风力发电机的发展简史
从早期用于取水灌溉和磨面的风车，一直发展到现在用于发电的大型风机，人们对风能的利用在人类历史发展的过程中从未停止。
早在4000年前的美索不达米亚地区（亚洲西南部底格里斯河和幼发拉底河两河流域间的古王国）当地居民立起了人类历史上第一台风车，1000年以后在东地中沿岸和中国也出现了当地最早的风车。直到7世纪欧洲才出现了当地最早的风车。早期的风车大约在17世纪达到发展的高潮，而当时的风车绝大多数用于灌溉和磨面。
图1.伊朗早期风车 图2.中国早期风车 图3..希腊早期风车
当人们开始用汽轮机和水轮机发电的时候，就有人建议利用风能进行发电，把原有的风车改造成可用于发电的风机，但是把风车改造成风力发电机的道路是曲折的，其中包含了大量的技术和现实问题，这些问题既包括驱动力和发电机的问题，也包括风机的传动、控制以及电流的储存和传输等诸多问题。
1887年苏格兰教授James
Blyth为了给用于照明的蓄电池充电而建立了人类历史上第一台用于发电的风机，该风机属于垂直轴型风机，高10米，叶轮直径8米。
图4.Blyth风机
几乎在同一个时间克利夫兰市(美国俄亥俄州东北部城市)的 Charles F.
Brush利用当时在美国广泛使用的风力水泵概念（Westermill，也被称作“America wind
rose”）建造了当时已经算非常先进的风机，该风机高20米，风轮直径17m，有144个由雪松木制作的叶片，通过两级皮带传动带动一个12
KW的直流发电机。其安全系统确保发电机在任何转速下电压不能超过90伏，控制系统控制发电机的输出电压保持在70伏左右。发电机产生的电能通过蓄电池储存起来，Charles
F. Brush 不仅是风力发电技术的先驱，也是美国电气工业的奠基人之一，有着杰出的成就。Brush
风机解决了很多令人头疼的问题，它不仅实现了自动控制，而且运行了20年。但是由于 Brush
本人对空气动力学缺乏的充足认识，加之当时的空气动力学还没有形成相当完备的理论体系，使得其设计的风机虽有较好的扭距输出，但是能量转换效率较低。
&&& 1891年丹麦
Askov大学教授 Poul La
Cour将气动翼型理论引入到风力发电机领域，并建造了一台只有四个叶片的直流风力发电机，该风机拥有相对较高的能量转换效率。Cour
采用电解水获得氢气的方法来实现能量的转化与贮存，氢气提供给燃气灯来照明。他还出版了世界第一本有关风电技术的学术期刊《Tidsskrift
for Vind Elektristitet》。到1918年第一次世界大战结束时，丹麦已建造了120台
Cour式风力发电机，总装机容量达到 3MW，发电量占到丹麦电力总消耗的3％。Cour
式风电机的风轮直径一般在20米以内，功率从20到35kW不等，最大风能利用系数在20％以上。
图5.Brush风机 图6.Cour风机
第一次世界大战之后，气动理论及相关技术发展到了一定的水平，所积累的大量经验促进了风电技术的进一步发展和理论的成熟。1920年德国人
Albert Betz
提出了风机从风中获得最大能量的物理学准则，1926年，他借鉴空气动力学中的翼形理论对风机叶片的外形进行优化设计，并由此得出了一种简便的设计方法，即著名的Betz设计理论。今天，在进行了一些改进之后，这些基本原理和方法还在为我们所使用。在这之后的时间里研工作者在风机的叶片，风机的结构，控制准则等方面不断的进行发展和研究，进一步推动了风电技术的发展。
二战期间，欧洲各国因战争影响风机技术的发展一度放缓或者中止。处于北欧的丹麦，由于能源相对匮乏，风电技术得到了相对持续的发展。丹麦人在大量实践的基础上其风机逐渐形成自己的特色，发展出了“丹麦型”风机。1941年，丹麦的
F.L. Smith 公司建造了一些双叶片和三叶片风机。这些风机配备的还是直流发电机。上世纪50年代，丹麦工程师 J.Juul
等开发了世界上第一台交流风力发电机 “Vester
Egesborg”。1956年，J.Juul为SEAS公司设计建造了著名的Gedser风机，该风机为三叶片上风风机，装有额定功率为200kW的异步交流发电机，采用电动偏航和定桨失速控制，为了避免过大的转速和载荷，叶片尖端特别设计了气动刹车装置，该风机在没有重大维护的前提下自动运行了11年。该款风机的出现标志着“丹麦型”风机理论的完全形成，其主要特征即为：异步并网发电机、失速型叶片和尖端气动刹车。1975年美国NASA为了其风能研究项目需要重新测量Gedser
风机的相关运行数据，Gedser风机又被重新整修，试运行几年后被拆除。目前它的机舱和叶片陈列在丹麦Bjerringbro电力博物馆。
图7.Gedser风机
德国在同一时期的风力发电技术的发展以 Ulrich W. H&tter
的风机为代表。1957年H&tter建成了他的原型机。该风机叶轮直径34m，双叶片，功率100kW，采用下风自动偏航设计。在以后的十多年时间里德国建造的许多风力发电机都采用了相似的设计理念，包括以后的GROWIEN
风机。而且该风机首次采用了由玻璃纤维复合材料制造的叶片。由于这种材料良好的机械性能和耐疲劳性能，该类型叶片得到了迅速的推广和使用，这也极大的促进了风力发电技术的发展。
图8.H&tter风机 图9.GROWIEN 风机
1941年，美国Smith公司建造了由工程师Putnam
设计的大型风力发电机（Smith-Putnam风机）。该风机叶轮直径53米，逆风偏航设计，配有额定功率1.25MW同步发电机。其两个巨大的叶片由不锈钢制成，通过连杆与主轴连接。为了实现转速调节和功率控制，该风机装备了液压变浆距系统。该风机是当时空气动力学研究和机械工艺技术的有效结合的产物，它代表了当时的技术发展水平。该风机在运行了4年以后与1945年因一只叶片折断而停止运行。
图10.Smith-Putnam风机
二战后初期，化石能源的价格曾一路走低，风力发电在经济上毫无优势可言，加上欧洲大陆各个国家刚刚摆脱战争的阴影，使得风力发电技术的发展进一步的放缓。但在美国一些急需电力的边远地区，小型风力发电机却得到了快速的发展。Jacob兄弟开发了著名的Jacobs小型风机，这种风机直径约4m，三个叶片，通过叶轮直接驱动直流发电机。从1920年到1960年，美国生产了上万台Jacob风机，功率从1.8kW到3kW不等。
图11.Jacobs 风机
上世纪70年代连续出现的两次能源危机使得化石原料的价格一路上涨,加上日益严重的环境问题，各个国家开始重新考虑对可再生能源的利用。在美国、丹麦、德国、英国、瑞典等国家政府项目的推动下，许多叶轮直径超过60m的大型风力发电机由国家投资被建立起来用于相关技术的研究和实验验证。具有代表性的有德国的GROWIAN风机（叶轮直径100m，3MW）,瑞典的
WTS 3风机(叶轮直径78m，3MW)，瑞典的 AEOLUS WTS 7风机(叶轮直径75m,2MW),美国的BOEING
MOD-2风机（叶轮直径91m,2.5MW）, GE Mod-1(2 MW, 叶轮直径61m
)等。由于缺乏相关的风机建造和运行管理经验以及相关的技术，最后这些风机没有一个真正长期运行下来的。但是在这个过程中，大量的技术和经验被积累下来，为以后的发展奠定了基础。八十年代中后期欧洲和美洲都继续着大型风力发电机的研发，而以欧洲取得的成就最大。
图12.WTS 3风机 图13.AEOLUS WTS 7 风机 图14. GE
在大型风机技术探索和发展的同时，成熟的小功率的风机（55kw）率先开始大规模应用。最有标志性的是上世纪80年代开始的美国加州风电潮。在美国的政策支持下，成千的风机被密密麻麻的布置在加州的山坡上，蔚为壮观。然而，这次风潮并没有持续多久的时间，1985年美国的支持计划终止后，大规模的风场建设便偃旗息鼓了。
图15.美国加州风电潮-1 图16.美国加州风电潮-2
大型风力发电机的商业化阶段在上世纪八十年代后开始逐渐来临。大规模的商业应用首先出现在北欧（这与该地区的其它能源相对缺乏有关，以丹麦为代表），各种不同概念的风机相继出现，各种商业公司纷纷推出各自的产品，整个市场在群雄逐鹿的过程中成熟起来。伴随着各种优势资源的整合，许多著名的风电厂商在竞争和优胜劣汰中逐渐胜出，水平轴三叶片风力发电机更是成为了商业应用的绝对主流。
风力发电技术已经曲曲折折的发展了一百多年，在这一百多年里，充满了各式各样的尝试、创新、成功和失败。经过了百年的洗礼，风电技术才逐渐成熟应用起来。如今德国，丹麦，美国等风电技术先进的国家无论是在风机设计技术上和还是在风机运行经验上都积累了丰富的经验。各种技术路线还在不断的互相借鉴并不断的改进和完善，各种新的概念和技术仍在不断的推出并应用于风电领域。陆上风资源已经开发完的德国等风电大国已经开始开发海上风场。中国也已经开始建设海上风场。
