發(fā)電機是指將其他形式的能源轉換成電能的機械設備,它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動,將水流,氣流,燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發(fā)電機,再由發(fā)電機轉換為電能。
發(fā)電機在工農業(yè)生產、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定律和電磁力定律。因此,其構造的一般原則是:用適當?shù)膶Т藕蛯щ姴牧蠘嫵苫ハ噙M行電磁感應的磁路和電路,以產生電磁功率,達到能量轉換的目的。
發(fā)電機通常由定子、轉子、端蓋及軸承等部件構成。
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構件組成。
轉子由轉子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉軸等部件組成。
由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子,轉子連接組裝起來,使轉子能在定子中旋轉,做切割磁力線的運動,從而產生感應電勢,通過接線端子引出,接在回路中,便產生了電流。
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用,已經(jīng)形成一個年產值超過五十億美元的全球性產業(yè)。但是用于邊遠地區(qū)獨立供電的小型風力發(fā)電系統(tǒng)還需要克服很多技術上的難點才能得以廣泛的應用。隨著我國對“三農”投入力度加大,經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展,廣大農、牧、漁民對改善生活環(huán)境,提高生活質量,解決生活用電的迫切要求,采用小型風力發(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)境和農村地區(qū)的能源結構,有益于可持續(xù)性發(fā)展。
風力發(fā)電機是將風能轉換為機械功、并帶動發(fā)電機運轉來發(fā)電的。廣義地說,它是一種以太陽為熱源,以大氣為工作介質的熱能利用發(fā)動機。風力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的多。但是若應急來用的話,還是不如柴油發(fā)電機。風力發(fā)電不可視為備用電源,但是卻可以長期利用。
小型風力發(fā)電系統(tǒng)結構一般由風輪、發(fā)電機、尾舵和電氣控制部分等構成。
常規(guī)的小型風力發(fā)電機組多由感應發(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。在風的吹動下,風輪轉動起來,使空氣動力能轉變成了機械能(轉速+扭矩)。風輪的輪轂固定在發(fā)電機軸上,風輪的轉動驅動了發(fā)電機軸的旋轉,帶動永磁三相發(fā)電機發(fā)出三相交流電。風速的不斷變化、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。
風力發(fā)電機根據(jù)應用場合的不同又分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型風力機。離網(wǎng)型風力發(fā)電機亦稱獨立運行風力機,是應用在無電網(wǎng)地區(qū)的風力機,一般功率較小。獨立運行風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的小型風力發(fā)電機組以解決一家一戶的供電。
由于風能的隨機性,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。