电力有发输变配用5个环节,其中发电是指应用发电动力装置将水能、化石燃料(煤炭、石油、自然气等)的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、陆地能等转换为电能。
发电就须要用到发电机。常常出现的有水轮机、汽轮机、柴油机或其余动力机械驱动的发电机,将水流,气流,燃料熄灭或原子核裂变发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。
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电力常识图谱
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常常出现发电机
一. 发电机关键结构
发电机关键机构
发电机理论由定子、转子、端盖及轴承等部件导致。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些局部的其余结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、核心环、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,转子衔接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的静止,从而发生感应电势,经过接线端子引出,接在回路中,便发生了电流。
二. 发电机任务原理
发电机的任务原理
发电机是基于法拉第电磁感应定律而来的,即一块金属,比如一根铜线,在磁场中静止,金属外部会发生电场。
金属外部的电荷就会沿着电场流动。假设这块金属不是一个环,电荷就会积攒在两端,以电压的方式存在,把这块金属接在一个回路中(回路除金属以外的其余局部并没有在磁场中),就发生了电流,于是,发电机收回了电。
所以,发电机的基本准则就是固定住永磁体或许是金属,让金属或许是永磁体不停地静止,静止是相对的嘛,这样,那块不停的在磁场中静止的金属就会源源始终的发电。
由这一点可以辨别不同的发电机,水力发电机就是应用水从高处落下的能量维持金属的静止,火电就是应用火烧开水发生的蒸汽的力气维持金属静止。
三. 发电机分类
发电机组类型有很多,依照不同的规范划分有不同类型的机组,例如:
有柴油发电机组、燃气发电机组、汽油发电机组、风力发电机组、太阳能发电机组、水力发电机组、燃煤发电机组等。
按转换的电能方式可分为交换发电机和直流发电机两大类。
交换发电机又分为同步发电机和异步发电机两种。同步发电机又分为隐极式同步发电机和凸极式同步发电机两种。现代发电站中最罕用的是同步发电机,异步发电机很少用。
其中最罕用的是柴油发电机组。
四. 常常出现发电机
接上去引见的是各类常常出现发电机的任务原理。
4.1 同步发电机
三相交换同步发电机
同步发电机是一种最罕用的交换发电机。在现代电力工业中,它宽泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。
因为同步发电机普通驳回直流励磁,当其单机独立运转时,经过调理励磁电流,能繁难地调理发电机的电压。若并入电网运转,因电压由电网选择,不能扭转,此时调理励磁电流的结果是调理了电机的功率因数和无功功率。
同步发电机的定子、转子结构与同步电机相反,普通驳回三相方式,只在某些小型同步发电机中电枢绕组驳回单相。
表征同步发电机性能的关键是空载特性和负载运转特性。这些特性是用户选择发电机的关键依据 。
同步发电机任务原理
同步发电机的基本任务原理蕴含以下几个方面。
发电机运转时,励磁绕组经过直流励磁电流,建设极性相反的励磁磁场,即建设起主磁场。
原动机,柴油发电机组或汽油发电机组拖动转子旋转,机型形同的励磁磁场随轴一同旋转并依次切割定子各相绕组的环节。
3.载流导体发电机运转后
,三相对称的电流组充任功率绕组,称为感应电动势或许感应电流的载体。
同步发电机的任务原理是实践上就是电磁感应原理。经过转子磁场和定子绕组的相对静止,将机械能转变为电能。当转子在原动机的带动下,转子磁场和定子导体做相对静止,即导体切割磁路途,因此在导体中发生感应电动势,其方向可依据u右手定则判别。因为转子磁极的位置是导体以垂直方向切割磁力线。所以此时定子绕组中的感应电动势最大,当磁极转动90度时,磁极成水平位置,导体不切割磁力线,其感应电动势为零。转子在转90度,定子绕组感应电动势又以垂直方向切割磁力线,使感应电动势到达最大值,但方向与前相反。当转子再转90度。感应电动势又为零。这样转子转动一周,定子绕组的感应电动势也出现正,负变动。假设转子延续平均旋转,在定子绕组中就会感应出一个周期性始终变动的交换电动势,经过引出线,即可输入交换电流。