图17.海上风机-1 图18.海上风机-2
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直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这 个，但是 3 相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者 说发电机的转速也可以看出来是多少级数 以 50HZ 为例，2 级的就是 3000 转，4 级就 00 转 这样就好理解 了 直驱永磁风力发电机组特点 直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbi
ne Generators），是 一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多 极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于 齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件， 因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、 高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。 直驱式（无齿轮）风力发电机始于 20 多年前，由于电气技术和成本等 原因，发展较慢。随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。德国、美 国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开 发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最 高效率达 98%。 1997 年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发 电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有 E-33、E-48、E-70 等型 号，容量从 330 千瓦至 2 兆瓦，由德国 ENERCONGmbH 公司制造，它们的研 制始于 1992 年。2000 年，瑞典 ABB 公司成功研制了 3 兆瓦的巨型可变速风 力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机 Wind former，容 量 3 兆瓦、高约 70 米、风扇直径约 90 米。2003 年，在 Okinawa 电力公司 开始运行的 MWT-S2000 型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造 的 2 兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。 目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集 团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司， 兆瓦直驱式 2 永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司 与德国 AVAVTIS 公司联合推出的 2.5 兆瓦直驱变桨风力发电也将于 2008 年 二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九 州电气公司也分别研制出 1.5 兆瓦直驱式风力发电机。 编辑本段直驱永磁风力发电机组特点 编辑本段 直驱永磁风力发电机组特点 直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点 [1] ： 1.发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗， 提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。2.可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件， 直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。 同时，机组在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高。 3.运行及维护成本低：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部 件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行维护成本。 4.电网接入性能优异：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网 并网点电压跌落时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并 网运行，从而维持电网的稳定运行。 直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各 种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为 了提高发电效率，发电机的极数非常大，通常在 100 极左右，发电机的结 构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护。且永磁材料及稀土 的使用增加了一些不确定因素。直驱永磁风力发电机组发展情况概述 10:58:19一、概况 直驱式风力发电机，是一种由风轮直接驱动发电机的风力发电机组，亦称无齿轮风 力发电机组，这种风力发电机采用多极发电机与风轮直接连接进行驱动的方式，免去了 齿轮箱这一传统部件。 由于目前在某些兆瓦级风力发电机组中齿轮箱是容易过载和损坏 率较高的部件， 而无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱磨损问题而造成的机组 故障，可有效提高系统运行的可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场青睐。此 外，直驱式风电系统主要采用全功率变流技术，该技术可使风轮和发电机的调速范围扩 展到 0 %～150% 的额定转速，提高了风能利用范围。且全功率变流技术对低电压穿越技 术有很好的解决途径，为直驱式风力发电机进一步发展增加了优势。 对于直驱式风力发电机的研究，国外从 20 世纪 90 年代就开始了。1992 年，德国 ENERCON 公司开始研制直驱式励磁风力发电机组。1997 年，世界风力发电机市场上出现 了该公司开发的 E-33、E-48、E-70 等型号的直驱式励磁变速变桨距风力发电机组。这 些容量 330kW～2MW 的高产能、运行维护成本低的先进机型的优点逐渐显露，引起了风 电场开发商的青睐。2004 年以来，直驱式风力发电机的年安装量逐年增加。目前，德国 ENERCON 公司研制的直驱式励磁风力发电机组已有多个品种，最大功率已达到 7MW，该公司生产的直驱式励磁风力发电机组， 2009 年占据德国风电市场 55%以上的份额。 在 荷 兰 Largewey 风电公司现在也开始生产 2MW 的直驱永磁风力发电机组，并已经进入欧洲 市场。近来，德国西门子公司开发了 3.6MW 直驱永磁同步风力发电机组样机和 3MW 直驱 永磁同步风力发电机组，技术可利用率达 98%。 我国的中小型风力发电机组，从 100 瓦到 100 千瓦都是直驱永磁风力发电机组，2009 年中小型直驱永磁风力发电机组产量约 10 万台。到目前为止，中小型直驱永磁风力发 电机组已经累计生产约 60 万台，是世界上生产、应用最多的国家。在大型并网风力发 电机组开发领域，我国也拥有世界领先的直驱永磁风力发电机组制造技术。2009 年，我 国新增大型并网直驱永磁风力发电机组装机容量约 240 万千瓦， 而德国新增直驱励磁风 力发电机组装机容量约 115 万千瓦。