本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，特別涉及到一種火力輕阻發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動力機(jī)械驅(qū)動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電機(jī)的工作特性：
1、空載特性：
發(fā)電機(jī)不接負(fù)載時，電樞電流為零，稱為空載運(yùn)行。此時電機(jī)定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0(三相對稱)，其大小隨If的增大而增加。但是，由于電機(jī)磁路鐵心有飽和現(xiàn)象，所以兩者不成正比。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機(jī)的空載特性。
2、電樞反應(yīng)：
當(dāng)發(fā)電機(jī)接上對稱負(fù)載后，電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場，稱電樞反應(yīng)磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等，兩者同步旋轉(zhuǎn)。
同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認(rèn)為都按正弦規(guī)律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動勢E0與電樞電流I之間的時 間相位差。電樞反應(yīng)磁場還與負(fù)載情況有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)載為電感性時，電樞反應(yīng)磁場起去磁作用，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的電壓降低；當(dāng)負(fù)載呈電容性時，電樞反應(yīng)磁場起助磁作用，會使發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高。
3、負(fù)載運(yùn)行特性：
主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時，發(fā)電機(jī)端電壓U與負(fù)載電流I之間的關(guān)系。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)時，勵磁電流If與負(fù)載電流I之間的關(guān)系。
同步發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為20～40％。一般工業(yè)和家用負(fù)載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負(fù)載電流的增大，必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的。
眾所周知，通過外力(例如水力、火力、風(fēng)力等)拖動或帶動的所有發(fā)電機(jī)，若要輸出多大的電能，外界就要提供多大的動能——電能是通過發(fā)電裝置將動能轉(zhuǎn)換而成的——這個過程是守恒的。由于發(fā)電機(jī)發(fā)電時電樞會發(fā)熱、軸承有摩擦、鐵芯有損耗等，因而動能轉(zhuǎn)換成電能的效率通常在54-75％。另外，燃煤、燃油等火力發(fā)電其在熱能轉(zhuǎn)換成動能之過程中的效率通常在36-54％，在這種情況下再將動能轉(zhuǎn)換為電能，最終導(dǎo)致的是資源的過度損耗以及大氣的嚴(yán)重污染。
電力學(xué)告訴我們，將動能轉(zhuǎn)換成電能的過程，其實就是外力克服發(fā)電機(jī)電樞阻力的做功過程，若要輸出多大的電能，外力就要克服多大的阻力做功——這個過程是守恒的。當(dāng)外力還要克服軸承等摩擦力，當(dāng)電流還會引起線圈等發(fā)熱時，發(fā)電機(jī)的輸出效率自然就會低于100％。為進(jìn)一步提高輸出效 率，目前可以采用磁浮軸承與超導(dǎo)線圈。采用磁浮軸承與超導(dǎo)線圈，發(fā)電機(jī)的輸出效率就基本完美無缺了(可達(dá)98％以上)。然而，目前拖動發(fā)電機(jī)的動力裝置(燃煤、燃油)的熱效率還不能突破54％(這可謂是“永恒”的技術(shù)瓶頸)。受超導(dǎo)使用成本與“永恒”技術(shù)瓶頸的制約，市場面臨的實際情況是：發(fā)電機(jī)的輸出效率基本還處在75％左右，水力、火力資源還繼續(xù)在過度損耗。
