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    發電機出租基本知識—發電機的歷史發展

    2019.05.16

    發電出租基本知識—發電機的歷史發展——發電機歷史
    在發現磁與電之間的聯系之前,發明了靜電發生器。它們通過使用移動的帶電帶,板和盤進行靜電原理操作,帶電荷到高電位電極。使用兩種機制中的任一種產生電荷:靜電感應或摩擦電效應。這種發電機產生非常高的電壓和低電流。由于它們的低效率和絕緣的難度生產非常高電壓的機器,靜電發生器具有低額定功率,并且從未用于產生商業上大量的電力。它們唯一的實際應用是為早期的X射線管供電,后來在一些原子粒子加速器中供電。

    發電出租基本知識_法拉第盤發生器
    主條目:同極發電機
    電磁發電機的工作原理是由Michael Faraday在1831年至1832年間發現的。的原則,后來被稱為法拉第定律,是一個電動勢在環繞一個變化的電導體產生的磁通量。

    他還建造了第一臺電磁發電機,稱為法拉第盤 ; 一種單極發電機,使用在馬蹄形磁鐵的磁極之間旋轉的銅盤。它產生了一個小的直流電壓。

    由于磁盤中不受磁場影響的區域中的電流的自消除逆流,這種設計是低效的。雖然直接在磁體下方感應出電流,但是電流將在磁場影響之外的區域中向后循環。該逆流限制了輸出到拾取線的功率,并引起銅盤的廢物加熱。后來的單極發電機將通過使用圍繞盤周邊布置的磁體陣列來解決該問題,以在一個電流流動方向上保持穩定的場效應。

    另一個缺點是輸出電壓非常低,這是由于通過磁通量的單個電流路徑。實驗者發現,在線圈中使用多匝導線可以產生更高,更有用的電壓。由于輸出電壓與匝數成比例,因此可以通過改變匝數來容易地設計發電機以產生任何所需的電壓。繞線成為所有后續發電機設計的基本特征。

    發電機基本知—Jedlik和自激現象
    獨立于法拉第,ÁnyosJedlik于1827年開始用電磁旋轉裝置進行實驗,他稱之為電磁自轉子。在單極電啟動器的原型(1852年至1854年之間完成)中,固定和旋轉部件都是電磁的。這也是發電機自激原理的發現,[2]它取代了永磁體的設計。他也可能在1861年(西門子和惠斯通之前)制定了發電機的概念,但沒有申請專利,因為他認為他不是第一個意識到這一點。[3]

    發電機基本知—直流發電機
    主條目:Dynamo
    在磁場中旋轉的線圈產生電流,該電流隨著每180°旋轉而改變方向,交流電(AC)。然而,許多早期用電需要直流電(DC)。在第一個稱為發電機的實用發電機中,AC通過換向器轉換成DC,換向器是電樞軸上的一組旋轉開關觸點。換向器每轉動180°旋轉電樞繞組與電路的連接,產生脈沖直流電流。最早的發電機之一是由Hippolyte Pixii于1832年建造的。

    該發電機是能夠為行業提供動力的第一發電器。1844年的Woolrich電氣發電機,現在位于伯明翰科學博物館的Thinktank,是工業過程中使用的最早的發電機。[4]它被Elkingtons公司用于商業電鍍。[5] [6] [7]

    現代發電機適用于工業應用,由Charles Wheatstone爵士,Werner von Siemens和Samuel Alfred Varley 獨立發明。Varley于1866年12月24日取得專利,而西門子和惠斯通于1867年1月17日宣布了他們的發現,后者向皇家學會提交了他的發現論文。

    “電動發電機”采用自供電電磁場線圈而不是永磁體來產生定子磁場。[8]惠斯通的設計類似于西門子,不同之處在于西門子設計中定子電磁鐵與轉子串聯,但在惠斯通的設計中,它們是平行的。[9]使用電磁鐵而不是永久磁鐵大大增加了發電機的功率輸出,并首次實現了高功率發電。本發明直接導致了電的第一個主要工業用途。例如,在19世紀70年代,西門子使用電磁發電機為電弧爐提供動力,用于生產金屬和其他材料。

    開發的發電機由提供磁場的靜止結構和在該場內轉動的一組旋轉繞組組成。在較大的機器上,恒定磁場由一個或多個電磁鐵提供,電磁鐵通常稱為勵磁線圈。

    由于現在幾乎普遍使用交流電進行配電,現在很少看到大型發電發電機。在采用交流電之前,非常大的直流發電機是發電和配電的唯一手段。由于AC能夠很容易地轉換為非常高的電壓并允許在很遠的距離內實現低損耗,因此AC已成為主導。

    發電機出租基本知—同步發電機(交流發電機)
    主條目:交流發電機
    Ferranti 交流發電機,c。1900。
    通過一系列的發現,發電機被許多后來的發明所取代,特別是交流發電機,它能夠產生交流電。眾所周知,它是同步發電機(SGs)。同步機器直接連接到網格,需要在啟動期間正確同步。[10]此外,他們對特殊控制感到興奮,以提高電力系統的穩定性。[11]

    交替電流產生系統以Michael Faraday最初發現的電流磁感應的簡單形式已知。法拉第自己建造了一臺早期的交流發電機。他的機器是一個“旋轉矩形”,其操作是異極的 - 每個有源導體連續通過磁場方向相反的區域。[12]

    英國電工JEH Gordon于1882年建造了大型兩相交流發電機。1886年,西屋電氣公司的雇員威廉·斯坦利(William Stanley,Jr。)首次公開演示了“交流發電機系統” 。[13]

