1、发电机电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备，最早产生于第二次工业革命时期，由德国工程师西门子于 1866 年制成，它由 水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，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。发电机的分类：直流发电机、交流发电机、 同步发电机、异步发电机（很少采用）交流发电机分类：单相发电机、三相发电机。工作原理：发电机主要由定子、转子、端盖、电刷、机座及轴承等部件构成。定子由机座、定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯、转子磁极（有磁扼.磁极绕组）、滑环（又称铜环
2、、集电环） 、风扇及转轴等部件组成。通过轴承、机座及端盖将发电机的定子、转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。由于电刷与转子相连处有断路处，使转子按一定方向转动，产生交变电流，所以家庭电路等电路中是交变电流，简称交流电。中国电网输出电流的频率是 50 赫兹。定子是电动机静止不动的部分。定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。定子的主要作用是产生旋转磁场。定子结构非常简单，通常由铁心、线圈、骨架（有的没有） 、引线、拉簧等组成。定子有两种接线方式，一种是
3、 4 线式，转子串连接在 2 个定子绕组之间，一种是 2 线式，2 个定子绕组连接好后再与转子串连接好后再与转子串连接， （将 4 线式对角的 2 根引线接在一起） 。两种接线方式不同，但可以通用。引接线方式有两种：一种是软线引出；一种是靠骨架上的插接件引出，该种绕线时要保留骨架。认识交流绕组（与绕组有关的几个概念）1.线圈（绕组元件）：是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。转子电机的转动部分。主要由导电的转子绕组、导磁的铁心以及转子轴伸、护环、中心环和风扇等组成。电磁感应产生感应电压或感应电流的现象。电磁感应现象是指放在变化磁通量（在磁感
4、应强度为 B 的匀强磁场中，有一个面积为S 且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度 B 与面积 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。标量，符号“”。 ）中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流） 。电磁感应现象(1)电磁感应现象：闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动。(2)感应电流：在电磁感应现象中产生的电流。(3)产生电磁感应现象的条件：两种不同表述a闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动b穿过闭合电路的磁场发生变化两种表述的比较和统一a两种情况产生感应电流的根本原因不同闭合电路中的一部分
5、导体与磁场发生相对运动时，是导体中的自由电子随导体一起运动，受到的洛伦兹力的一个分力使自由电子发生定向移动形成电流，这种情况产生的电流有时称为动生电流。穿过闭合电路的磁场发生变化时，根据电磁场理论，变化的磁场周围产生电场，电场使导体中的自由电子定向移动形成电流，这种情况产生的电流有时称为感生电流。b两种表述的统一两种表述可统一为穿过闭合电路的磁通量发生变化。产生电磁感应现象的条件不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。条件：a闭合电路； b一部分导体 ； c做切割磁感线运动直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的
6、交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势。电枢在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用的部件。对于发电机来说，它是产生电动势的部件，如直流发电机中的转子，交流发电机中的定子；对于电动机来说，它是产生电磁力的部件，如直流电动机中的转子。 电枢是电动电机中装有导线的部件,由于导线通过磁极片间磁场的相对运动, 引起在导线中感应的电流(如在发电机中那样)或由于电流通过导线引起磁感应, 使它在这磁场中转动(如在电动机中那样)。电枢绕组分直流电枢绕组和交流电枢绕组两大类。它们分别用于直流电机和交流电机。水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械（动力机械是
7、将自然界中的能量转换为机械能而作功的机械装置。 ） ，它属于流体机械（流体机械是以流体为工作介质来转换能量的机械。通常包括水轮机、汽轮机、燃气轮机、膨胀机、风力机、泵、通风机、压缩机、液力耦合器、液力变矩器、风动工具、气动马达和液压马达等。 ）中的透平机械（具有叶片的动力式流体机械。透平机械的共同特点是装有叶片的转子作高速旋转运动，流体（气体或液体）流经叶片之间通道时，叶片与流体之间产生力的相互作用，借以实现能量转化。按能量转化方向的不同，透平机械分为原动机和从动机。原动机将流体的能量（热能、势能或动能）转化为机械能，通过主轴带动发电机或其他从动机。原动机有汽轮机、燃气轮机、透平膨胀机、水轮机
8、和风力机等。从动机由电动机或其他原动机拖动，将机械能转换为流体的能量 ，即提高流体的压力。 ） 。早在公元前 100 年前后，中国就出现了水轮机的雏形 水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程
