kW乃至幾十kw解決一個村落的供電系統也可以是幾十到幾百W的小型風力發電機組以解決一家一戶的供電
由于風能的隨機性發電機所發出電能的頻率和電壓都是不穩定的以及蓄電池只能存儲直流電能無法為交流負載直接供電因此為了給負載提供穩定高質量的電能和滿足交流負載用電需要在發電機和負載之間加入電力變換裝置這種電力變換裝置主要由整流器逆變器控制器蓄電池等組成
小型風力發電系統作為農村能源的組成部分它的推廣應用對于改善用電結構特別是邊遠山區的生產生活用能推動生態環境建設諸領域的發展將發揮積極作用因此具有廣闊的市場前景風能具有隨機性和不確定性風力發電系統是一個復雜系統簡化小型風力發電系統的結構降低成本提高可靠性及實現系統優化運行對于小型風力風力發電系統的推廣具有非常重要意義
風力發電機維護
風力發電機是集電氣機械空氣動力學等各學科于一體的綜合產品
發電機(圖16)
各部分緊密聯系息息相關風力機維護的好壞直接影響到發電量的多少和經濟效益的高低風力機本身性能的好壞也要通過維護檢修來保持維護工作及時有效可以發現故障隱患減少故障的發生提高風機效率
風機維護可分為定期檢修和日常排故維護兩種方式
1風機的定期檢修維護
定期的維護保養可以讓設備保持最佳期的狀態并延長風機的使用壽命定期檢修維護工作的主要內容有風機聯接件之間的螺栓力矩檢查(包括電氣連接)各傳動部件之間的潤滑和各項功能測試
風機在正常運行中時各聯接部件的螺栓長期運行在各種振動的合力當中極易使其松動為了不使其在松動后導致局部螺栓受力不均被剪切必須定期對其進行螺栓力矩的檢查在環境溫度低于-5℃時應使其力矩下降到額定力矩的80%進行緊固并在溫度高于-5℃后進行復查一般對螺栓的緊固檢查都安排在無風或風小的夏季以避開風機的高出力季節
風機的潤滑系統主要有稀油潤滑(或稱礦物油潤滑)和干油
發電機(圖17)
潤滑(或稱潤滑脂潤滑)兩種方式風機的齒輪箱和偏航減速齒輪箱采用的是稀油潤滑方式其維護方法是補加和采樣化驗若化驗結果表明該潤滑油已無法再使用則進行更換干油潤滑部件有發電機軸承偏航軸承偏航齒等這些部件由于運行溫度較高極易變質導致軸承磨損定期維護時必須每次都對其進行補加另外發電機軸承的補加劑量一定要按要求數量加入不可過多防止太多后擠入電機繞組使電機燒壞
定期維護的功能測試主要有過速測試緊急停機測試液壓系統各元件定值測試振動開關測試扭纜開關測試還可以對控制器的極限定值進行一些常規測試
定期維護除以上三大項以外還要檢查液壓油位各傳感器有無損壞傳感器的電源是否可靠工作閘片及閘盤的磨損情況等方面
2日常排故維護
風機在運行當中也會出現一些故障必須到現場去處理
首先要仔細觀察風機內的安全平臺和梯子是否牢固有無連接螺栓松動
發電機(圖18)
控制柜內有無糊味電纜線有無位移夾板是否松動扭纜傳感器拉環是否磨損破裂偏航齒的潤滑是否干枯變質偏航齒輪箱液壓油及齒輪箱油位是否正常液壓站的表計壓力是否正常轉動部件與旋轉部件之間有無磨損各油管接頭有無滲漏齒輪油及液壓油的濾清器的指示是否在正常位置等
第二是聽聽一下控制柜里是否有放電的聲音有聲音就可能是有接線端子松動或接觸不良須仔細檢查聽偏航時的聲音是否正常有無干磨的聲響聽發電機軸承有無異響聽齒輪箱有無異響聽閘盤與閘墊之間有無異響聽葉片的切風聲音是否正常
第三清理干凈自己的工作現場并將液壓站各元件及管接頭擦凈以便于今后觀察有無泄漏[5]
水力發電機
水利發電機是將水的動能和重力勢能轉換為機械功的動力機械(如中國的三峽)在發電這一塊最好的要數核能發電不過相對核能污染較大所以中國廣泛還是用煤炭發電中國煤炭資源吃緊煤炭價格一直在漲這也是為什么會有電荒的出現的主要原因
