Wednesday May 25, 2022

-例如散热用的通风风扇、方便接线的接线盒、外壳、支架等等

  再有几天就到了老刘停止更新一个月的日子了,为了不让这种尴尬的事情发生,老刘决定在情人节这个好日子里紧急刷一篇,毕竟我们搞机的钢铁直男是不需要过情人节的。

  之前老刘说过发电机组就是发动机加发电机,发动机带动发电机转起来,就可以发电了。

  “发电机组”的构成

  也说过了发动机是怎么转起来的,活塞上下运动,通过连杆带动曲轴转动。

  内燃机原理,四冲程及其他

  显然这次该说说发电机了,为啥转起来就可以发电了呢?

  发电机的原理其实非常简单,受过九年义务教育的人都在初中物理课本里学过,就是导线切割磁力线产生感生电流,所以说把发电机说清楚其实也就四步而已:

  好吧,严肃点,正如二踢脚和火箭原理差不多,但实际上差好多一样,从导线切割磁力线到真正的发电机,还是有挺远的路要走的。

  首先,明确一个最基本的结构上的概念,由于一些现实的原因,真正的发电机里是磁铁在中间转动(由发动机驱动),称为转子,导线在周围固定不动,称为定子,这两个子构成了发电机的绝对核心部件。

  1转子

  转子就是磁铁,为了提高效率,转子会具有很多个磁极,均匀分布,最常见的是四极和六极(下图为六极)。具体采用多少极,和发动机的转速有关,转速、极数、输出频率三者之间是有一个换算公式的。

  2转子励磁线圈

  严格的说,转子是电磁铁,在磁极上需要绕上线圈,通电之后才会有磁性,然后才能够发电。给转子的线圈通电的这个回路称为励磁,是一个专门的控制系统。通过控制励磁电流的强度,可以调整转子磁性的强度,对应的输出电压(不是输出功率!)也会有改变。励磁系统和调压控制需要一定的基础只是才能理解,以后单开一个话题来说,今天不展开。

  实际的转子长这样:

  3定子铁芯

  前面说过,定子是围绕在转子周围的线圈,但这些线圈是需要有一个固定的地方的,这就是定子铁芯。由于线圈中有大功率的电流通过,会带来的很强的电磁效应,因此定子铁芯实际上是有很多硅钢薄片压在一起的,能够消除掉很多不利的影响。定子铁芯上开有很多沟槽,定子线圈就是按照一定的顺序绕在这些沟槽里。

  4定子线圈

  定子线圈就是把导线按照一定的规则装在定子铁芯上,最终引出输出的接头,也就是我们最终得到的交流电。从原理图上看定子线圈很简单,但线圈如何绕在铁芯里,也是大有学问的,不同的绕组截距会形成不同频率的谐波,在孤岛并机的项目中必须关注这个问题。

  5组装

  把定子和转子安装在一起,就形成了发电机组的主体结构。为了减小磁通量的损失,定子和转子需要在保证不碰撞的基础上尽量接近,它们之间的间隙非常小,是毫米级的。另外,把发动机和发电机组装在一起时,需要做两个轴承的对中,其精度要求一般在零点几毫米。

  6附件

  以上已经说完了发电机的核心结构,在这些基础上,增加一些必要的附件,例如散热用的通风风扇、方便接线的接线盒、外壳、支架等等,就完成了一台真正的发电机。

  7看图说话

  完整的发电机外观图:

  完整的发电机剖面图:

  8后记

  本文中所说的原理和结构适用于绝大多数形式的发电机,从几十瓦的“玩具”到几十万千瓦的大型发电机,无论是柴油机、燃气机、燃气轮机、甚至是风电、火电、核电等等,唯独要除掉的是光伏发电这种异端。光伏板直接操控电子产生电流,然后通过整流逆变输出我们需要的交流电,根本不存在这种旋转磁场的结构。

  好了,机要搞,节也得过,祝大家情人节快乐,和自己老婆/女朋友过节的心想事成,和别人老婆/女朋友过节的不要被抓到,被抓到了也尽量不要被揍的太狠。

  Valentine\’s Day

DF566

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