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發電機簡介
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英文名稱:Generators
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,其構造的一般原則是:用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路,以產生電磁功率,達到能量轉換的目的。
發電機的分類可歸納如下:
發電機 : 直流發電機、交流發電機 、 同步發電機、異步發電機(很少采用)
交流發電機還可分為單相發電機與三相發電機。

編輯本段柴油發電機
 
由內燃機驅動的發電機。它起動迅速,操作方便。但內燃機發電成本較高,所以柴油發電機組主要用作應急備用電源,或在流動電站和一些大電網還沒有到達的地區使用。柴油發電機轉速通常在1500轉/分以下,容量在幾千瓦到幾千千瓦之間,尤以3000千瓦以下的機組應用較多。它制造比較簡單。柴油機軸上輸出的轉矩呈周期性脈動,所以發電機是在劇烈振動的條件下工作。因此,柴油發電機的結構部件,特別是轉軸要有足夠的強度和剛度,以防止這些部件因振動而斷裂。此外,為防止因轉矩脈動而引起發電機旋轉角速度不均勻,造成電壓波動,引起燈光閃爍,柴油發電機的轉子也要求有較大的轉動慣量,而且應使軸系的固有扭振頻率與柴油機的轉矩脈動中任一交變分量的頻率相差20%以上,以免發生共振,造成斷軸事故。
柴油發電機組
主要由柴油機、發電機和控制系統組成,柴油機和發電機有兩種連接方式,一為柔性連接,即用連軸器把兩部分對接起來,二為剛性連接,用高強度螺栓將發電機鋼性連接片和柴油機飛輪盤連接而成,目前使用剛性連接比較多一些,柴油機和發電機連接好后安裝在公共底架上,然后配上各種傳感器,如水溫傳感器,通過這些傳感器,把柴油機的運行狀態顯示給操作員,而且有了這些傳感器,就可以設定一個上限,當達到或超過這個限定值時控制系統會預先報警,這個時候如果操作員沒有采取措施,控制系統會自動將機組停掉,柴油發電機組就是采取這種方式起自我保護作用的。傳感器起接收和反饋各種信息的作用,真正顯示這些數據和執行保護功能的是機組本身的控制系統。
柴油發電機型號含義
  柴油機發電機組是以柴油機作動力,驅動同步交流發電機而發電的電源設備。為了便于生產管理和使用,國家對柴油機發電機組的名稱和型號編制方法做了統一規定,機組的型號排列和符號含義如下圖
  
  柴油發電機組的型號
  其中符號和數字代表的型號含義如下:
  1---輸出額定功率(KW),用數字表示。
  2---輸出電壓種類G代表交流工頻;P代表交流中頻;S代表交流雙頻;Z代表直流。
  3---發電機組類型;F代表陸用;FC代表船用;Q代表汽車用;T代表掛車用。
  4---控制特征,缺位為手動(普通型)機組;Z代表自動化機組;S代表低噪聲機組;SZ代表低噪音自動化機組。
  5---設計序號,用數字表示。
  6---變型代號,用數字表示。
  7---環境特征,缺位普通型;TH代表濕熱型。
柴油發電機組含義的實例
 ?。?)120GFSZ1代表輸出額定功率120KW、交流工頻、陸用、低噪聲、設計序列號為1的自動化柴油發電機組。
 ?。?)200GFC1代表輸出額定功率200KW、交流工頻、船用、設計序列號為1柴油發電機組。
 ?。?)120GT6代表輸出額定功率120KW、交流工頻、掛車式(即拖車式)、設計序列號為1設計序列號為6的柴油發電機組。
 ?。?)90GQ1代表輸出額定功率為90KW、交流工頻、汽車式、設計序列號為1的柴油發電機組。
 ?。?)17ZQ1代表輸出額定功率17KW、直流、汽車式、設計序列號為1的柴油發電機組。
  有的國產柴油發電機組系列型號是由機組生產廠自行確定的,與上述型號含義不同。
柴油發電機原理
柴油機驅動發電機運轉,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‘作功’。各汽缸按一定
 
 柴油發電機
順序依次作功,作用在活塞上的推力經過連桿變成了推動曲軸轉動的力量,從而帶動曲軸旋轉。