9、中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。冲击式水轮机冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过 91%。反击式水轮机 可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入
10、导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。当水头在 40 米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于 40 米时，则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。在反
11、击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响。反击式水轮机都设有尾水管，其作用是：回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游；当转轮的安装位置高于下游水位时，将此位能转化为压力能予以回收。对于低水头大流量的水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。轴流式水轮机适用于较低水头的电站。在相同水头下，其比转数较混流式水轮机为高。轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上。一般安装高度在 3-50m。 ，叶片安放角不能在运行中改变，结
12、构简单，效率较低，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在 1920 年发明的，故又称卡普兰水轮机。一般安装高度在 3-80m。其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过 94%。典型例子就是葛洲坝。贯流式水轮机的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动，加上采用直锥形尾水管，排流不必在尾水管中转弯，所以效率高，过流能力大，比转数高，特别适用于水头为 320 米的低水头小型河床电站。这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双
13、向发电。这种水轮机有多种结构，使用最多的是灯泡式水轮机。灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。其转轮既可以设计成定桨式，也可以设计成转桨式。其中又可以细分为贯流式和半贯流式。混流式水轮机是世界上使用最广泛的一种水轮机，由美国工程师弗朗西斯于1849 年发明，故又称弗朗西斯水轮机。与轴流转桨式相比，其结构较简单，运行稳定，最高效率也比轴流式的高，但在水头和负荷变化大时，平均效率比轴流转桨式的低，这类水轮机的最高效率有的已超过 95%。混流式水轮机适用的水头范围很宽，为 5700 米，但采用最多的是 40 300 米。混流式的转轮一般用低碳钢或低合金钢铸件，或者采用铸焊结构。为提高抗汽蚀和抗泥沙磨
14、损性能，可在易气蚀部位堆焊不锈钢，或采用不锈钢叶片，有时也可整个转轮采用不锈钢。采用铸焊结构能降低成本，并使流道尺寸更精确，流道表面更光滑，有利于提高水轮机的效率，还可以分别用不同材料制造叶片、上冠和下环。典型例子是我国的刘家峡。斜流式水轮机是瑞士工程师德里亚于 1956 年发明，故又称德里亚水轮机。其叶片倾斜的装在转轮体上，随着水头和负荷的变化，转轮体内的油压接力器操作叶片绕其轴线相应转动。它的最高效率稍低于混流式水轮机，但平均效率大大高于混流式水轮机；与轴流转桨水轮机相比，抗气蚀性能较好，飞逸转速较低，适用于 40120 米水头。由于斜流式水轮机结构复杂、造价高，一般只在不宜使用混流式或轴
15、流式水轮机，或不够理想时才采用。这种水轮机还可用作可逆式水泵水轮机。当它在水泵工况启动时，转轮叶片可关闭成近于封闭的圆锥因而能减小电动机的启动负荷。水轮机牌号 ：反击式 混流式 HL 转流式 ZZ 轴流式 ZD 斜流式 XL 贯流转浆式 GZ 贯流定浆式 GD；冲击式 水斗式 CJ 斜击式 XJ 双击式 SJ主要工作参数1.水头 H（米）：连续水流两断面间单位能量的差值称为水头。水头是水轮机的一个重要参数，它的大小直接影响着水轮机出力的大小和水轮机型式的选择。2.流量：单位时间内流经水轮机的水量（体积）称为水轮机的流量，用 Q 表示。通常用米/秒为单位。3.出力：单位时间内流经水轮机的水流所具
16、有的能量，称为通过水轮机的“水流的出力” ，用 Np0 表示。N p0=9.81QH（千瓦） 。4.效率：水轮机的出力 N 与通过水轮机水流的出力 Np0 之比，称为水轮机的效率，用 表示。显然效率是表面水轮机对水流能量的有效利用程度，是一个无量纲的物理量，用百分数（%）表示。5.转速：水轮机主轴在单位时间内的旋转次数，称为水轮机的转速，用 n 表示，通常采用 “转/分”作单位。整定值经过整定计算和试验，所得出保护装置(或继电器) 完成预定保护功能所需的动作参数(动作值、动作时间等) 规定值。整定值也叫设定值，就是在自动控制系统里，当某一物理量达到某一数值时，将发生某一动作。比如：为了保护某一
17、电动机，在控制系统中有过电流继电器，我们把过电流继电器调整为 100A 动作，当电流达到100A 时过电流继电器动作，切断电源或发出信号，这个 100A 即为过电流继电器的整定值。另一种情况，如某一电动机，速度是自动控制的，我们把速度控制装置设置为 1000 转/分，那么这个 1000转/分就是电动机速度的整定值。单元接线就是一台发电机对应一台主变、一台高厂变。现在电厂基本都是单元接线，原因是一台发电机对应一台主变，这样主变的容量不用太大，只要稍大于发电机的容量即可。电力装置中，各元件相互串联，其间没有任何横连的接线-区别于桥式连接。电子元件是组成电子产品的基础，了解常用的电子元件的种类、结构