既然存在使用成本與技術(shù)瓶頸的制約，為什么不可以放棄在這方面的努力，轉(zhuǎn)而去尋找一個解決問題的切入點(diǎn)？綜上所述，我們發(fā)現(xiàn)，如果能夠單方面把發(fā)電機(jī)的電樞阻力減少，例如減少1/3(但發(fā)電量不變)，就相當(dāng)于把動力裝置的熱效率提高到48-72％，從而相當(dāng)于把發(fā)電機(jī)的輸出效率提高到72％-100％，進(jìn)而相當(dāng)于減少了水力、火力資源的過度損耗。
顯然，輕阻發(fā)電機(jī)對于火力發(fā)機(jī)而言至關(guān)重要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種火力輕阻發(fā)電機(jī)，以實現(xiàn)上述目的。
我們知道，現(xiàn)有發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，空載時(不發(fā)電)電樞阻力最小，拖動發(fā)電機(jī)電樞的動力裝置所提供的動力全部用于克服電樞轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的摩擦阻力。加載時(發(fā)電時)電樞產(chǎn)生電流，電樞轉(zhuǎn)動阻力增加，拖動發(fā)電機(jī)電樞的動力裝置所提供的動力需要隨之提高，提高部分用于克服發(fā)電機(jī)運(yùn)行時電樞所產(chǎn)生的電磁阻力。短路時(會燒機(jī))電樞產(chǎn)生的電流最大因而電樞產(chǎn)生的阻力也最大，拖動發(fā)電機(jī)的動力裝置所提供的動力往往難于拖動電樞。
關(guān)于發(fā)電機(jī)的阻力，接觸過手搖電話機(jī)的人肯定頗有體會。過去，電話機(jī)務(wù)員通常利用手搖電話機(jī)的搖動力度去判斷線路是否正常、是否開路抑或短路(接地)。
本發(fā)明提供的是這樣一種火力輕阻發(fā)電機(jī)，包括磁幄和轉(zhuǎn)子。所述磁幄由兩部分永磁塊組成，一部分永磁塊的N極全部朝向磁幄內(nèi)，另一部分永磁塊的S極全部朝向磁幄內(nèi)，從而使磁幄內(nèi)形成徑向磁場；所述轉(zhuǎn)子由鐵芯與線圈構(gòu)成，轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸置于磁幄內(nèi)，轉(zhuǎn)軸處于兩部分永磁塊的間隔處。其技術(shù)特征是：由硅鋼片組成的鐵芯為具有一定長度的棒狀鐵芯，線圈繞于棒狀鐵芯的中間一段。所述線圈繞于棒狀鐵芯中間的尺寸為棒狀鐵芯的1/3或1/2。所述轉(zhuǎn)軸具有聯(lián)接燃汽輪機(jī)的超大直徑皮帶輪。
本發(fā)明的實現(xiàn)過程：置于磁幄中的棒狀鐵芯繞組在發(fā)電時，產(chǎn)生的電流流過線圈時棒狀鐵芯的兩端分別會產(chǎn)生N、S極，N、S極的產(chǎn)生會抵抗外力的作用。因此，發(fā)電所提供的外力實質(zhì)是用以克服轉(zhuǎn)子的抵抗力。轉(zhuǎn)子采用上述結(jié)構(gòu)與棒狀鐵芯繞滿線圈，在兩者發(fā)電量相同的情況下，前者因電流流過線圈在棒狀鐵芯兩頭分別產(chǎn)生的N、S極就會集中在靠近線圈兩端，其產(chǎn)生的作用力就會大大減少。這樣，外力克服轉(zhuǎn)子抵抗力就會減輕，就可實現(xiàn)上述目的。
輕阻發(fā)電機(jī)將使無處不在、廣闊無垠的電能快速邁入低成本的綠色能源時代。此外是高度節(jié)能，打個比方：現(xiàn)有發(fā)電機(jī)用X斤煤可發(fā)Y度電，而輕阻發(fā)電機(jī)只用X/2-X/10斤煤就可發(fā)Y度電，從而相當(dāng)于把發(fā)電機(jī)的輸出效率提升到相當(dāng)高度，相當(dāng)于減少了水力、火力資源的過度損耗，進(jìn)而改善了大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和人類居住環(huán)境。另外是提供廉價的電源，為國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障和支持。最后是由于輕阻因而發(fā)電機(jī)聯(lián)接燃汽輪機(jī)的皮帶輪的直徑可以做成超大，輸出效率更高。
實施方式
一種火力輕阻發(fā)電機(jī)，包括磁幄和轉(zhuǎn)子。所述磁幄由兩部分永磁塊組成， 一部分永磁塊的N極全部朝向磁幄內(nèi)，另一部分永磁塊的S極全部朝向磁幄內(nèi)，從而使磁幄內(nèi)形成徑向磁場；所述轉(zhuǎn)子由鐵芯與線圈構(gòu)成，轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸置于磁幄內(nèi)，轉(zhuǎn)軸處于兩部分永磁塊的間隔處。其技術(shù)特征是：由硅鋼片組成的鐵芯為具有一定長度的棒狀鐵芯，線圈繞于棒狀鐵芯的中間一段。所述線圈繞于棒狀鐵芯中間的尺寸為棒狀鐵芯的1/3。
所述線圈通過直流換向器控制；
所述磁幄固定于機(jī)座；
所述超大皮帶輪的直徑為3000mm。