將無刷同步交流發電機與柴油機曲軸同軸安裝,就可以利用柴油機的旋轉帶動發電機的轉子,利用‘電磁感應’原理,發電機就會輸出感應電動勢,經閉合的負載回路就能產生電流。
這里只描述發電機組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩定的電力輸出,還需要一系列的柴油機和發電機控制、保護器件和回路。
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%。 盡管柴油發電機組的功率較低,但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全,便于操作和維護,所以廣泛應用于礦山、鐵路、野外工地、道路交通維護、以及工廠、企業、醫院等部門,作為備用電源或臨時電源。同時這種小型的發電機組也可以作為小型的移動電站使用,成為很多企業的后備電源使用。
編輯本段同步發電機
基本信息
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
   
發電機
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。
工作特性
表征同步發電機性能的主要是空載特性和負載運行特性。這些特性是用戶選用發電機的重要依據。
空載特性
發電機不接負載時,電樞電流為零,稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0(三相對稱),其大小隨If的增大而增加。但是,由于電機磁路鐵心有飽和現象,所以兩者不成正比(圖1)。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關系的曲線稱為同步發電機的空載特性。
電樞反應
當發電機接上對稱負載后,電樞繞組中的三相電流會產生另一個旋轉磁場,稱電樞反應磁場。其轉速正好與轉子的轉速相等,兩者同步旋轉。
同步發電機的電樞反應磁場與轉子勵磁磁場均可近似地認為都按正弦規律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動勢E0與電樞電流I之間的時間相位差。電樞反應磁場還與負載情況有關。當發電機的負載為電感性時,電樞反應磁場起去磁作用,會導致發電機的電壓降低;當負載呈電容性時,電樞反應磁場起助磁作用,會使發電機的輸出電壓升高。
負載運行特性
主要指外特性和調整特性。外特性是當轉速為額定值、勵磁電流和負載功率因數為常數時,發電機端電壓U與負載電流I之間的關系,如圖2所示。調整特性是轉速和端電壓為額定值、負載功率因數為常數時,勵磁電流If與負載電流I之間的關系,如圖3所示。圖2中還顯示出電阻性、電容性和電感性3種負載的情況。由于電樞反應磁場影響的不同,三者的曲線也不一樣。在外特性中,從空載到額定負載時電壓的變化程度稱為電壓變化率△U,常用百分數表示為
同步發電機的電壓變化率約為20~40%。一般工業和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此,隨著負載電流的增大,必須相應地調整勵磁電流。圖3所示為 3種不同性質負載下的調整特性。雖然調整特性的變化趨勢與外特性正好相反,對于感性和純電阻性負載,它是上升的,而在容性負載下,一般是下降的。
結構和分類
同步發電機的結構按其轉速分為高速和低(中)速兩種。前者多用于火電廠和核電站;后者多與低速水輪機或柴油機聯動。在結構上,高速同步發電機多用隱極式轉子,低(中)速同步發電機多用凸極式轉子。
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。
①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。
②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
   
發電機
