发电机的发展

发电机英文名称：Generators，最早产生于第二次工业革命时期，是在1866年由德国工程师西门子制成，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机能传给发电机，再由发电机转换为电能。电能是现代社会最主要的能源之一。

尽管有各式各样的发电机，但其工作原理都是一样的，基于电磁力定律和电感应定律。所以，发电机构造的一般原则是：用适当的导电材料和导磁构成相互进行电磁感应的电路和磁路，以产生电磁功率，从而达到能量转换的目的。发电机的分类可归纳如下：

1、交流发电机(分三相和单相发电机)；

2、直流发电机；

3、异步发电机；

4、同步发电机。

发电机发展历史

在公元1831年，法拉第将一个封闭电路中的导线通过电磁场，导线转动有电流流过电线，法拉第因此了解到电和磁场之间有某种紧密的关连，他建造了第一座发电机原型，其中包括了在磁场中迥转的铜盘，此发电机产生了电力。在此之前，所有的电皆由静电机器和电池所产生，而这二者均无法产生巨大力量。但是，法拉第的发电机终于改变了一切。

1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机，其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势，并把这种电动势以直流电压形式输出

1866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机

1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。这种发电机是用水力来转动发电机转子的，经过反复改进，于1847年得到了3.2KW的输出功率

1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。美国的特斯拉在爱迪生公司的时候就决心开发交流电机，但由于爱迪生坚持只搞直流方式，因此他就把两相交流发电机和电动机的专利权卖给了西屋公司

1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市

1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂

1892年成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德

发电机工作原理

发电机主要由转子、定子、电刷、端盖及轴承等部件构成。定子是由定子铁芯、机座、线包绕组、及固定这些部件的其他结构件组成。转子由转子磁极、转子铁芯、滑环、(又称铜环.集电环)、转轴及风扇等部件组成。发电机电流的产生是通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势。通过接线端子引出，接在回路中，这样就产生了电流。由于电刷与转子相连处有断路处，使转子按一定方向转动，产生交变电流，简称交流电。

汽轮发电机是汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为3000转/分（频率为50Hz）或3600转/分（频率为60Hz）。核电站中汽轮机转速一般在1500转/分以上。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子正常采用细长的转子。尤其是在3000转/分以

上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。

柴油发电机是指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。柴油发电机组因体积小、移动方便等特点，作为备用电源，现在广泛使用于多个领域，例如：医院、机场、铁路、公路和、房地产、学校、通信等场所。

发电机类型

按照能源形态的不同，可以制成不同的发电机。利用水利资源和水轮机配合，可以制成水轮发电机；由于水库容量和水头落差高低不同，可以制成容量和转速各异的水轮发电机。利用煤、石油等资源，和锅炉，涡轮蒸汽机配合，可以制成汽轮发电机，这种发电机多为高速电机(3000rpm)。此外还有利用风能、原子能、地热、潮汐等能量的各类发电机。

柴油发电机组

以柴油为燃料的内燃机驱动的发电机，它起动迅速，操作方便，但内燃机发电成本较高。柴油发电机组一般是作为应急备用电源，或者流动电站和一些大电网还没有到达的地区使用。柴油发电机转速一般在1500转/分，它制造比较简单。因此，柴油发电机的结构部件，特别是转轴要有足够的强度和刚度，以防止这些部件因振动而断裂。此外，为防止因转矩脉动而引起发电机旋转角速度不均匀，造成电压波动，引起灯光闪烁。柴油发电机的转子也要求有较大的转动惯量，而且应使轴系的固有扭振频率与柴油机的转矩脉动中任一交变分量的频率相差20%以上，以免发生共振，造成断轴事故。

柴油发电机组组成

由柴油机、发电机和控制系统这三部分组成，发电机和柴油机有两种连接方式，一种是柔性连接，用连轴器把两部分对接起来；第二种是刚性连接，也是目前使用最多的一种连接方式，它是用高强度螺栓将发电机钢性连接片和柴油机飞轮盘连接而成。发电机和柴油机连接好后固定安装在公共底架上，然后配上冷却系统、控制系统及各种传感器。如转速、油压、电压、水温等传感器，通过这些传感器，操作人员就可以清楚的知道把柴油机的运行状态。同时有这些传感器就可以给发电机组设定一个上限，当达到或超过这个限定值时，控制系统就会报警，如果操作员此时没有采取措施，控制系统将会发出停机指定。柴油发电机组就是采取这种方式起到自我保护作用的，从而延长发电机组的使用寿命。传感器起接收和反馈各种信息的作用，真正显示这些数据和执行保护功能的是机组本身的控制系统。