18、、性能并能正确选用是学习、掌握电子技术的基本。常用的电子元件有：电阻、电容、电感、电位器、变压器、三极管、二极管、IC 等，就安装方式而言，目前可分为传统安装（又称通孔装即DIP）和表面安装两大类（即又称 SMT 或 SMD） 。电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为 C，国际单位是法拉（F） 。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。因电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，所以广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面。
19、电感是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H） ”。自感：当 线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势） （电动势用以表示有源元件理想电源的端电压） ，这就是自感。 互感：两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。电位器
20、是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。 电位器是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用 调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。电位器的结构特点 电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。二极管又称晶体二极管,简称二极
21、管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个 PN 结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由 p 型半导体和 n 型半导体烧结形成的 p-n 结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于 p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。半导体三极管又称“晶体三极管”或“ 晶体管” 。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的 PN 结，组成一个 PNP（或 NPN）结构。中间
22、的 N 区（或 P 区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极 B、发射极 E 和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。绝缘电阻是电气设备和电气线路最基本的绝 缘指标。对于低压电气装置的交接试验（交接试验指上一道工序做完后进行的中间性试验验收，验收合格后交由下一道工序。 ） ，常温下电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻不应低于 5M(对于运行中的 设备和线路，绝缘电阻不应低于1M/kV)。低压电器及其连接电缆和二次回路 的绝缘电阻一般不应低于 1M；在比较潮湿的环境不应低于 0.5M；二次回路小母线的绝缘电阻不应低于 10M。I 类手持电动工
23、具的绝缘电阻不应低于2M。绝缘电阻：加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。阻波器阻止高频载波信号进入开关站或分支线电力设备的电器。阻波器是载波通信及高频保护不可缺少的高频通信元件，它阻止高频电流向其他分支泄漏，起减少高频能量损耗的作用。在高频保护中,当线路故障时,高频信号消失,高频保护无时限启动 ,立即切除故障。线路阻波器一般由主线圈，调谐装置和保护装置三部分组成。(1) 主线圈。阻波器为单层或多层开放型结构，主线圈用裸铝扁导线绕制，线匝由玻璃钢垫块和撑条支持，经浸漆处理，整体性强，结构轻巧，适用于 10330kV 线路，同时满足短路电流的要
24、求，并可直接安装在耦合电容器上。(2) 调谐装置。该装置主要由电容器、电感、电阻构成，它与主线圈构成谐振回路，对高频信号起阻塞作用。电容器均采用特别研制的高频聚苯乙烯介质，其绝缘配合安全裕度远高于 IEC 标准。(3) 保护装置。将阻波器所受的雷电过电压及操作过电压限制在一定的范围之内，用以保护调谐装置和主线圈。采用专为阻波器研制的带串联间隙的氧化锌避雷器。使用条件：(1) 使用地点：户外；(2) 环境温度：-40+45；(3) 海拔高度：不大于 1000m；(4) 工业频率： 50Hz；(5) 大气环境：无损坏性气体或过量的粉尘；(6) 特殊条件：凡超过以上范围的异常条件，如海拔高度、盐雾、
25、工业污秽、蒸汽等严重恶劣大气条件的，均可提出与制造厂协商解决。滤波器减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件。滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。励磁变压器是一种专门为发电机励磁系统提供三相交流励磁电源的装置，励磁系统通过可控硅将三相电源转化为发电机转子直流电源，形成发电机励磁磁场，通过励磁系统调节可控硅触发角，达到调节电机端电压和无功的目的。通常接于发电机出口端，因发电机出口电压较高，而励磁系统额定电压较低，故需一个降压变压器。发电机用励磁变压器的安全、稳定运行，是自并励机组安全、稳定运行的前提，是发电机组稳定发电、满负荷发电的先决条件，是励磁系统可靠运行的关键。
