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同步发电机

2018-05-25 14:17:47 阅读()

        同步发电机分类;    
        单相同步发电机
        法拉第电磁感应现象的发现,为交流发电机的诞生奠定了理论基础。1832年,英国人P.M.提出交流发电机的设计),它是一种单相同步多极发电机。同年,法国人A.H.皮克西制成世界上第一台手摇永磁铁旋转式同步发电机。1849年,诺莱(F.Nollet)设计了一台单相同步发电机,并和马尔德伦(van Malderen)一道制成了一台单相同步发电机。另外,当时出出现的一些直流发电机,实际上都是交流发电机加上一个换向器。但是,在19世纪70年代以前,由于人们对交流电缺乏了解,误认为交流电没有实际用途,工业上使用很不方便,所以从19世纪3070年代的40多年间,同步电机几乎没有什么发展。



       1876年3月23日,俄国著名发明家雅勃洛奇科夫(J.H.96 JOMHKOB,1847-1874)发明交流电照明装置——雅勃洛奇科夫电烛,使社会对交流电的需要增加。1878年,雅勃洛奇科夫受P.M.发电机和皮克西发电机的启发,与格拉姆公司一道,建立了第一套交流电供电装置,为他发明的电烛供电。这套装置采用了他们设计制造的台多相同步发电机,但该发电机的各相还没有互相连接起来。同年,美国科学家E.汤姆逊制成一台单相同步发电机,其结构和当时的直流发电机相似,只不过没有换向器。该机为磁极旋转式发电机,电枢为鼓形电枢。图3-140为1878年的的E.汤姆逊单相同步发电机。西门子一哈尔斯克公司也于1879年制成了黑尔夫-阿登尼克式单相同步发电机(该机为盘式绕组,可接成单相或多相,)。但总的来说,19世纪80年代前,步发电机还处于探索、萌芽阶段。
        另一方面,19世纪70年代,公用直流供电系统出现。1874年,皮罗兹进行了3.6km直流输电试验,但由于发电电压降落和电能损失太大,难以推广使用。1880年和1881年,拉契诺夫和德普拉兹分别提出和进行了高压直流输电实验。然而实验证明,当时产生高压直流有困难,用户使用也不方便,于是人们把希望寄托在交流电上,从而促进了交流电技术的发展。1881年,西门子一哈尔斯克公司为伦敦Savoy剧院制造了2000V的单相同步发电机。1883年,为伦敦Grosvenor Gallery电厂制造了两台250kW(2000V,他励)蒸汽机拖动的单相同步发电机,这是当时世界上最大的交流发电机。
        早期对同步发电机作出较大贡献的还有英国电机工程师费兰蒂。费兰蒂18岁时就曾制成一台直流发电机,卖得5英镑10便士。同年,加人西门子一哈尔斯克公司,和W.西西门子一道进行电炉和直流发电机的研究。后来,他脱离西西门子一哈尔斯克公司,独立组建公司,自任总工程师。费兰蒂是交流电机的积极倡导者,18岁时就取得一项单相同步发电机专利。1883年,他制成一台32kW、100V的单相同步发电机,但后来发现英国人W.汤姆逊(W.Thomson,1892年受封为开尔文勋爵,W.H.Kelvin,1824-1904)先行提出了类似结构,就采用联合专利制,称为费兰蒂一汤姆逊发电机。该机为电枢旋转式发电机,线圈用绝缘铜带连续绕制而成,两边用齿状厚铁板夹紧。该机结构紧凑,功率比当时同样尺寸的其他发电机大4倍。后来,他在西门子一哈尔斯克公司设计制造了400kW单相同步发电机,该机为电枢旋转式,盘式绕组,带他励励磁机,可以过载到750kW,其转速为1000r/min,频率为83.3Hz,发电机重33.5t。
        1888年,莫迪(M.W.Mordey)制成首台单相同步发电机,发电机转子磁极,有10对磁磁极。此外,在19世纪80年代,克罗普顿(Crompton)公司、匈牙利岗茨(Ganz)工厂、西屋公司以及埃尔威尔帕克(elwel-parker)、C.E.L.布朗(C.E.L.Brown)、卡普(G.Kapp)等都研究和制造过单相同步发电机。到19世纪80年代末,伦敦已出现1000kW、2500V的单相同步发电机。1883年,英国电工技师霍普金森(J.Hopkinson,1849-1898)用两台单相同步发电机并联运行,获得成功,解决了以往交流电机只能单独运行、无法构筑交流电网的一大难题,也为交流发电机的大型化和推广应用奠定了基础。
        两相同步发电机
        1878年,格拉姆公司制造首台单相同步发电机。不久,该公司又在此基础上发展制造了一种多相同步发电机,该机是一台8极发电机,其定子为环形绕组,每个极区绕有4只线圈,即每个线圈在空间上相位差180°/4=45°。所有线线圈连成4条电路,分别与雅勃罗契柯夫电烛相连。当线圈间两两并联,这台发电机就可接成互不相连的两相同步发电机。同年,由黑夫纳-阿尔登尼克设计,西门子一哈尔斯克公司也制造了多台同步发电机。该发电机电枢为盘式,可接成单相或多相,相相间内部未接在一起,但它实际上是电路互相独立的单相同步发电机。1882年,英国著名工程师哥登(J.E.H.Gordon)开始研制同步发电机。1882-1885年间,哥登制成3台功率约120kW、电压150V、频率68Hz、转速146r/min的两相发电机。该机旋转盘的直径为9ft8in,每个盘上布置28只电磁铁(筒芯直径6in,3ft长),中心转盘的每一边为两个固定用钢环(上面共布置56个电枢线圈)。这些线圈呈两相布置,接成两个独立的单相电路,并与两个不同的电灯电路相连。该机第一台为实心铁心,由于发热历害,后两台改为叠片铁心。3台机于1885年安装在大西部铁路的终点Paddington。
        1883年,特斯拉在斯特拉斯堡制成了一台两相同步发电机模型。1887年,特斯拉设计成电枢旋转的两相同步发电机。1887年10月12日特斯拉申请的美国专利(No.382280)中就包括两相同步发电机。
        1887年5月8日,布拉德利也向美国提出了包括两相同步发电机在内的专利申请(No.390439),发电机采用格拉姆环形绕组。
        1888年,西屋公司根据特斯拉的发明,开始生产两相同步发电机。1893年,西屋公司在芝加哥世界博览上展出了多台500hp的两相同步发电机,并为该博览会的电厂提供了12台功率1000hp、电压2200V的两相相同步发电机,每台发电机由两台同一轴上的单相发电机组成。该机为当时美国最大的同步发电机,该电厂也为当时美国最大的电厂。
        三相同步发电机
        世界上首先制造出具有实用价值三相同步发电机的是德国人哈舍尔汪德(F.A.Haselwander,1859-1932)哈舍尔汪德是德国巴登地区的一个小业主,1887年2月在修理小型直流电机(Thomson-Houston公司生产)时,他突发奇想,利用两台同样的电机进行远距离输电试验。他将电机的环形电枢线圈一端连在一起,另一端接至一个换向片(这台电机有3个线圈,3片换向片)。后来,他又用3个滑环代替换向器,将3个线圈与3个滑环相连。实际上,哈舍尔汪德制成了最原始的三相同步发电机。同年7月,他在给迈博士(Dr.May)和弗伊吉特(H.Voigt)的密信中,提出了三相同步发电机和三相同步电动机的概念;同年8月,制造出第二台三相同步发电机,并进行了试验。该机定子为环形电枢,三相星形连接,转子为4个凸极。电机功率2.8kW、电压100V、电流24A、频率32Hz,转速960r/min,自励励磁。这台电机仍装有换向器,因此既可作三相同步发电机或三相同步电动机运行,也可作直流电机运行。该机于1887年10月12日投入运行。1887年7月21日,哈舍尔汪德的三相同步发电机申请德国专利(No.H8147/21)。不久,德国技师拉哈迈尔(W.Lahmeyer,1859-1907)根据哈舍尔汪德的专利,开始制造三相同步发电机。
         有趣的是,E.汤姆逊逊和他的助手E.W.莱斯(E.W.Rice,1862-1935,后来成为汤姆逊一休斯敦公司和GE公司的领导人)在1882年日时就讨论过在弧光照明发电机上加装3只滑环,将3个线圈接至3个滑环的可能性,但他们仅仅停留在想法上,没有进行过实地实验。
         在哈舍尔汪德发明三相同步发电机的同时,布拉德利也在研究多相电机问题。在1887年8月20日申请的美国专利中,他提出了三相电流的概念。1888年10月20日,布拉德利发明的“三相同步发电机、三相同步和异步电动机”向美国申请专利(No.409450)。但正如前面所介绍的那样,他并没有制造出三相同步发电机。