因而，我国是 2009 年全球安装大型直驱式风力发 电机组最多的国家。现今，我国有 19 家企业在从事大型并网直驱永磁风力发电机组的 研发生产， 也是全球大型并网直驱永磁风力发电机组生产企业最多的国家。 我国在 1.5MW 直驱永磁机组已经实现大批量生产的基础上，又推出 2.5MW 直驱永磁机组，已经完成五 台样机的安装，目前已进行 6.0MW 直驱永磁风力发电机组研制项目。 二、直驱永磁风力发电机组特点 直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点： 1.发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率， 尤其是在低风速环境下，效果更加显著。 2.可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿 轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行， 旋转部件较少，可靠性更高。 3.运行及维护成本低：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮 箱油的定期更换，降低了运行维护成本。 4.电网接入性能优异：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落 时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定 运行。 直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各种有害冲击载 荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为了提高发电效率，发电机的 极数非常大，通常在 100 极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整 机吊装维护。且永磁材料及稀土的使用增加了一些不确定因素。 三、我国直驱型风力发电机组制造企业概况 近年来， 我国参与直驱永磁风力发电机组研发的企业数量逐年增加。 截至 2010 年 8 月底，国内永磁直驱型风力发电机组制造商已经达到 19 家（见附表），其中，国有、国有控股公司 10 家，民营制造企业 5 家，合资企业 3 家，外商独资企业 1 家。 根据企业的产品产业化落实程度，大致可分为以下四种类型： 第一类：产业化落实程度很好，已具备大批量生产能力的风力发电机组制造企业。 如：新疆金风科技股份有限公司、湖南湘电风能有限公司；第二类：产业化落实程度较 好，产品已成功投入运行并已小批量生产的风力发电机组制造企业，如：内蒙古航天万 源风机制造有限公司、东方电气新能源设备（杭州）有限公司、潍坊瑞其能电气有限公 司等；第三类：产品样机已投入运行试验，产业化工作正在进一步落实的风力发电机组 制造企业，如：哈尔滨风电设备股份有限公司、上海万德风力发电股份有限公司、广西 银河艾万迪斯风力发电有限公司等企业；第四类：正在进行样机研制或试验的企 业， 如：江苏新誉风力发电设备有限公司、山东鲁科风电设备有限公司等。1.直驱永磁风力发电机组配套部件制造企业概况 随着国内直驱式风力发电机组市场需求的扩大，直驱风力发电机组关键部件配套生 产企业有了较快的发展，风电设备制造和配套部件专业化产业链正逐步形成： 永磁发电机制造企业有：永济电机厂有限公司、株洲南车电机股份有限公司、湘潭 电机有限公司、大连天元电机公司和金风科技等，基本能够满足国内直驱永磁风力发电 机组市场需要。 生产叶片的企业在国内已有 50 多家，其中已经批量生产的企业有：中航（保定） 惠腾风电设备有限公司、中材科技公司、连云港中复连众复合材料集团、北京玻璃钢研 究院和天津 LM 公司等，其它企业正在建设或试制中。目前，国产风力发电机组叶片基 本能够满足国内风电产业发展的需要。 目前全功率的变流器主要采用 ABB 公司和奥地利 Windtec 等国外公司生产的设备。 现在国内已有金风科技、北京科诺伟业科技有限公司、北京景新电气公司、株洲时代集 团、 永济电机厂有限公司和哈尔滨九州电器等企业在研制生产大型直驱永磁风力发电机 组的全功率变流器。2010 年 2 月，大全集团与海军工程技术大学联合组建的“国家能源 新能源接入设备研发（实验）中心”研发的 2 MW 级永磁直驱风力发电变流器通过鉴定， 填补了国内空白，该变流器应用在湘电股份有限公司的风机上。 国内生产变桨和偏航轴承的企业有：洛阳轴承集团技术中心有限公司、瓦房店轴承 集团有限责任公司和徐州罗特艾德回转支承有限公司。这些公司也在试制主轴轴承，但 没有经过长期运行考验。 大部分公司还采用国外 SKF 和 FAG 的产品， 但供货周期比较长， 对风力发电机组产能会有一定影响。 2.国内并网直驱型风力发电机组的技术来源 根据对国内正在制造和生产的风力发电机组的调查分析， 其主要技术来源大致可分 为以下四类：第一类：与国外设计技术公司联合设计，在国内进行制造和生产，如：金风科技与德国 Vinces 联合设计的 1.5MW 直驱风力发电机组，现在已在国内大批量生产 和供货。还有东方电气新能源设备（杭州）有限公司与英国公司联合设计的 1.5MW 直驱 风力发电机组，现在这家公司的产品已经有小批量生产；第二类：与国外公司合资，引 进国外成熟技术在国内进行生产。 例如湘电风能、 广西银河艾万迪斯风力发电有限公司， 2.5MW 风机已在国内分别生产出产品样机； 第三类： 采用国内大学和科技公司自主创新、 自行开发的设计制造技术，在国内进行生产的风力发电机组。例如上海万德的 1.25MW 和 1.5MW 机组、 江苏新誉风力发电设备有限公司的 2MW 机组等都已经进入样机试制或试 验阶段；第四类：国外的风力发电机组制造公司在国内建立独资企业，将其成熟的设计 制造技术，在国内进行生产。如：荷兰联合能源公司的 1.6MW 机组就是采取这种方式进 行生产的，目前已进入试制阶段。 四、直驱永磁风力发电机组发展前景 直驱永磁风力发电机组发展前景 在直驱永磁风力发电机组制造应用方面， 我国新疆金风科技有限公司与德国 Vensys 公司合作研制的 1.5MW 直驱永磁风力发电机组，到 2009 年底，已有 1500 多台安装在风 电场。湘潭电机公司研制的 2MW 直驱永磁风力发电机组也已经在风电场批量投入运行， 其他如：广西银河艾迈迪、内蒙古航天万源、东方电气新能源、潍坊瑞其能、包头汇全 稀土、江西麦德公司和山东鲁能等，制造企业也研制出了直驱永磁风力发电机组。2009 年，我国新增大型风力发电机组中，直驱永磁风力发电机组的市场份额已超过 17%。 显然，直驱永磁风力发电机组的市场份额会逐年增加，而且会成为海上风力发电机 组的首选机型之一， 2010 年， 我国直驱永磁风力发电机组新增装机容量将占到大型风力 发电机组装机容量的 25%左右。直驱永磁风力发电机组与双馈式异步风力发电机组将并 驾齐驱中国风电场、成为我国风电市场上的两大主流机型。 附表 我国直驱型风力发电机组总装企业基本情况表序 号制造企业 名称 新疆金风 科技股份 有限公司 哈尔滨风 电设备股 份有限公 司 中钢集团 西安重机 有限公司机型主要技术参数 国有企业技术 来源 消化 吸收 自主 研发产品进展1变桨变速（直 驱） 变桨变速（直 驱） 变桨变速（直 驱）1500kW/70m/77m已大批量生产21500kW/77m小批试生产3沈阳 1500 kW/70m/77m 工大 技术正在试制转让 东方电气 新能源设 变桨变速（直 备（杭州） 驱永磁） 有限公司 株州南车 电机公司 与新疆金 风科技公 司 中钢集团 西安重机 有限公司 内蒙古航 天万源风 机制造有 限公司 河北省冀 东水泥集 团有限责 任公司 唐山正欣 实业集团 曹妃甸永 能风电科 技有限公 司 山东鲁科 风电设备 有限公司 1500kW/77m/82m 2500kW/100m/10 1m 与英 国公 司联 合设 计 自主 设计 沈阳 工大 技术 转让4小批量生产5变桨变速（直 驱）3200kW样机下线6变桨变速（直 驱永磁） 变桨变速（直 驱励磁） 变桨变速（直 驱永磁）1500 kW/70.4m 900kW/51.5m/54 m/58m 2000kW/90m样机运行7小批量生产 荷兰 EWT 技 术 正在试制 哈电 发电 设备 国家 工程 研究 中心 沈阳 工大 技术 转让 沈阳 工大 技术 