同步發電機
作發電機運行的同步電機是一種最常用的交流發電機在現代電力工業中它廣泛用于水力發電火力發電核能發電以及柴油機發電由于同步發電機一般采用直流勵磁當其單機獨立運行時通過調節勵磁電流能方便地調節發電機的電壓若并入電網運行因電壓由電網決定不能改變此時調節勵磁電流的結果是調節了電機的功率因數和無功功率
同步發電機的定子轉子結構與同步電機相同一般采用三相形式只在某些小型同步發電機中電樞繞組采用單相
高速同步發電機
因大多數發電機與原動機同軸聯動火電廠都用高速汽輪機作原動機所以汽輪發電機通常用高轉速的2極電機其轉速達3000轉/分(在電網頻率為60赫時為3600轉/分)核電站多用4極電機轉速為1500轉/分(當電網頻率為60赫時為1800轉/分)為適應高速高功率要求高速同步發電機在結構上一是采用隱極式轉子二是設置專門的冷卻系統
隱極式轉子外表呈圓柱形在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組并用金屬槽楔固緊使電機具有均勻的氣隙由于高速旋轉時巨大的離心力要求轉子有很高的機械強度隱極式轉子一般由高強度合金鋼整塊鍛成槽形一般為開口形以便安裝勵磁繞組在每一個極距內約有1/3部分不開槽形成大齒其余部分的齒較窄稱做小齒大齒中心即為轉子磁極的中心有時大齒也開一些較小的通風槽但不嵌放繞組有時還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風槽隱極式轉子在轉子本體軸向兩端還裝有金屬的護環和中心環護環是由高強度合金制成的厚壁圓筒用以保護勵磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出中心環用以防止繞組端部的軸向移動并支撐護環此外為了把勵磁電流通入勵磁繞組在電機軸上還裝有集電環和電刷
冷卻系統由于電機中能量損耗和電機的體積成正比它的量級與電機線度量級的三次方成比例而電機散熱面的量級只是電機線度量級的二次方因此當電機尺寸增大時(受材料限制增大電機容量就得加大其尺寸)電機每單位表面上需要散發的熱量就會增加電機的溫升將會提高在高速汽輪發電機中離心力將使轉子表面和轉子中心孔表面產生巨大的切向應力轉子直徑越大這種應力也越大因此在鍛件材料允許的應力極限范圍內2極汽輪發電機的轉子本體直徑不能超過1250毫米大型汽輪發電機要增大單機容量只有靠增加轉子本體的長度(即用細長的轉子)和提高電磁負荷來解決轉子長度可達8米已接近極限要繼續提高單機容量只能是提高電機的電磁負荷這使大型汽輪發電機的發熱和冷卻問題變得特別突出對于50000千瓦以下的汽輪發電機多采用閉路空氣冷卻系統用電機內的風扇吹拂發熱部件降溫對于容量為5~60萬千瓦的發電機廣泛使用氫冷氫氣(純度99%)的散熱性能比空氣好用它來取代空氣不僅散熱效果好而且可使電機的通風摩擦損耗大為降低從而能顯著提高發電機的效率但是采用氫冷必須有防爆和防漏措施這使電機結構更為復雜也增加了電極材料的消耗和成本此外還可采用液體介質冷卻例如水的相對冷卻能力為空氣的50倍帶走同樣的熱量所需水的流量比空氣小得多因此在線圈里采用一部分空心導線導線中通水冷卻就可以大大降低電機溫升延緩絕緣老化增長電機壽命[3]
低速同步發電機
多數由較低速度的水輪機或柴油機驅動電機磁極數由4極到60極甚至更多對應的轉速為1500~100轉/分及以下由于轉速較低一般都采用對材料和制造工藝要求較低的凸極式轉子
