發(fā)電機是指將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機械設(shè)備,它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅(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)化為機械能傳給發(fā)電機,再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。
發(fā)電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。發(fā)電機的形式很多,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)成互相進行電磁感應(yīng)的磁路和電路,以產(chǎn)生電磁功率,達到能量轉(zhuǎn)換的目的。
發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。
定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。
轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。
由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子,轉(zhuǎn)子連接組裝起來,使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn),做切割磁力線的運動,從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢,通過接線端子引出,接在回路中,便產(chǎn)生了電流。
作為一種價格低廉、運行可靠、無溫室氣體排放的新型發(fā)電系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安裝容量正在以每年超過30%的增長率在世界范圍得到日益廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)形成一個年產(chǎn)值超過五十億美元的全球性產(chǎn)業(yè)。但是用于邊遠地區(qū)獨立供電的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還需要克服很多技術(shù)上的難點才能得以廣泛的應(yīng)用。隨著我國對“三農(nóng)”投入力度加大,經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展,廣大農(nóng)、牧、漁民對改善生活環(huán)境,提高生活質(zhì)量,解決生活用電的迫切要求,采用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為局部負載提供電力,不僅可以減少一次性巨額投資,還可以免除火力發(fā)電系統(tǒng)的溫室氣體排放,改善環(huán)境和農(nóng)村地區(qū)的能源結(jié)構(gòu),有益于可持續(xù)性發(fā)展。
風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械功、并帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)來發(fā)電的。廣義地說,它是一種以太陽為熱源,以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的多。但是若應(yīng)急來用的話,還是不如柴油發(fā)電機。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源,但是卻可以長期利用。
小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機、尾舵和電氣控制部分等構(gòu)成。
常規(guī)的小型風(fēng)力發(fā)電機組多由感應(yīng)發(fā)電機或永磁同步發(fā)電機加AC/DC變換器、蓄電池、逆變器組成。在風(fēng)的吹動下,風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來,使空氣動力能轉(zhuǎn)變成了機械能(轉(zhuǎn)速+扭矩)。風(fēng)輪的輪轂固定在發(fā)電機軸上,風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動了發(fā)電機軸的旋轉(zhuǎn),帶動永磁三相發(fā)電機發(fā)出三相交流電。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小,發(fā)電機發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過控制器的整流,由交流電變成了具有一定電壓的直流電,并向蓄電池進行充電。從蓄電池組輸出的直流電,通過逆變器后變成了220V的交流電,供給用戶的家用電器。
風(fēng)力發(fā)電機根據(jù)應(yīng)用場合的不同又分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型風(fēng)力機。離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機亦稱獨立運行風(fēng)力機,是應(yīng)用在無電網(wǎng)地區(qū)的風(fēng)力機,一般功率較小。獨立運行風(fēng)力機一般需要與蓄電池和其他控制裝置共同組成獨立運行風(fēng)力機發(fā)電系統(tǒng)。這種獨立運行系統(tǒng)可以是幾kW乃至幾十kw,解決一個村落的供電系統(tǒng),也可以是幾十到幾百W的小型風(fēng)力發(fā)電機組以解決一家一戶的供電。
由于風(fēng)能的隨機性,發(fā)電機所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的,以及蓄電池只能存儲直流電能,無法為交流負載直接供電。因此,為了給負載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負載用電,需要在發(fā)電機和負載之間加入電力變換裝置,這種電力變換裝置主要由整流器、逆變器、控制器、蓄電池等組成。