发电机出租基本知识—发电机的历史发展——发电机历史

在发现磁与电之间的联系之前，发明了静电发生器。它们通过使用移动的带电带，板和盘进行静电原理操作，带电荷到高电位电极。使用两种机制中的任一种产生电荷：静电感应或摩擦电效应。这种发电机产生非常高的电压和低电流。由于它们的低效率和绝缘的难度生产非常高电压的机器，静电发生器具有低额定功率，并且从未用于产生商业上大量的电力。它们唯一的实际应用是为早期的X射线管供电，后来在一些原子粒子加速器中供电。

 

发电机出租基本知识_法拉第盘发生器

主条目：同极发电机

电磁发电机的工作原理是由Michael Faraday在1831年至1832年间发现的。的原则，后来被称为法拉第定律，是一个电动势在环绕一个变化的电导体产生的磁通量。

 

他还建造了第一台电磁发电机，称为法拉第盘 ; 一种单极发电机，使用在马蹄形磁铁的磁极之间旋转的铜盘。它产生了一个小的直流电压。

 

由于磁盘中不受磁场影响的区域中的电流的自消除逆流，这种设计是低效的。虽然直接在磁体下方感应出电流，但是电流将在磁场影响之外的区域中向后循环。该逆流限制了输出到拾取线的功率，并引起铜盘的废物加热。后来的单极发电机将通过使用围绕盘周边布置的磁体阵列来解决该问题，以在一个电流流动方向上保持稳定的场效应。

 

另一个缺点是输出电压非常低，这是由于通过磁通量的单个电流路径。实验者发现，在线圈中使用多匝导线可以产生更高，更有用的电压。由于输出电压与匝数成比例，因此可以通过改变匝数来容易地设计发电机以产生任何所需的电压。绕线成为所有后续发电机设计的基本特征。

 

发电机基本知—Jedlik和自激现象

独立于法拉第，ÁnyosJedlik于1827年开始用电磁旋转装置进行实验，他称之为电磁自转子。在单极电启动器的原型（1852年至1854年之间完成）中，固定和旋转部件都是电磁的。这也是发电机自激原理的发现，[2]它取代了永磁体的设计。他也可能在1861年（西门子和惠斯通之前）制定了发电机的概念，但没有申请专利，因为他认为他不是第一个意识到这一点。[3]

 

发电机基本知—直流发电机

主条目：Dynamo

在磁场中旋转的线圈产生电流，该电流随着每180°旋转而改变方向，交流电（AC）。然而，许多早期用电需要直流电（DC）。在第一个称为发电机的实用发电机中，AC通过换向器转换成DC，换向器是电枢轴上的一组旋转开关触点。换向器每转动180°旋转电枢绕组与电路的连接，产生脉冲直流电流。最早的发电机之一是由Hippolyte Pixii于1832年建造的。

 

该发电机是能够为行业提供动力的第一发电器。1844年的Woolrich电气发电机，现在位于伯明翰科学博物馆的Thinktank，是工业过程中使用的最早的发电机。[4]它被Elkingtons公司用于商业电镀。[5] [6] [7]

 

现代发电机适用于工业应用，由Charles Wheatstone爵士，Werner von Siemens和Samuel Alfred Varley 独立发明。Varley于1866年12月24日取得专利，而西门子和惠斯通于1867年1月17日宣布了他们的发现，后者向皇家学会提交了他的发现论文。

 

“电动发电机”采用自供电电磁场线圈而不是永磁体来产生定子磁场。[8]惠斯通的设计类似于西门子，不同之处在于西门子设计中定子电磁铁与转子串联，但在惠斯通的设计中，它们是平行的。[9]使用电磁铁而不是永久磁铁大大增加了发电机的功率输出，并首次实现了高功率发电。本发明直接导致了电的第一个主要工业用途。例如，在19世纪70年代，西门子使用电磁发电机为电弧炉提供动力，用于生产金属和其他材料。

 

开发的发电机由提供磁场的静止结构和在该场内转动的一组旋转绕组组成。在较大的机器上，恒定磁场由一个或多个电磁铁提供，电磁铁通常称为励磁线圈。

 

由于现在几乎普遍使用交流电进行配电，现在很少看到大型发电发电机。在采用交流电之前，非常大的直流发电机是发电和配电的唯一手段。由于AC能够很容易地转换为非常高的电压并允许在很远的距离内实现低损耗，因此AC已成为主导。

 

发电机出租基本知—同步发电机（交流发电机）

主条目：交流发电机

Ferranti 交流发电机，c。1900。

通过一系列的发现，发电机被许多后来的发明所取代，特别是交流发电机，它能够产生交流电。众所周知，它是同步发电机（SGs）。同步机器直接连接到网格，需要在启动期间正确同步。[10]此外，他们对特殊控制感到兴奋，以提高电力系统的稳定性。[11]

 

交替电流产生系统以Michael Faraday最初发现的电流磁感应的简单形式已知。法拉第自己建造了一台早期的交流发电机。他的机器是一个“旋转矩形”，其操作是异极的 - 每个有源导体连续通过磁场方向相反的区域。[12]

 

英国电工JEH Gordon于1882年建造了大型两相交流发电机。1886年，西屋电气公司的雇员威廉·斯坦利（William Stanley，Jr。）首次公开演示了“交流发电机系统” 。[13]