凸極式轉子的每個磁極常由1~2毫米厚的鋼板疊成用鉚釘裝成整體磁極上套有勵磁繞組勵磁繞組通常用扁銅線繞制而成磁極的極靴上還常裝有阻尼繞組它是一個由極靴阻尼槽中的裸銅條和焊在兩端的銅環形成的一個短接回路磁極固定在轉子磁軛上磁軛由鑄鋼鑄成凸極式轉子可分為臥式和立式兩類大多數同步電動機同步調相機和內燃機或沖擊式水輪機拖動的發電機都采用臥式結構低速大容量水輪發電機則采用立式結構
臥式同步電機的轉子主要由主磁極磁軛勵磁繞組集電環和轉軸等組成其定子結構與異步電機相似立式結構必須用推力軸承承擔機組轉動部分的重力和水向下的壓力大容量水輪發電機中此力可高達四五十兆牛(約相當于四五千噸物體的重力)所以這種推力軸承的結構復雜加工工藝和安裝要求都很高按照推力軸承的安放位置立式水輪發電機分為懸吊式和傘式兩種懸吊式的推力軸承放在上機架的上部或中部在轉速較高轉子直徑與鐵心長度的比值較小時機械上運行較穩定傘式的推力軸承放在轉子下部的下機架上或水輪機頂蓋上負重機架是尺寸較小的下機架可節約大量鋼材并能降低從機座基礎算起的發電機和廠房高度
同步發電機的并聯運行 同步發電機絕大多數是并聯運行并網發電的各并聯運行的同步發電機必須頻率電壓的大小和相位都保持一致否則并聯合閘的瞬間各發電機之間會產生內部環流引起擾動嚴重時甚至會使發電機遭受破壞但是兩臺發電機在投入并聯運行以前一般說來它們的頻率與電壓的大小和相位是不會完全相同的為了使同步發電機能投入并聯運行首先必須有一個同步并列的過程同步并列的方法可分為準同步和自同步兩種同步發電機在投入并聯運行以后各機負載的分配決定于發電機的轉速特性通過調節原動機的調速器改變發電機組的轉速特性即可改變各發電機的負載分配控制各發電機的發電功率而通過調節各發電機的勵磁電流可以改變各發電機無功功率分配和調節電網的電壓[1]
永磁同步風力發電機
永磁同步風力發電機由于機械損耗小運行效率高維護成本低等優點成為繼雙饋感應風電機組之后的又一重要風力發電機型受到廣泛關注并逐漸開始投入使用永磁同步風力發電系統基本結構如圖1所示它主要由風力機永磁同步發動機變頻器和變壓器組成
永磁同步風力發電的基本原理就是利用風力帶動風力機葉片旋轉拖動永磁同步發電機的轉子旋轉實現發電永磁同步風力發電系統和籠型變速恒頻風力發電系統類似只是所采用的發電機為永磁式發電機轉子為永磁式結構不需外部提供勵磁電源提高了效率它的變頻恒速控制是在定子回路中實現的把永磁同步發電機的變頻的交流電通過變頻器轉變為電網同頻的交流電實現風力發電的并網因此變頻器的容量與系統的額定容量相同
在過去的幾十年里由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善永磁同步發電機已變得越來越具吸引力了采用永磁同步發電機的風力發電系統具有以下特點
1永磁同步發電機系統不需要勵磁裝置具有重量輕效率高功率因數高可靠性好等優點
2變速運行范圍寬即可超同步運行也可以亞同步運行
3轉子無勵磁繞組磁極結構簡單變頻器容量小可以做成多極電機
4同步轉速降低使風輪機和永磁發電機可直接耦合省去了風力發電系統中的齒輪增速箱減小了發電機的維護工作并降低噪聲使直驅永磁風力發電機系統
適用場合
1在電力設施匱乏交通不便缺乏常規燃料但風力資源豐富的地區可以解決部分用電問題如為高速公路照明設備提供電源等
2在單機容量比較小的風場永磁同步發電系統能夠高效并網發電
3為農村牧區邊防哨所氣象臺站等偏遠負載較輕的用戶提供交流或直流電源
交流發電機
在日常生活中用交流發電機來供用電設備使用時常發生用電設備不能正常工作的情況,其原因是發電機輸出的交流電不夠穩定這時候需要電力穩壓器來穩定電壓也就是日常生活中常用到的交流穩壓電源交流穩壓電源能使發電機的輸出電壓精度穩定到用電設備正常工作所允許的范圍