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。目前,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。為此,已研制出多種冷卻系統。 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。1956年,英國首創第一臺12000千瓦定子線圈水內冷汽輪發電機。1958年,中國由浙江大學、上海電機廠首先研制成第一臺定、轉子線圈都采用水內冷的 12000千瓦雙水內冷汽輪發電機,為這種冷卻方式奠定了基礎。世界一些國家在大容量電機中也廣泛采用水內冷技術,并制造出了幾十萬到一百多萬千瓦的巨型發電機。除了水冷外,液體冷卻介質還可使用變壓器油,其相對導熱能力約為水的40%,絕緣性能好,可將發電機額定電壓提高到幾萬伏,從而節約了升壓變壓器的投資。近年來,還在研究用氟利昂作為冷卻介質的蒸發冷卻技術。氟利昂絕緣好,很容易氣化,利用其氣化潛熱來冷卻電機,是一種有意義的探索方向。
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(圖4)。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。
準同步并列
將已加勵磁的待投運發電機通過調節其原動機的轉速和改變該發電機的勵磁,使其和運行中的發電機的頻率差不超過0.1~0.5%。在兩機電壓相位差不超過10°的瞬間進行合閘并聯,兩者即可自動牽入同步運行。準同步并列的操作可以手動,也可以借自動裝置完成。
自同步并列
把待投入并聯的發電機轉速調到接近電網的同步轉速,在未加勵磁的條件下就合閘并聯,然后再加入勵磁,依靠發電機和電網之間出現的環流及相應產生的電磁轉矩把發電機迅速牽入同步。采用自同步并列時,由于減少了調節發電機轉速、電壓和選擇合閘瞬間所需的時間,所以并列的過程較快,特別適宜于電力系統事故情況下機組的緊急投入。但是此法在并列合閘瞬間的電流沖擊比較大,會使電網電壓短時下降,電機繞組端部承受較大的電磁力。
編輯本段交流發電機的輸出電壓精度差的解決
在日常生活中我們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,也就是我們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我們用電設備正常工作所允許的范圍。
編輯本段發電機術語
發電機
能把機械能轉變為電能的設備的總稱。所產生的電能可以是直流電(DC)也可以是交流電(AC)。
接地
是指電路與大地之間或與某些和大地相通的導電物體之間(有意或意外)的連接。
怠速控制
一種可直接根據電氣負載對發動機的怠速進行控制的系統。
點火線圈
為火花塞提供直流電壓的器件。
永磁發電機
一種帶有永久磁鐵的交流發電機,用于產生內燃機點火所需要的電流。
歐姆
電阻的單位。1 伏特電壓可以使 1 安培電流流過 1 歐姆電阻。
相位
交流電的振幅或量值均勻、周期性的變化。三相交流電由三個不同的正弦波電流組成,相互之間的相位差均為 120 度。
電源轉換系統
該系統可以把您的發電機安全地接入到您的家庭用電系統中。
額定速度
機組的設計工作速度(每分鐘轉數)。
額定電壓
一套引擎發電機組的額定電壓是其設計的工作電壓值。
后軸承支架
一種鑄件,用作轉子軸承外罩。轉子軸承支持轉子軸。
整流器
將交流電轉換為直流電的器件。
逆變器
是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220v50HZ正弦或方波)。
繼電器
一種電動開關,通常用在控制電路中。與電流接觸器相比,其觸點只能通過較小的電流。
電阻
對電流的阻力。
轉子
發電機的轉動元件。
單相
一個交流負載或電源,通常情況下,如果是一個負載,則只有兩個輸入端子,如果是一個電源,則只有兩個輸出端子。
定子
電機的靜止部分。
振動支架
位于發動機或發電機與機架之間的橡膠器件,可以最大限度地減輕振動。
伏特
電動勢的單位。把單位電動勢恒定地作用在電阻為 1 歐姆的導體上,將產生 1 安培電流。
電壓
電位差,單位用伏特表示。
穩壓器
該設備通過控制激勵轉子的直流電量,自動地使發電機電壓保持在一個正確值上。
瓦特
電源功率的單位。對于直流電,它等于伏特乘以安培。對于交流電,它等于電壓有效值(伏特)乘以電流有效值(安培)乘以功率因數乘以一個常數(其值取決于相數)。1 千瓦 - 1000 瓦特。