转让 德国 萨尔 布吕 肯大 学联 合设8直驱永磁1500kW正在试制9变桨变速（直 驱）2000kW正在试制1500kW 变桨变速（直 驱） 2000kW 民营企业10样机下线11江苏新誉 风力发电 设备有限 公司变桨变速（直 驱）2000kW/83m正在试制计121314上海万德 风力发电 股份有限 公司 江西麦德 风能股份 有限公司 江苏中科 大地风电 科技有限 公司 上海荟懿 环保科技 有限公司变桨变速（直 驱） 变桨变速(直 驱) 变桨变速(直 驱永磁)1250kW/52m WD71～1500kW WD78～1500kW HW82/1500自主 研发 自主 研发 引进 德国 公司 技术 哈尔 滨电 站集 团直 驱技 术 荷兰 技术 许可 证 德国 技术正在试制样机已下线kW正在试制15变桨变速(直 驱永磁)kW正在研制合资企业 16 湖南湘电 风能有限 公司 广西银河 艾万迪斯 风力发电 有限公司 潍坊瑞其 能电气有 限公司 变桨变速（直 驱永磁） 2000kW/72m/82m 批量生产17变桨变速（直 驱） 变桨变速（直 驱） YZ78-1.5YZ87 -2.02500kW/m样机已下线18kW/78 m/92m 外资企业德国 技术小批量生产19荷兰联合 能源公司变桨变速（直 驱）1600kW德国 BLAST ER 公 司正在试制风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提 升，来促使发电机发电；它由机头、转体、尾翼、叶片组成，各部分功能为：叶 片用来接受风力并通过机头转为电能； 尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得 最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。 风力发电机因风量不稳定，故其输 出的是 13～25V 变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发 电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能 转变成交流 220V 市电，才能保证稳定使用。 希望对你有所帮助。发电机 求助编辑百科名片发电机 电能是现代社会最主要的能源之一。 发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备， 最 早产生于第二次工业革命时期，由德国工程师西门子于 1866 年制成，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械 能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有 广泛的用途。 编辑本段简介 英文名称：Generators 发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的 一般原则是： 用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路， 以产生电磁功 率，达到能量转换的目的。 发电机的分类可归纳如下： 发电机 ： 直流发电机、交流发电机、 同步发电机、异步发电机(很少采用) 交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。直流发电机 原理图 编辑本段工作原理 发电机主要由定子、转子、端盖.电刷.机座及轴承等部件构成。 定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯、转子磁极（有磁扼.磁极绕组)、滑环、(又称铜环.集电环)、风扇及转轴等部件组成。 通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转， 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，便产生了电流。由于电刷与转子相连处 有断路处，使转子按一定方向转动，产生交变电流所以家庭电路等电路中是交变电流，简称 交流电。我国电网输出电流的频率是 50 赫兹。 汽轮发电机 与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 50 赫）或 3600 转/分（频率为 60 赫） 。核电站中汽轮机转速较 低,但也在 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，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。特别是在 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。10 万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限 尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。为此必须加强电机的冷却。所 以 5～10 万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较好的氢冷或水冷技术。 年代以来， 70 汽轮发电机的最大容量已达到 130～150 万千瓦。 1986 年以来， 从 在高临界温度超导电材料 研究方面取得了重大突破。 超导技术可望在汽轮发电机中得到应用， 这将在汽轮发电机发展 史上产生一个新的飞跃。 编辑本段柴油发电机 基本信息由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，所以柴油发电机 组主要用作应急备用电源， 或在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 转速通常在 1000 转/分以下,容量在几千瓦到几千千瓦之间， 尤以 200 千瓦以下的机组应用较 多。它制造比较简单。柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，所以发电机是在剧烈振动的条 件下工作。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 主要由柴油机、发电机和控制系统组成，柴油机和发电机有两种连接方式，一为柔性连 接，即用连轴器把两部分对接起来，二为刚性连接，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， 目前使用刚性连接比较多一些， 柴油机和发电机连接好后安装在公共 底架上，然后配上各种传感器，如水温传感器，通过这些传感器，把柴油机的运行状态显示给操作员，而且有了这些传感器，就可以设定一个上限，当达到或超过这个限定值时控制系 统会预先报警，这个时候如果操作员没有采取措施，控制系统会自动将机组停掉，柴油发电 机组就是采取这种方式起自我保护作用的。 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。 柴油发电机型号含义 柴油机发电机组是以柴油机作动力， 驱动同步交流发电机而发电的电源设备。 为了便于 生产管理和使用， 国家对柴油机发电机组的名称和型号编制方法做了统一规定， 机组的型号 排列和符号含义如下图柴油发电机组的型号 其中符号和数字代表的型号含义如下： 1---输出额定功率（KW） ，用数字表示。 2---输出电压种类 G 代表交流工频；P 代表交流中频；S 代表交流双频；Z 代表直流。 3---发电机组类型；F 代表陆用；FC 代表船用；Q 代表汽车用；T 代表挂车用。 4---控制特征，缺位为手动（普通型）机组；Z 代表自动化机组；S 代表低噪声机组； SZ 代表低噪音自动化机组。 5---设计序号，用数字表示。 6---变型代号，用数字表示。 7---环境特征，缺位普通型；TH 代表湿热型。 柴油发电机组含义的实例 （5）120GFSZ1 代表输出额定功率 120KW、交流工频、陆用、低噪声、设计序列号为 1 的自动化柴油发电机组。 （6）200GFC1 代表输出额定功率 200KW、交流工频、船用、设计序列号为 1 柴油发 电机组。 （7）120GT6 代表输出额定功率 120KW、交流工频、挂车式（即拖车式） 、设计序列号 为 1 设计序列号为 6 的柴油发电机组。 （8）90GQ1 代表输出额定功率为 90KW、交流工频、汽车式、设计序列号为 1 的柴油 发电机组。 （9）17ZQ1 代表输出额定功率 17KW、直流、汽车式、设计序列号为 1 的柴油发电机 组。 有的国产柴油发电机组系列型号是由机组生产厂自行确定的，与上述型号含义不同。 柴油发电机原理 柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合， 在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。 柴油被点燃， 混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定 柴油发电机 顺序依次作功， 作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量， 从而带动曲轴旋 转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装， 就可以利用柴油机的旋转带动发电机的 转子， 利用‘电磁感应’原理， 发电机就会输出感应电动势， 经闭合的负载回路就能产生电流。 这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。 柴油发电机组是一种独立的发电设备， 系指以柴油等为燃料， 以柴油机为原动机带动发 电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄 电瓶、 保护装置、 应急柜等部件组成。 整体可以固定在基础上， 定位使用， 亦可装在拖车上， 供移动使用。 柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过 12h，其输出功率将 低于额定功率约 90%。 尽管柴油发电机组的功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配 套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工 厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。同时这种小型的发电机组也可以作为小 型的移动电站使用，成为很多企业的后备电源使用。 编辑本段类型 由于一次能源形态的不同，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。 此外，由于发电机工作原理不同又分作直流发电机，异步发电机和同步发电机。目前在 广泛使用的大型发电机都是同步发电机。 编辑本段滚筒直流发电机使用注意事项 1、购买和使用发电机，应当符合铭牌上的技术要求，如电压，功率和额定输出电流等。 例如用于丰收―27 型拖拉机，东方红―40 型拖拉机等，常用 150 瓦发电机，额定输出电流 为 13 安；用于铁牛―55 型拖拉机常用 220 瓦发电机，额定输出电流为 18 安。 2、用于拖拉机上的发电机通常为并激式，也就是说发电机激磁线圈是并联的，所以， 总要有一端通过机壳与电枢线圈是并联的，所以，总要有一端通过机壳与电枢线圈相接。若 激磁发电机原理 线圈在发电机内通过机壳与电枢线圈相接叫内搭铁（图 5―1） ，即叫“内搭铁发电机”；若激 磁线圈在发电机外通过调节器搭铁（图 5―2） ，即叫“外搭铁发电机”。国产拖拉机目前使用 的直流发电机均为内搭铁。在接线时，一定要将激磁线圈的引出线与搭铁的碳刷架相接，激 磁线圈便无电流通过，发电机不会发电。另外有些进口的拖拉机上使用外搭铁发电机，如果 改为内搭铁发电机，只要调换发电机激磁线圈抽头接线即可。3、发电机壳上两个接线柱，一般均有“电枢”“磁场”字样注明。如文字标注不清，可用 下述方法识别。 1) 电枢接线柱：直径较粗；是接在绝缘的刷架上。 2) 磁场接线柱：直径较细；磁场线圈一个端头就按在上面。 4 、在拖拉机上的发电机是由发动机带动的，所以转动方向是一定的，在检修时若将发 电机反向旋转就不发电， 这是因为正转时电枢线圈在磁场的作用下感应出的电流经调节器与 激磁线圈相通。激磁线圈通电后的磁场方向与铁芯剩磁方向相同，因而磁场不断增强，电压 迅速升高。 反转时电流方向与正转时相反， 使激磁线圈通电后的磁场方向与铁芯剩磁方向相 反，磁场越来越弱，使发电机不能发电。 5、当发电机电枢不经负载短路时，发电场是不会烧坏的。这是因为拖拉机上使用的直 流发电机均为并激式。 发电机于额定功率下工作时， 电枢绕组产生的电流大部分输向外电路， 小部分输入激磁绕组产生磁场。当电枢接线柱与机壳短路时，发电机电流迅速增大，此时在 电机内产生很大的压降和强烈的电枢反应，使输出的电压急剧下降，激磁电流迅速消失，发 电机电压趋近于零。因此，当电枢接线柱与机壳短路时不会烧坏发电机。 6、在使用中有时发现发电机极性突然改变的现象（即发出的电流方向改变） 。这是因为 输出电流骤然增大时， 电机内部强烈的电枢反应使铁芯剩磁方向改变而引起。 遇到这种情况 必须将其改变过来，才能使充电电路正常工作。改变的方法是：将蓄电池正极与机壳连接， 负极与磁场接线柱相触 2―3 秒，即能改变磁极铁芯的剩磁方向。 （在正极搭铁的系统中） 。 有时，在检修中用蓄电池做电源，用跳火花法检查激磁线圈故障时，如不注意连接的极性， 把蓄电池负极当成搭铁极，改变了激磁线圈的电流方向，从而使铁芯剩磁方向改变了。由于 剩磁方向的改变，则发电机电压极性也随之改变。这是应当注意的。 7、一般的直流发电机整流子铜片间的云母片都低于铜片。这是因为铜片比云母片磨损 速度快，使用一段时间云母片就会高出整流子铜片，使碳刷悬空。这样整流子和碳刷之间就 会出现强烈火花。为避免此现象，整流子车光后应用锯片将云母割低于整流子铜片 0.8 毫米 左右。但有的直流发电机如 ZF―28 型和 ZF―33 型，整流子铜片间采用人工云母，它与铜 片磨损速度相近，故出厂时未将云母片割低，检修这种发电机就不需割低。 编辑本段风力发电机 是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以 大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。 但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期 利用。 水利发电机是将水的动能和重力势能转换为机械功的动力机械。 我国的三峡就是很好的 例子。在发电这一块最好要数核能发电了，不过相对核能污染较大。所以我国现在广泛还是 用煤炭发电。目前我国煤炭资源吃紧，煤炭价格一直在涨，这也是为什么现在会有电荒的出 现的主要原因。[1] 编辑本段柴油发电机 柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合， 在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。 柴油被点燃， 混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作 功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装， 就可以利用柴油机的旋转带动发电机的 转子， 利用‘电磁感应’原理， 发电机就会输出感应电动势， 经闭合的负载回路就能产生电流。 编辑本段同步发电机基本信息 作发电机运行的同步电机。是一种最常用的交流发电机。在现代电力工业中，它广泛用 于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。由于同步发电机一般采用直流励磁，当 其单机独立运行时，通过调发电机 节励磁电流， 能方便地调节发电机的电压。 若并入电网运行， 因电压由电网决定， 不能改变， 此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。 同步发电机的定子、转子结构与同步电机相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步 发电机中电枢绕组采用单相。 工作特性 表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。 这些特性是用户选用发电机的 重要依据。 