交流發電機構造
交流發電機的構造稍顯復雜但是不論它是單相還是三相都是由下列幾個主要部分組成
⑴激磁部分包括激磁機和磁場部分
⑵電樞部分
⑶機殼部分包括裝置備部分的鐵架和機座
異步發電機
異步發電機又稱感應發電機利用定子與轉子間氣隙旋轉磁場與轉子繞組中感應電流相互作用的一種交流發電機其轉子的轉向和旋轉磁場的轉向相同但轉速略高于旋轉磁場的同步轉速常用作小功率水輪發電機
交流勵磁發電機由于轉子方采用交流電壓勵磁使其具有靈活的運行方式在解決電站持續工頻過電壓變速恒頻發電抽水蓄能電站電動-發電機組的調速等問題方面有著傳統同步發電機無法比擬的優越性交流勵磁發電機主要的運行方式有以下三種
1) 運行于變速恒頻方式
2) 運行于無功大范圍調節的方式
3) 運行于發電-電動方式
隨著電力系統輸電電壓的提高線路的增長當線路的傳輸功率低于自然功率時線路和電站將出現持續的工頻過電壓.為改善系統的運行特性不少技術先進的國家在6"世紀A"年代初開始研究異步發電機在大電力系統中的應用問題并認為大系統采用異步發電機后可提高系統的穩定性可靠性和運行的經濟性.
異步發電機由于維護方便穩定性好常用作并網運行的小功率水輪發電機當用原動機將異步電機的轉子順著磁場旋轉方向拖動并使其轉速超過同步轉速時電機就進入發電機運行并把原動機輸入的機械能轉變成電能送至電網這時電機的勵磁電流取自電網
異步發電機也可以并聯電容靠本身剩磁自行勵磁獨立發電(見圖)這時發電機的電壓與頻率由電容值原動機轉速和負載大小等因素決定當負載改變一般要相應地調節并聯的電容值以維持電壓穩定由于異步電機并聯電容時不需外加勵磁電源就可獨立發電故在負荷比較穩定的場合有可取之處例如可用作農村簡易電站的照明電源或作為備用電源等[2]
測速發電機
測速發電機是一種測量轉速的微型發電機他把輸入的機械轉速變換為電壓信號輸出并要求輸出的電壓信號與轉速成正比
測速發電機的分類測速發電機分為直流測速發電機和交流測速發電機兩大類
直流測速發電機直流測速發電機本質上是一種微型直流發電機按定子磁極的勵磁方式分為電磁式和永磁式直流測速發電機的工作原理與一般直流發電機相同
交流測速發電機交流異步測速發電機的轉子結構有籠型的也有杯型的在控制系統中多用空心杯轉子異步測速發電機空心杯轉子異步測速發電機定子上有兩個在空間上相互差90°電角度的繞組一為勵磁繞組另一為輸出繞組
交流異步測速發電機的誤差主要有
非線性誤差由于直軸磁通變化使測速發電機產生非線性誤差
剩余電壓實際運行中轉子靜止時測速發電機輸出一個較小的電壓
相位誤差由于勵磁繞組的漏抗空心杯轉子的漏抗使輸出電壓與勵磁電壓的相位不同
交流同步測速發電機分為永磁式感應式和脈沖式
柴油發電機
柴油發電機組是一種獨立的發電設備系指以柴油等為燃料以柴油機為原動機帶動發電機發電的動力機械整套機組一般由柴油機發電機控制箱燃油箱起動和控制用蓄電瓶保護裝置應急柜等部件組成整體可以固定在基礎上定位使用亦可裝在拖車上供移動使用 柴油發電機組屬非連續運行發電設備若連續運行超過12h其輸出功率將低于額定功率約90%[6]
發電機購買注意事項?
1、看看發電機是否是翻新機,有一些不正規的小企業把二手翻新機作為新機出售給客戶,將翻新柴油發電機,再加上新的發電機及控制柜,一般非專業用戶無法分辨無論是新機或舊機。2、配置為大型柴油發電機供電和發電機的功率,以降低成本。3、唯一的柴油發電機或發電機品牌,不報產地,不報告單位品牌。……閱讀全文 >>
發電機移動時需要注意哪些問題?