4.2 水力发电机
水力发电机
水力发电机组也称“水轮发电机组”,作用是将河川、湖泊等位于高处具备势能的水流至低处,经水轮机转换成水轮机的机械能,水轮机又推进发电机发电,将机械能转换成电能。(如:中国的三峡)。
水力发电机组的能量转换环节分为两个阶段:
首先由水轮机将水失去的位能转换为机械能,再由发电机将水轮机的机械能转换为电能。
详细的环节为:在水流的冲击作用下,水轮机开局旋转,将水的位能转换为机械能;水轮机又带动同轴相连的发电机旋转,在励磁电流的作用下,旋转的转子带动励磁磁场旋转,发电机的定子绕组切割励磁磁力线在其中发生感应电动势,在输入电能的同时会在转子上发生一个与其旋转方向相反的电磁制动转矩。因为水流不连续地作用于水轮机,水轮机从水流中取得的旋转力矩用于克制电机转子上发生的电磁制动转矩,当两个力矩到达平衡时,水力发电机组将以某一恒定的转速运转,稳固地收回电力,成性能量的转换。所以水轮机和发电机是水力发电机组中最关键的两个部件。
4.3 风力发电机
风力发电机
风力发电机是将风能转换为机械功、并带动发电机运转来发电的,是一种多少钱昂贵、运转牢靠、无温室气体排放的新型发电系统。
应用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度优化,来促使发电机发电。依据目前的风力发电机技术,大概是每秒三公尺的和风速度(和风的水平),便可以开局发电。
4.4 交换发电机
汽车交换发电机
交换发电机和直流发电机发生电流的原理是一样的,都是“静止的磁场磁力线”在“切割”固定的导线,或许是“静止的导线”在切割固定的磁场磁力线,只需能输入电流的导线与发电机磁场有相对静止,发电机就能发电了,这里的相对静止就是靠动力拖动发电机的旋转局部(转子)使之旋转来成功的,只不过直流发电机是经过一个叫换向器(也叫整流子)的装置把交换电整流成直流电输入,而交换发电机没有换向器,间接输入交换电而已。
4.5 三相异步发电机
三相异步发电机结构图
异步发电机又称“感应发电机”。
应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换发电机。其转子的转向和旋转磁场的转向相反,但转速略高于旋转磁场的同步转速。罕用作小功率水轮发电机。
4.6 柴油发电机
柴油发电机
柴油发电机组是一种独立的发电设施,系指以柴油等为燃料,以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。
简而言之,就是柴油发电机驱动发电机运转。
在汽缸内,经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴放射出的低压雾化柴油充沛混合,在活塞上传的挤压下,体积增加,温度迅速升高,到达柴油的燃点。柴油被扑灭,混合气体猛烈熄灭,体积迅速收缩,推进活塞下行,称为‘作功’。各汽缸按必定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推进曲轴转动的力气,从而带动曲轴旋转。将无刷同步交换发电机与柴油发电机曲轴同轴装置,就可以应用柴油发电机的旋转带动发电机的转子,应用‘电磁感应’原理,发电机就会输入感应电动势,经闭合的负载回路就能发生电流。
4.7 测速发电机
永磁式直流测速发电机
测速发电机是一种测量转速的微型发电机,他把输入的机械转速变换为电压信号输入,并要求输入的电压信号与转速成正比。原理就不赘述了。
五. 发电动力占比
2011~2020年全国电力装机结构(单位:万千瓦)
截至2020年底,全国全口径火电装机容量12.5亿千瓦、水电3.7亿千瓦、核电4989万千瓦、并网风电2.8亿千瓦、并网太阳能发电装机2.5亿千瓦、动物质发电2952万千瓦。
2011~2020年全国电力装机占比
从电源结构看,十年来我国传统化石动力发电装机比重继续降低、新动力装机比重显著回升。2020年火电装机比重较2011年降低了15.7个百分点,风电、太阳能发电装机比重回升了近20个百分点,发电装机结构进一步优化。
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