 

Sebastian Ziani de Ferranti于1882年创立了Ferranti，Thompson和Ince，推销他的Ferranti-Thompson Alternator，在着名物理学家Lord Kelvin的帮助下发明。[14]他早期的交流发电机产生的频率在100到300 赫兹之间。Ferranti 于1887年使用交流系统为伦敦电力公司设计了Deptford电站。在1891年建成后，它成为第一个真正的现代化发电站，提供高压交流电源，然后“逐步降低”供各消费者使用。这个基本系统今天仍在世界各地使用。

 

1891年之后，引入多相交流发电机以提供多个不同相的电流。[15]后来的交流发电机设计用于变化的十六到大约一百赫兹的交流频率，用于电弧照明，白炽灯和电动机。[16]

 

发电机出租基本知—自激

主条目：激励（磁性）

随着对更大规模发电的要求的增加，一个新的限制增加：永磁体可用的磁场。将发电机产生的少量功率转移到电磁场线圈允许发电机产生更多的功率。这个概念被称为自激。

 

励磁线圈与电枢绕组串联或并联。当发电机首次开始转动时，铁芯中存在的少量剩余磁力提供磁场以使其启动，从而在电枢中产生小电流。这流过励磁线圈，产生更大的磁场，产生更大的电枢电流。这种“自举”过程一直持续到核心中的磁场由于饱和而平稳，并且发电机达到稳态功率输出。

 

非常大的发电站发电机通常利用单独的较小发电机来激励较大的发电机线圈。如果发生严重的大规模停电，发电站的孤岛发生，电台可能需要进行黑启动以激励其最大发电机的电场，以恢复客户的电力服务。[17]

 

发电机出租基本知—专业类型的发电机

直流电（DC）

一类重要的直流发电机是发电机 - 这些电机带有换向器以产生（直流）直流电，并且是自激式的 - 它们的励磁电磁铁由机器自身的输出供电。其他类型的直流发电机使用单独的直流电源来激励其磁场磁铁。

 

发电机出租基本知—同极发电机

主条目：同极发电机

单极发电机是DC 发电机，包括在垂直于均匀静磁场的平面内旋转的导电盘或圆筒。在盘的中心和边缘（或圆柱的端部）之间产生电位差，电极性取决于旋转方向和场的方向。

 

它也被称为单极发电机，非循环发电机，磁盘发电机或法拉第盘。在小型演示模型的情况下，电压通常较低，大约几伏，但是大型研究发电机可以产生数百伏特，而一些系统具有多个串联的发电机以产生更大的电压。[18]它们的不寻常之处在于它们可以产生巨大的电流，超过一百万安培，因为可以使单极发电机具有非常低的内阻。

 

发电机出租基本知—磁流体动力学（MHD）发生器

主要文章：磁流体动力发电机

磁流体动力发电机直接从通过磁场移动热气体中提取电力，而无需使用旋转电磁机械。MHD发电机最初开发是因为等离子MHD发电机的输出是火焰，能够很好地加热蒸汽 发电厂的锅炉。第一个实用的设计是AVCO Mk。25，发展于1965年。美国政府资助了大量开发，最终在1987年建成了一座25兆瓦的示范工厂。在苏联从1972年到1980年代末期，MHD工厂U 25在莫斯科电力系统的常规商业运营中。额定功率为25兆瓦，是当时世界上最大的MHD工厂。[19] MHD发电机作为一个顶部循环目前（2007）比联合循环 燃气轮机效率低。

 

交流电（AC）

感应发电机

主条目：感应发电机

感应交流电动机可用作发电机，将机械能转换成电流。感应发电机通过机械转动转子比同步速度更快地操作，从而产生负滑动。常规的AC异步电动机通常可以用作发电机，无需任何内部修改。感应发电机可用于诸如小型水力发电厂，风力涡轮机或用于降低高压气流以降低压力的应用，因为它们可以通过相对简单的控制来回收能量。它们不需要激励电路，因为旋转磁场是通过定子电路的感应提供的。它们也不需要调速器设备，因为它们固有地以连接的电网频率运行。

 

为了操作，感应发电机必须以超前电压激励; 这通常通过连接到电网来完成，或者有时通过使用相位校正电容器来自激励。

 

线性发电机

主要文章：线性交流发电机

在最简单的线性发电机中，滑动磁铁通过螺线管来回移动- 一个铜线轴。一个交变电流在导线的环诱导法拉第电磁感应定律，在各磁铁滑过时间。这种发电机用于法拉第手电筒。较大的线性发电机用于波浪发电方案。

 

变速恒频发电机

许多可再生能源努力试图收获机械能（风，潮汐等）的自然来源以产生电力。由于这些源在施加的功率中波动，使用永磁体和固定绕组的标准发电机将提供未调节的电压和频率。调节的开销（无论是在发电机通过齿轮减速之前还是在通过电气装置产生之后）与自然获得的能量成比例地高。

 

新型发电机设计，如异步或感应单馈发电机，双馈发电机或无刷绕线转子双馈发电机，在变速恒频应用中取得了成功，例如风力涡轮机或其他可再生能源技术。因此，这些系统在某些使用情况下提供成本，可靠性和效率益处。