在移動或者運輸康明斯發電機時,一定要做好全面妥善的防護措施,并且遵循相關的執行要求,否則,一個不小心很容易造成發電機設備的損壞。運輸發電機時,為避免設備的意外損壞,首先要確保運輸工具的載重量不低于設備及附屬件的總重量的1.2倍。為避免發電機受到風吹日曬,必須給設備進行必要的安全包……閱讀全文 >>
發電機發明的歷史
1832年,法國人畢克西發明了手搖式直流發電機,其原理是通過轉動永磁體使磁通發生變化而在線圈中產生感應電動勢,并把這種電動勢以直流電壓形式輸出;1866年,德國的西門子發明了自勵式直流發電機;1870年,比利時的格拉姆制成了環形電樞,發明了環形電樞發電機。這種發電機是用水力來轉動……閱讀全文 >>
發電機試車氣缸供油率如何確定?
發電機氣缸油的注油率應當適宜。注油率太大,不但浪費而且會使活塞頂面、環帶區、氣口和排氣閥處的沉積物增多,引起活塞環和排氣閥粘著,使氣流通道部分堵塞,同時多余的氣缸油還會沉積在活塞下部空間、掃氣箱和排氣管中,導致掃氣箱著火;注油率太小,則難以形成完整的油膜,而使活塞環與缸套磨損加劇……閱讀全文 >>
發電機的工作原理
柴油發電機柴油機驅動發電機運轉,發電機(圖4)將柴油的能量轉化為電能。在柴油機汽缸內,經過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合,在活塞上行的擠壓下,體積縮小,溫度迅速升高,達到柴油的燃點。柴油被點燃,混合氣體劇烈燃燒,體積迅速膨脹,推動活塞下行,稱為‘作……閱讀全文 >>
什么被稱之為發電機?
生活中,我們對于發電機是不會感到陌生的,發電機在我們的生活中是很常見的,那對于發電機的概述是怎么樣的呢?下面江蘇百立達發電機有限公司告訴您什么是發電機?發電機在工農業生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。發電機的形式很多,但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此,其構……閱讀全文 >>
發電機電壓過低會造成什么危害?
1、引起系統并列運行穩定性問題和發電機本身勵磁調節穩定性問題。當發電機電壓低于95%以下運行時(一般到90%),會使系統并列運行穩定度大大降低,因為此時由于勵磁電流的減少使定子磁場和轉子磁場拉力減少,很容易產生失步和振蕩。2、定子繞組溫度可能升高。在電壓降低時若要保持出力不變,必……閱讀全文 >>
玉柴發電機振蕩有什么樣的現象?
發電機振蕩分為同步振蕩和非同步振蕩兩種,下面小編給大家分享一下玉柴發電機振蕩有什么樣的現象?1、有功負荷與無功負荷大幅度劇烈擺動。因為發電機在未失步時的振蕩過程中送出的功率時大時小,以及失步時有時送出有功,有時吸收有功的緣故。2、定子電流表的指針劇烈擺動,電流有可能超過正常值;有……閱讀全文 >>
發電機的主要作用有什么?
1、減少穴蝕和抑制腐蝕。康明斯發電機冷卻系統補充最有效的化學劑,維護冷卻液具有合適的添加劑濃度,減少柴油機缸套、水泵葉輪等零件穴蝕和抑制水泵葉輪及其殼體,冷卻系統彎接頭和管子以及熱交換器、散熱器、機油冷卻器、中冷器管子用期端蓋等零部件的腐蝕。2、保持冷卻液具有合適的酸堿性或PH值……閱讀全文 >>
電動機與發電機的區別是什么
1、電動機和發電機都是由磁鐵、線圈、換向器、電刷等組成的,而且其元件與元件的鏈接方式也基本上是相同的,各元件之間都是由串聯的方式串聯組成的電路。2、電動機和發電機的組成中都有磁鐵,因此兩者都會受到磁場方向的影響,而電流的方向又與磁場方向有關,因此、電動機和發電機中線圈的受力方向與……閱讀全文 >>