    Sebastian Ziani de Ferranti于1882年創立了Ferranti,Thompson和Ince,推銷他的Ferranti-Thompson Alternator,在著名物理學家Lord Kelvin的幫助下發明。[14]他早期的交流發電機產生的頻率在100到300 赫茲之間。Ferranti 于1887年使用交流系統為倫敦電力公司設計了Deptford電站。在1891年建成后,它成為第一個真正的現代化發電站,提供高壓交流電源,然后“逐步降低”供各消費者使用。這個基本系統今天仍在世界各地使用。

    1891年之后,引入多相交流發電機以提供多個不同相的電流。[15]后來的交流發電機設計用于變化的十六到大約一百赫茲的交流頻率,用于電弧照明,白熾燈和電動機。[16]

    發電機出租基本知—自激
    主條目:激勵(磁性)
    隨著對更大規模發電的要求的增加,一個新的限制增加:永磁體可用的磁場。將發電機產生的少量功率轉移到電磁場線圈允許發電機產生更多的功率。這個概念被稱為自激。

    勵磁線圈與電樞繞組串聯或并聯。當發電機首次開始轉動時,鐵芯中存在的少量剩余磁力提供磁場以使其啟動,從而在電樞中產生小電流。這流過勵磁線圈,產生更大的磁場,產生更大的電樞電流。這種“自舉”過程一直持續到核心中的磁場由于飽和而平穩,并且發電機達到穩態功率輸出。

    非常大的發電站發電機通常利用單獨的較小發電機來激勵較大的發電機線圈。如果發生嚴重的大規模停電,發電站的孤島發生,電臺可能需要進行黑啟動以激勵其最大發電機的電場,以恢復客戶的電力服務。[17]

    發電機出租基本知—專業類型的發電機
    直流電(DC)
    一類重要的直流發電機是發電機 - 這些電機帶有換向器以產生(直流)直流電,并且是自激式的 - 它們的勵磁電磁鐵由機器自身的輸出供電。其他類型的直流發電機使用單獨的直流電源來激勵其磁場磁鐵。

    發電機出租基本知—同極發電機
    主條目:同極發電機
    單極發電機是DC 發電機,包括在垂直于均勻靜磁場的平面內旋轉的導電盤或圓筒。在盤的中心和邊緣(或圓柱的端部)之間產生電位差,電極性取決于旋轉方向和場的方向。

    它也被稱為單極發電機,非循環發電機,磁盤發電機或法拉第盤。在小型演示模型的情況下,電壓通常較低,大約幾伏,但是大型研究發電機可以產生數百伏特,而一些系統具有多個串聯的發電機以產生更大的電壓。[18]它們的不尋常之處在于它們可以產生巨大的電流,超過一百萬安培,因為可以使單極發電機具有非常低的內阻。

    發電機出租基本知—磁流體動力學(MHD)發生器
    主要文章:磁流體動力發電機
    磁流體動力發電機直接從通過磁場移動熱氣體中提取電力,而無需使用旋轉電磁機械。MHD發電機最初開發是因為等離子MHD發電機的輸出是火焰,能夠很好地加熱蒸汽 發電廠的鍋爐。第一個實用的設計是AVCO Mk。25,發展于1965年。美國政府資助了大量開發,最終在1987年建成了一座25兆瓦的示范工廠。在蘇聯從1972年到1980年代末期,MHD工廠U 25在莫斯科電力系統的常規商業運營中。額定功率為25兆瓦,是當時世界上最大的MHD工廠。[19] MHD發電機作為一個頂部循環目前(2007)比聯合循環 燃氣輪機效率低。

    交流電(AC)
    感應發電機
    主條目:感應發電機
    感應交流電動機可用作發電機,將機械能轉換成電流。感應發電機通過機械轉動轉子比同步速度更快地操作,從而產生負滑動。常規的AC異步電動機通??梢杂米靼l電機,無需任何內部修改。感應發電機可用于諸如小型水力發電廠,風力渦輪機或用于降低高壓氣流以降低壓力的應用,因為它們可以通過相對簡單的控制來回收能量。它們不需要激勵電路,因為旋轉磁場是通過定子電路的感應提供的。它們也不需要調速器設備,因為它們固有地以連接的電網頻率運行。

    為了操作,感應發電機必須以超前電壓激勵; 這通常通過連接到電網來完成,或者有時通過使用相位校正電容器來自激勵。

    線性發電機
    主要文章:線性交流發電機
    在最簡單的線性發電機中,滑動磁鐵通過螺線管來回移動- 一個銅線軸。一個交變電流在導線的環誘導法拉第電磁感應定律,在各磁鐵滑過時間。這種發電機用于法拉第手電筒。較大的線性發電機用于波浪發電方案。

    變速恒頻發電機
    許多可再生能源努力試圖收獲機械能(風,潮汐等)的自然來源以產生電力。由于這些源在施加的功率中波動,使用永磁體和固定繞組的標準發電機將提供未調節的電壓和頻率。調節的開銷(無論是在發電機通過齒輪減速之前還是在通過電氣裝置產生之后)與自然獲得的能量成比例地高。

    新型發電機設計,如異步或感應單饋發電機,雙饋發電機或無刷繞線轉子雙饋發電機,在變速恒頻應用中取得了成功,例如風力渦輪機或其他可再生能源技術。因此,這些系統在某些使用情況下提供成本,可靠性和效率益處。
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