繞組
發電機的所有線圈。定子繞組由若干個定子線圈及其互聯線路組成。轉子繞組由轉子磁極上的所有繞組及接線組成。
編輯本段發電機的種類
發電機的種類有很多種。從原理上分為同步發電機、異步發電機、單相發電機、三相發電機。從產生方式上分為汽輪發電機、水輪發電機、柴油發電機、汽油發電機等。從能源上分為火力發電機、水力發電機等。
編輯本段發電機的類型
由于一次能源形態的不同,可以制成不同的發電機。
利用水利資源和水輪機配合,可以制成水輪發電機;由于水庫容量和水頭落差高低不同,可以制成容量和轉速各異的水輪發電機。利用煤、石油等資源,和鍋爐,渦輪蒸汽機配合,可以制成汽輪發電機,這種發電機多為高速電機(3000rpm)。此外還有利用風能、原子能、地熱、潮汐等能量的各類發電機。利用柴油、汽油等資源作為能源的柴油、汽油發電機用得比較廣泛。此外,由于發電機工作原理不同又分作直流發電機,異步發電機和同步發電機。目前在廣泛使用的大型發電機都是同步發電機。
編輯本段發電機發展歷史
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。
1869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發電機轉子的,經過反復改進,于1847年得到了3。2KW的輸出功率。
1882年,美國的戈登制造出了輸出功率447KW,高3米,重22噸的兩相式巨型發電機。 美國的特斯拉在愛迪生公司的時候就決心開發交流電機,但由于愛迪生堅持只搞直流方式,因此他就把兩相交流發電機和電動機的專利權賣給了西屋公司。
1896年,特斯拉的兩相交流發電機在尼亞拉發電廠開始勞動營運,3750KW,5000V的交流電一直送到40公里外的布法羅市。
1889年,西屋公司在俄勒岡州建設了發電廠,1892年成功地將15000伏電壓送到了皮茨菲爾德。
在公元1831年,法拉第將一個封閉電路中的導線通過電磁場,導線轉動有電流流過電線,法拉第因此了解到電和磁場之間有某種緊密的關連,他建造了第一座發電機原型,其中包括了在磁場中迥轉的銅盤,此發電機產生了電力。在此之前,所有的電皆由靜電機器和電池所產生,而這二者均無法產生巨大力量。但是,法拉第的發電機終于改變了一切。
發電機包括一個能在二個或二個以上的磁場間迅速旋轉的電磁鐵,當二個磁場相互交錯,就產生了電,由電線從發電機中導出。電子工程師依發電機線繞的方式和磁鐵的安排,而獲得交流電(AC)或直流電(DC),大部分發電機都是產生交流電,它比直流電更易由傳輸線作長距離的傳送。
學過物理課的人都會記得,英國科學家法拉第于1831 年發現了電磁感應原理。這一在人類社會發展過程中起到重要作用的原理是說:“當磁場的磁力線發生變化時,在其周圍的導線中就會感應產生電流。”
法拉第曾煞費苦心,通過研究和反復實驗,終于發現了這一影響巨大的科學原理,而且他確信,利用此原理肯定能制造出可以實際發電的發電機。
就在法拉第發現電磁感應原理的第二年,受法拉第發現的啟示,法國人皮克希應用電磁感應原理制成了最初的發電機。
皮克希的發電機是在靠近可以旋轉的U 形磁鐵(通過手輪和齒輪使其旋轉)的地方,用兩根鐵芯繞上導線線圈,使其分別對準磁鐵的N 極和S 極,并將線圈導線引出。這樣,搖動手輪使磁鐵旋轉時,由于磁力線發生了變化,結果在線圈導線中就產生了電流。
由這種發電機的裝置可以知道,每當磁鐵旋轉半圈時,線圈所對應的磁鐵的磁極就改變一次,從而使電流的方向也跟著改變一次。為了改變這種情況,使電流方向保持不變,皮克希想出了一個巧妙的辦法:在磁鐵的旋轉軸上加裝兩片相互隔開成圓筒狀的金屬片,由線圈引出的兩條線頭,經彈簧片分別與兩個金屬片相接觸。另外,再用兩根導線與兩個金屬片接觸,以引出電流。這個裝置,就叫做整流子,在后來的發電機上仍得到應用。
整流子為什么能保持電流方向不變呢?這是因為電流從線圈流入整流子,而整流子是和磁鐵一起旋轉的。當磁鐵轉過半圈,線圈中電流方向倒逆過來,整流子也正好轉過半周來而掉轉了方向,因而輸出的電流方向始終是不變的。