空载特性 发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁 电流 If 感生出的空载电动势 E0（三相对称） ，其大小随 If 的增大而增加。但是，由于电机 磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比（图 1） 。反映空载电动势 E0 与励磁电流 If 关系的 曲线称为同步发电机的空载特性。 电枢反应 当发电机接上对称负载后， 电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场， 称电枢反应 磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。 同步发电机的电枢反应磁场与转子励磁磁场均可近似地认为都按正弦规律分布。 它们之 间的空间相位差取决于空载电动势 E0 与电枢电流 I 之间的时间相位差。电枢反应磁场还与 负载情况有关。当发电机的负载为电感性时，电枢反应磁场起去磁作用，会导致发电机的电 压降低；当负载呈电容性时,电枢反应磁场起助磁作用,会使发电机的输出电压升高。 负载运行特性 主要指外特性和调整特性。 外特性是当转速为额定值、 励磁电流和负载功率因数为常数 时，发电机端电压 U 与负载电流 I 之间的关系,如图 2 所示。调整特性是转速和端电压为额 定值、负载功率因数为常数时,励磁电流 If 与负载电流 I 之间的关系，如图 3 所示。图 2 中 还显示出电阻性、电容性和电感性 3 种负载的情况。由于电枢反应磁场影响的不同，三者的 曲线也不一样。在外特性中，从空载到额定负载时电压的变化程度称为电压变化率△U，常 用百分数表示为同步发电机的电压变化率约为 20～40%。一般工业和家用负载都要求电压保持基本不 变。为此，随着负载电流的增大,必须相应地调整励磁电流。图 3 所示为 3 种不同性质负载 下的调整特性。虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯电阻性负载，它 是上升的，而在容性负载下，一般是下降的。 。 高速同步发电机 因大多数发电机与原动机同轴联动， 火电厂都用高速汽轮机作原动机， 所以汽轮发电机 通常用高转速的 2 极电机,其转速达 3000 转/分（在电网频率为 60 赫时,为 3600 转/分） 。核 电站多用 4 极电机，转速为 1500 转/分（当电网频率为 60 赫时，为 1800 转/分） 。为适应高 速、 高功率要求， 高速同步发电机在结构上一是采用隐极式转子， 二是设置专门的冷却系统。 ①隐极式转子：外表呈圆柱形，在圆柱表面开槽以安放直流励磁绕组，并用金属槽楔固 紧，使电机具有均匀的气隙。由于高速旋转时巨大的离心力，要求转子有很高的机械强度。 隐极式转子一般由高强度合金钢整块锻成，槽形一般为开口形，以便安装励磁绕组。在每一 个极距内约有 1/3 部分不开槽,形成大齿；其余部分的齿较窄，称做小齿。大齿中心即为转子 磁极的中心。有时大齿也开一些较小的通风槽，但不嵌放绕组；有时还在嵌线槽底部铣出窄 而浅的小槽作为通风槽。 隐极式转子在转子本体轴向两端还装有金属的护环和中心环。 护环 是由高强度合金制成的厚壁圆筒， 用以保护励磁绕组端部不至被巨大的离心力甩出； 中心环 用以防止绕组端部的轴向移动，并支撑护环。此外，为了把励磁电流通入励磁绕组，在电机 轴上还装有集电环和电刷。 ②冷却系统： 由于电机中能量损耗和电机的体积成正比， 它的量级与电机线度量级的三 次方成比例， 而电机散热面的量级只是电机线度量级的二次方。 因此， 当电机尺寸增大时 （受 材料限制，增大电机容量就得加大其尺寸） ，电机每单位表面上需要散发的热量就会增加， 电机的温升将会提高。 在高速汽轮发电机中， 离心力将使转子表面和转子中心孔表面产生巨 大的切向应力， 转子直径越大， 这种应力也越大。 因此， 在锻件材料允许的应力极限范围内,2 极汽轮发电机的转子本体直径不能超过 1250 毫米。大型汽轮发电发电机 机要增大单机容量， 只有靠增加转子本体的长度 （即用细长的转子） 和提高电磁负荷来解决。 目前,转子长度可达 8 米，已接近极限。要继续提高单机容量，只能是提高电机的电磁负荷。 这使大型汽轮发电机的发热和冷却问题变得特别突出。为此，已研制出多种冷却系统。 对 于 50000 千瓦以下的汽轮发电机， 多采用闭路空气冷却系统， 用电机内的风扇吹拂发热部件 降温。对于容量为 5～60 万千瓦的发电机,广泛使用氢冷。氢气（纯度 99%）的散热性能比 空气好，用它来取代空气不仅散热效果好，而且可使电机的通风摩擦损耗大为降低，从而能 显著提高发电机的效率。但是，采用氢冷必须有防爆和防漏措施，这使电机结构更为复杂， 也增加了电极材料的消耗和成本。此外，还可采用液体介质冷却,例如水的相对冷却能力为 空气的 50 倍,带走同样的热量，所需水的流量比空气小得多。因此，在线圈里采用一部分空心导线，导线中通水冷却，就可以大大降低电机温升,延缓绝缘老化,增长电机寿命。1956 年, 英国首创第一台 12000 千瓦定子线圈水内冷汽轮发电机。1958 年，中国由浙江大学、上海 电机厂首先研制成第一台定、转子线圈都采用水内冷的 12000 千瓦双水内冷汽轮发电机， 为这种冷却方式奠定了基础。 世界一些国家在大容量电机中也广泛采用水内冷技术， 并制造 出了几十万到一百多万千瓦的巨型发电机。除了水冷外,液体冷却介质还可使用变压器油， 其相对导热能力约为水的 40%，绝缘性能好，可将发电机额定电压提高到几万伏，从而节 约了升压变压器的投资。近年来，还在研究用氟利昂作为冷却介质的蒸发冷却技术。氟利昂 绝缘好，很容易气化，利用其气化潜热来冷却电机，是一种有意义的探索方向。 低速同步发电机 多数由较低速度的水轮机或柴油机驱动。电机磁极数由 4 极到 60 极,甚至更多。对应的 转速为
转/分及以下。由于转速较低,一般都采用对材料和制造工艺要求较低的凸 极式转子。 凸极式转子的每个磁极常由 1～2 毫米厚的钢板叠成，用铆钉装成整体,磁极上套有励磁 绕组（图 4） 。励磁绕组通常用扁铜线绕制而成。磁极的极靴上还常装有阻尼绕组。它是一 个由极靴阻尼槽中的裸铜条和焊在两端的铜环形成的一个短接回路。磁极固定在转子磁轭 上，磁轭由铸钢铸成。凸极式转子可分为卧式和立式两类。大多数同步电动机、同步调相机 和内燃机或冲击式水轮机拖动的发电机，都采用卧式结构；低速、大容量水轮发电机则采用 立式结构。 卧式同步电机的转子主要由主磁极、磁轭、励磁绕组、集电环和转轴等组成。其定子结 构与异步电机相似。 立式结构必须用推力轴承承担机组转动部分的重力和水向下的压力。 大 容量水轮发电机中，此力可高达四、五十兆牛（约相当于四、五千吨物体的重力） ，所以这 种推力轴承的结构复杂，加工工艺和安装要求都很高。按照推力轴承的安放位置，立式水轮 发电机分为悬吊式和伞式两种。悬吊式的推力轴承放在上机架的上部或中部，在转速较高、 转子直径与铁心长度的比值较小时， 机械上运行较稳定。 伞式的推力轴承放在转子下部的下 机架上或水轮机顶盖上。负重机架是尺寸较小的下机架，可节约大量钢材，并能降低从机座 基础算起的发电机和厂房高度。 同步发电机的并联运行 同步发电机绝大多数是并联运行，并网发电的。各并联运行的 同步发电机必须频率、电压的大小和相位都保持一致。否则，并联合闸的瞬间，各发电机之 间会产生内部环流，引起扰动，严重时甚至会使发电机遭受破坏。但是，两台发电机在投入 并联运行以前， 一般说来它们的频率与电压的大小和相位是不会完全相同的。 为了使同步发 电机能投入并联运行， 首先必须有一个同步并列的过程。 同步并列的方法可分为准同步和自 同步两种。同步发电机在投入并联运行以后，各机负载的分配决定于发电机的转速特性。通 过调节原动机的调速器，改变发电机组的转速特性，即可改变各发电机的负载分配，控制各 发电机的发电功率。 而通过调节各发电机的励磁电流， 可以改变各发电机无功功率分配和调 节电网的电压。 准同步并列 将已加励磁的待投运发电机通过调节其原动机的转速和改变该发电机的励磁， 使其和运 行中的发电机的频率差不超过 0.1～0.5%。在两机电压相位差不超过 10°的瞬间进行合闸并 联，两者即可自动牵入同步运行。准同步并列的操作可以手动，也可以借自动装置完成。 自同步并列 把待投入并联的发电机转速调到接近电网的同步转速，在未加励磁的条件下就合闸并 联， 然后再加入励磁， 依靠发电机和电网之间出现的环流及相应产生的电磁转矩把发电机迅 速牵入同步。