         被誉为“电气化时代的天才”的特斯拉在三相同步发电机方面也作出了贡献,他在旋转磁场的研究方面贡献很大。在他188年4月月23日日申请的美国专利(No.390414)中,就包含了三相同步发电机的有关内容。
         多利沃-多布罗夫斯基是三相电流技术的莫基人,他证明了三相电流也可以产生旋转磁场。1888年,多利沃-多布罗夫斯基制成一台功率2.2kW的旋转磁场式三相同步发电机。1889年12月5日,他提出了三相同步发电机绕组的星形和三角形连接法(英国专利No.19554)。另一个对三相同步发电机发展作作出贡献的是瑞典工程师温斯特勒姆。他和弟弟格拉纳特勒姆(Goran Wenstrom,1857-1927)一道成立了温斯特勒姆一格拉纳特勒姆电气公司(Enstrom&Granstr6msEK)。1890年1月20日,他向瑞典专利局申请专利:“采用星形及三角形连接的三相同步和异步电机以及三相变压器”(专利号No.3093),相应的英国专利为1890年4月9日申请,专利号No.5423。
       1890年2月,温斯特勒姆开始设计三相同步发电机。1890年11月18日,他的公司与1883年创办的斯德哥尔摩电气公司合并,成立瑞典通用电气公司(ASEA)。ASEA公司成立伊始,就开始制造图3-160所示的三相同步发电机。该机为电枢旋转式,10kV·A,60Hz,720r/mn,10极。另外,1891年,瑞士奥立康(Oerlikon)工厂为劳芬(Lauffen)水电厂制造了一台300hp的三相同步发电机,其效率已达到95.4%。

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