[发明专利]一种水力轻阻发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别涉及到一种水力轻阻发电机。

背景技术

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。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。

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。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。

随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27％。2007年已有9万兆瓦，这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25％。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。

然而，风电在发展中也遇到不少问题：1、噪声，视觉污染；2、占用大片土地；3、不稳定，不可控；4、目前成本仍然很高；5、影响鸟类(尤其是迁徒)。

另外，中国风沙伴存，风电设备受风沙磨损大。中国有风的地方就有沙， 风沙对风力发电设备磨损非常厉害。现在风能发电风机应该是20年的寿命，但是如果有风沙的侵蚀寿命还到不了20年。显然，风电的发展是具有局限性的。

中国是一个众多河流的国家，如果能够开发出非落差式水流发电，那么，江河发电的蕴量将是无比巨大的。非落差式水流的流速比较缓慢(雨季、融冰等除外)，但通常比气流稳定。一般说来，三级风才有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。在一般情况下，虽然风速大于水流的速度，但水流的冲力往往数倍于风力，因此，将风力发电转型于水流发电无疑可以获得同等的发电能力甚至优于前者。

发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，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。发电机的工作特性：

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。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。

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。

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。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。

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。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。

众所周知，通过外力(例如水力、火力、风力等)拖动或带动的所有发电机，若要输出多大的电能，外界就要提供多大的动能——电能是通过发电装置将动能转换而成的——这个过程是守恒的。由于发电机发电时电枢会发热、轴承有摩擦、铁芯有损耗等，因而动能转换成电能的效率通常在54-75％。另外，燃煤、燃油等火力发电其在热能转换成动能之过程中的效率通常在36-54％，在这种情况下再将动能转换为电能，最终导致的是资源的过度损耗以及大气的严重污染。