采用自同步并列时，由于减少了调节发电机转速、电压和选择合闸瞬间所需的 时间，所以并列的过程较快，特别适宜于电力系统事故情况下机组的紧急投入。但是此法在并列合闸瞬间的电流冲击比较大， 会使电网电压短时下降， 电机绕组端部承受较大的电磁力。 编辑本段交流发电机的输出电压精度差的解决 在日常生活中我们用交流发电机来供用电设备使用时,常发生用电设备不能正常工作的 情况,其原因是发电机输出的交流电不够稳定,这时候需要电力稳压器来稳定电压,也就是我 们日常生活中常用到的交流稳压电源， 交流稳压电源能使发电机的输出电压精度稳定到我们 用电设备正常工作所允许的范围。 编辑本段异步发电机 异步发电机 异步发电机又称“感应发电机”。 利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流 相互作用的一种交流发电机。 其转子的转向和旋转磁场的转向相同， 但转速略高于旋转磁场 的同步转速。常用作小功率水轮发电机。 交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机 三相异步电动机 .交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站 持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变 速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。 随着电力系统输电电压的提高,线路的增长, 当线路的传输功率低于自然功率时,线路和 电站将出现持续的工频过电压.为改善系统的运行特性, 不少技术先进的国家,在 6&世纪 A& 年代初开始研究异步发电机在大电力系统中的应用问题,并认为大系统采用异步发电机后,可 提高系统的稳定性, 可靠性和运行的经济性. 异步发电机由于维护方便，稳定性好，常用作并网运行的小功率水轮发电机。当用原动 机将异步电机的转子顺着磁场旋转方向拖动， 并使其转速超过同步转速时， 电机就进入发电 机运行，并把原动机输入的机械能转变成电能送至电网。这时电机的励磁电流取自电网。 异步发电机也可以并联电容，靠本身剩磁自行励磁，独立发电（见图） ，这时发电机的 电压与频率由电容值、原动机转速和负载大小等因素决定。当负载改变，一般要相应地调节 并联的电容值，以维持电压稳定。由于异步电机并联电容时，不需外加励磁电源就可独立发 电，故在负荷比较稳定的场合，有可取之处。例如可用作农村简易电站的照明电源或作为备 用电源等。 编辑本段发电机的发展前景 全国水电供应因多方原因出现了严重紧缺，用电受到一定程度限制，而近几年，正是我 国工业经济快速发展的时期，众多企业都纷纷加足马力投入大规模生产;其次是前两年众多 厂家购买发电机是为了应急， 在购买时没有长远打算， 而事过境迁所购的小型发电机已适应 不了新需求，在此情况下，更新换代的发电机也占了很大一部分;再者就是机电产品每年的 出口量都在递增， 水泵和发电机的市场空间在近几年内还会很大。 正是在三方因素的促进下， 五金城水泵和发电机市场又一次迎来了新的发展机遇。 目前最具发展前景的是风力发电机。 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为 2.74×109MW，其中可利用的风能为 2×107MW。中国风能储量很大、分布 面广，仅陆地上的风能储量就有约 3.53 亿千瓦，开发利用潜力巨大。 随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。2007 年全球风能装机总量为 9 万兆 瓦，2008 年全球风电增长 28.8%，2008 年底全球累计风电装机容量已超过了 12.08 万兆瓦， 相当于减排 1.58 亿吨二氧化碳。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完 全可以与燃煤发电竞争。 “十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006 年，中国风电累计装机容量已经达 到 260 万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2007 年以来， 中国风电产业规模延续暴发式增长态势。 2008 年中国新增风电装机容量达到 719.02 万千瓦， 新增装机容量增长率达到 108.4%，累计装机容量跃过 1300 万千瓦大关，达到 1324.22 万千 瓦。内蒙古、新疆、辽宁、山东、广东等地风能资源丰富，风电产业发展较快。 进入 2008 年下半年以来，受国际宏观形势影响，中国经济发展速度趋缓。为有力拉动 内需，保持经济社会平稳较快发展，政府加大了对交通、能源领域的固定资产投资力度，支 持和鼓励可再生能源发展。作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇，在金融 危机肆虐的不利环境中逆市上扬，发展势头迅猛，截止到 2009 年初，全国已有 25 个省份、 直辖市、自治区具有风电装机。 中国风力等新能源的发展前景十分广阔， 预计未来很长一段时间都将保持高速发展， 同 时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风电装机的国产化和发电的规模 化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。风电场建设、并网 发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。2009 年风电行业的利润总额仍 将保持高速增长，经过 2009 年的高速增长，预计
年增速会稍有回落，但增长速 度也将达到 60%以上。 2010 年全国累计风电装机容量有望突破 2000 万千瓦， 提前实现 2020 年的规划目标。 编辑本段发电机术语 发电机 能把机械能转变为电能的设备的总称。所产生的电能可以是直流电（DC）也可以是交 流电（AC） 。 接地 是指电路与大地之间或与某些和大地相通的导电物体之间（有意或意外）的连接。 怠速控制 一种可直接根据电气负载对发动机的怠速进行控制的系统。 点火线圈 为火花塞提供直流电压的器件。 永磁发电机 一种带有永久磁铁的交流发电机，用于产生内燃机点火所需要的电流。 欧姆 电阻的单位。1 伏特电压可以使 1 安培电流流过 1 欧姆电阻。 相位 交流电的振幅或量值均匀、周期性的变化。三相交流电由三个不同的正弦波电流组成， 相互之间的相位差均为 120 度。 电源转换系统 该系统可以把您的发电机安全地接入到您的家庭用电系统中。 额定速度 机组的设计工作速度（每分钟转数） 。额定电压 一套引擎发电机组的额定电压是其设计的工作电压值。 后轴承支架 一种铸件，用作转子轴承外罩。转子轴承支持转子轴。 整流器 将交流电转换为直流电的器件。 逆变器 是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为 220v50HZ 正弦或方波） 。 继电器 一种电动开关， 通常用在控制电路中。 与电流接触器相比， 其触点只能通过较小的电流。 电阻 对电流的阻力。 转子 发电机的转动元件。 单相 一个交流负载或电源，通常情况下，如果是一个负载，则只有两个输入端子，如果是一 个电源，则只有两个输出端子。 定子 电机的静止部分。 振动支架 位于发动机或发电机与机架之间的橡胶器件，可以最大限度地减轻振动。 伏特 电动势的单位。 把单位电动势恒定地作用在电阻为 1 欧姆的导体上， 将产生 1 安培电 流。 电压 电位差，单位用伏特表示。 稳压器 该设备通过控制激励转子的直流电量，自动地使发电机电压保持在一个正确值上。 瓦特 电源功率的单位。对于直流电，它等于伏特乘以安培。对于交流电，它等于电压有效值 （伏特） 乘以电流有效值 （安培） 乘以功率因数乘以一个常数 （其值取决于相数） 1 千瓦 － 。 1000 瓦特。 绕组 发电机的所有线圈。 定子绕组由若干个定子线圈及其互联线路组成。 转子绕组由转子磁 极上的所有绕组及接线组成。 编辑本段发电机的种类 发电机的种类有很多种。从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发 电机。从产生方式上分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机等。