皮克希發明的這種發電機在世界上是首創,當然也有其不足之處。需要對它進行改進的地方,一是轉動磁鐵不如轉動線圈更為方便靈活;二是通過整流子可以得到定向的電流,但是電流強弱還是不斷變化的。為改變這種情況,人們采用增加一些磁鐵和線圈數量,并稍微錯開地將變化的電流一起引出的辦法,使輸出電流的強度變化控制在一定的范圍內。
從皮克希發明發電機后的30 多年間,雖然有所改進,并出現了一些新發明,但成果不大,始終未能研制出能輸出像電池那樣大的電流,而且可供實用的發電機。
1867 年,德國發明家韋納•馮•西門子對發電機提出了重大改進。他認為,在發電機上不用磁鐵(即永久磁鐵),而用電磁鐵,這樣可使磁力增強,產生強大的電流。
西門子用電磁鐵代替永久磁鐵發電的原理是,電磁鐵的鐵芯在不通電流時,也還殘存有微弱的磁性。當轉動線圈時,利用這一微弱的剩磁發出電流,再反回給電磁鐵,促使其磁力增強,于是電磁鐵也能產生出強磁性。 接著,西門子著手研究電磁鐵式發電機。很快就制成了這種新型的發電機,它能產生皮克發電機所遠不能相比的強大電流。同時,這種發電機比連接一大堆電池來通電要方便得多,因而它作為實用發電機被廣泛應用起來。
西門子的新型發電機問世后不久,意大利物理學家帕其努悌于1865 年發明了環狀發電機電樞。這種電樞是以在鐵環上繞線圈代替在鐵芯棒上繞制的線圈,從而提高了發電機的效率。
實際上,帕斯努悌早在1860 年就提出了發電機電樞的設想,但未能引起的人們的注意。1865 年,他又在一本雜志上發表了這一獨創性的見解,仍未得到社會的公認。
到了1869 年,比利時學者古拉姆在法國巴黎研究電學時,看到了帕其努悌發表的文章,認為這一發明有其優越性。于是,他就根據帕其努悌的設計方案,兼采納了西門子的電磁鐵式發電機原理進行研制,于1870 年制成了性能優良的發電機。
在帕其努悌的發明中,對發電機的整流子部分進行了重要改進,使發電機發出的電流強度變化極小。而采用帕其努悌設計方案制成的古拉姆式發電機,其發出的電流強度變化也很小。這是古拉姆發電機的優良性能的表現之一。
古拉姆發電機的性能好,所以銷路很廣,他不僅發了財,而且被人們譽為“發電機之父”。
有些人看到古拉姆發明發電機獲得成功,也想對發電機進行改進從而制造出更先進的發電機。在這些人中,就有德國的西門子公司研究發電機的工程師阿特涅。他發明了古拉姆發電機不同的線圈繞線方式,制成了性能良好的發電機。
古拉姆發電機的電樞是將鐵絲繞成環狀,在環與環之間夾上紙進行絕緣,然后將環捆在一起作為鐵芯,在其上面繞上導線線圈,再由線圈的不同部位引出一些導線,接向帶整流子。而阿特涅發電機的電樞,是用許多薄圓鐵板以紙絕緣后重疊起來,制成鐵芯,然后在上面繞上導線線圈。人們把這種方法叫做“鼓卷”,意思是像鼓一樣的形狀。經過這種改進后,發電機無論是外觀或是性能,都比原來有了很大起色。
西門子公司由于阿特涅的這項發明而益發馳名。于是,德國以西門子公司為核心,大力研制各種發電機,從而使電力工業得到了迅速的發展。
隨著發電機的逐漸大型化,轉動發電機的動力也發生了變化。其中以水力作動力更使人們感興趣。這是因為用水力轉動大型發電機較方便,而且不消耗燃料,成本低。因此,西門子公司又投入水力發電的研究工作。
利用水力發電與水力發電不同,前者必須將發電機安裝在水流湍急的地方,也就是水流落差大的地方。這樣,就必須在山中河川的上游發電,然后再輸送到遠方的城市。
為了遠距離輸送電,就要架設很長的輸電線。但是,在輸電線中通過很強的電流時,電線就要發熱,這樣,好不容易發出的電能在送向遠方的途中,卻因為電線發熱而損耗掉了。
為了減少電能在長距離輸送中的發熱損耗,可以采用的辦法有兩個:一是增加電壓的截面積,即將電線加粗,減小電阻;二是提高電壓而減小電流。
前一個措施因需要大量的金屬導線,而且架設很粗的導線有很多困難,因而很難得到采用。比較起來,還是后一個措施有實用價值。然而,對于當時使用的直流電來說,使其電壓提高或降低都是難以實現的。于是,人們只得開始考慮利用電壓很容易改變的交流電。
看來,將直流發電機改為交流電發電機比較容易,主要是取掉整流子就行了。所以,西門子公司的阿特涅便于1873 年發明了交流發電機。此后,對交流發電機的研究工作便盛行起來,從而使這種發電機得到了迅速的發展


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