从能源上 分为火力发电机、水力发电机等。 编辑本段发电机的类型 由于一次能源形态的不同，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。利用柴油、汽油等资源作为能源的柴油、汽油发电机用得 比较广泛。此外，由于发电机工作原理不同又分作直流发电机，异步发电机和同步发电机。 目前在广泛使用的大型发电机都是同步发电机。 编辑本段操作规程 1、启动前应检查燃油箱油量是否充足，各油管及接头处无漏油现象；冷却系统水量是 否充足、 清洁、 无渗漏， 风扇皮带松紧是否合适。 检查内燃机与发电机传动部分应连接可靠， 输出线路的导线绝缘良好，各仪表齐全、有效。 2、启动后，应低速运转 3～5 分钟，待温度和机油压轮均正常后，方可开始作业。发电 机在升速中应无异响，滑环及整流子上电刷接触良好，无跳动及冒火花现象。待运转稳定， 频率、电压达到额定值后，方可向外供电。 3、运行中出现异响、异味、水温急剧上升及机油压力急剧下降等情况时，应立即停机 检查并排除故障。 4、发电机功率因数不得超过迟相（滞后）0.95。频率值的变动范围不得超过 0.5HZ。 5、停机前应先切断各供电分路主开关，逐步减少载荷，然后切断发电机供电主开关， 将励磁变阻器复回到电阻最大值位置， 使电压降至最低值， 再切断励磁开关和中性点接地开 关，最后停止内燃机运转。 编辑本段发电机发展历史 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。 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。 发电机包括一个能在二个或二个以上的磁场间迅速旋转的电磁铁，当二个磁场相互交 错，就产生了电，由电线从发电机中导出。电子工程师依发电机线绕的方式和磁铁的安排， 而获得交流电（AC）或直流电（DC） ，大部分发电机都是产生交流电，它比直流电更易由 传输线作长距离的传送。 学过物理课的人都会记得，英国科学家法拉第于 1831 年发现了电磁感应原理。这一在 人类社会发展过程中起到重要作用的原理是说：“当磁场的磁力线发生变化时，在其周围的 导线中就会感应产生电流。” 法拉第曾煞费苦心，通过研究和反复实验，终于发现了这一影响巨大的科学原理，而且 他确信，利用此原理肯定能制造出可以实际发电的发电机。 就在法拉第发现电磁感应原理的第二年， 受法拉第发现的启示， 法国人皮克希应用电磁 感应原理制成了最初的发电机。皮克希的发电机是在靠近可以旋转的 U 形磁铁（通过手轮和齿轮使其旋转）的地方， 用两根铁芯绕上导线线圈，使其分别对准磁铁的 N 极和 S 极，并将线圈导线引出。这样， 摇动手轮使磁铁旋转时，由于磁力线发生了变化，结果在线圈导线中就产生了电流。 由这种发电机的装置可以知道， 每当磁铁旋转半圈时， 线圈所对应的磁铁的磁极就改变 一次，从而使电流的方向也跟着改变一次。为了改变这种情况，使电流方向保持不变，皮克 希想出了一个巧妙的办法： 在磁铁的旋转轴上加装两片相互隔开成圆筒状的金属片， 由线圈 引出的两条线头，经弹簧片分别与两个金属片相接触。另外，再用两根导线与两个金属片接 触，以引出电流。这个装置，就叫做整流子，在后来的发电机上仍得到应用。 整流子为什么能保持电流方向不变呢？这是因为电流从线圈流入整流子， 而整流子是和 磁铁一起旋转的。当磁铁转过半圈，线圈中电流方向倒逆过来，整流子也正好转过半周来而 掉转了方向，因而输出的电流方向始终是不变的。 皮克希发明的这种发电机在世界上是首创， 当然也有其不足之处。 需要对它进行改进的 地方，一是转动磁铁不如转动线圈更为方便灵活；二是通过整流子可以得到定向的电流，但 是电流强弱还是不断变化的。为改变这种情况，人们采用增加一些磁铁和线圈数量，并稍微 错开地将变化的电流一起引出的办法，使输出电流的强度变化控制在一定的范围内。 从皮克希发明发电机后的 30 多年间，虽然有所改进，并出现了一些新发明，但成果不 大，始终未能研制出能输出像电池那样大的电流，而且可供实用的发电机。 1867 年，德国发明家韦纳?冯?西门子对发电机提出了重大改进。他认为，在发电机上不 用磁铁（即永久磁铁） ，而用电磁铁，这样可使磁力增强，产生强大的电流。 西门子用电磁铁代替永久磁铁发电的原理是， 电磁铁的铁芯在不通电流时， 也还残存有 微弱的磁性。当转动线圈时，利用这一微弱的剩磁发出电流，再反回给电磁铁，促使其磁力 增强，于是电磁铁也能产生出强磁性。 接着，西门子着手研究电磁铁式发电机。很快就制 成了这种新型的发电机，它能产生皮克发电机所远不能相比的强大电流。同时，这种发电机 比连接一大堆电池来通电要方便得多，因而它作为实用发电机被广泛应用起来。 西门子的新型发电机问世后不久， 意大利物理学家帕其努悌于 1865 年发明了环状发电 机电枢。 这种电枢是以在铁环上绕线圈代替在铁芯棒上绕制的线圈， 从而提高了发电机的效 率。 实际上， 帕斯努悌早在 1860 年就提出了发电机电枢的设想， 但未能引起的人们的注意。 1865 年，他又在一本杂志上发表了这一独创性的见解，仍未得到社会的公认。 到了 1869 年， 比利时学者古拉姆在法国巴黎研究电学时， 看到了帕其努悌发表的文章， 认为这一发明有其优越性。于是，他就根据帕其努悌的设计方案，兼采纳了西门子的电磁铁 式发电机原理进行研制，于 1870 年制成了性能优良的发电机。 在帕其努悌的发明中， 对发电机的整流子部分进行了重要改进， 使发电机发出的电流强 度变化极小。 而采用帕其努悌设计方案制成的古拉姆式发电机， 其发出的电流强度变化也很 小。这是古拉姆发电机的优良性能的表现之一。 古拉姆发电机的性能好， 所以销路很广， 他不仅发了财， 而且被人们誉为“发电机之父”。 有些人看到古拉姆发明发电机获得成功， 也想对发电机进行改进从而制造出更先进的发 电机。在这些人中，就有德国的西门子公司研究发电机的工程师阿特涅。他发明了古拉姆发 电机不同的线圈绕线方式，制成了性能良好的发电机。 古拉姆发电机的电枢是将铁丝绕成环状， 在环与环之间夹上纸进行绝缘， 然后将环捆在 一起作为铁芯， 在其上面绕上导线线圈， 再由线圈的不同部位引出一些导线， 接向带整流子。 而阿特涅发电机的电枢，是用许多薄圆铁板以纸绝缘后重叠起来，制成铁芯，然后在上面绕 上导线线圈。人们把这种方法叫做“鼓卷”，意思是像鼓一样的形状。经过这种改进后，发电 机无论是外观或是性能，都比原来有了很大起色。西门子公司由于阿特涅的这项发明而益发驰名。于是，德国以西门子公司为核心，大力 研制各种发电机，从而使电力工业得到了迅速的发展。 随着发电机的逐渐大型化， 转动发电机的动力也发生了变化。 其中以水力作动力更使人 们感兴趣。这是因为用水力转动大型发电机较方便，而且不消耗燃料，成本低。因此，西门 子公司又投入水力发电的研究工作。 利用水力发电与水力发电不同， 前者必须将发电机安装在水流湍急的地方， 也就是水流 落差大的地方。这样，就必须在山中河川的上游发电，然后再输送到远方的城市。 为了远距离输送电，就要架设很长的输电线。但是，在输电线中通过很强的电流时，电 线就要发热，这样，好不容易发出的电能在送向远方的途中，却因为电线发热而损耗掉了。 为了减少电能在长距离输送中的发热损耗， 可以采用的办法有两个： 一是增加电压的截 面积，即将电线加粗，减小电阻；二是提高电压而减小电流。 前一个措施因需要大量的金属导线， 而且架设很粗的导线有很多困难， 因而很难得到采 用。比较起来，还是后一个措施有实用价值。然而，对于当时使用的直流电来说，使其电压 提高或降低都是难以实现的。于是，人们只得开始考虑利用电压很容易改变的交流电。 看来，将直流发电机改为交流电发电机比较容易，主要是取掉整流子就行了。所以，西 门子公司的阿特涅便于 1873 年发明了交流发电机。此后，对交流发电机的研究工作便盛行 起来，从而使这种发电机得到了迅速的发展 编辑本段变频器在发电机上的节能改造应用 发电机在启动时，电机的电流会比额定高 5-6 倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消 耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但 在实际使用过程中， 有时要以较低或者较高的速度运行， 因此进行变频改造是非常有必要的。 变频器可实现电机软启动、 通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的， 而且能给设备 提供过流、过压、过载}