我們每天都在和電動機打交道，從起床開始，男士用剃須刀刮胡子，女士用吹風機吹頭發(fā)，早餐用豆?jié){機打豆?jié){，上班用新能源車代步，一直到深夜，很多人都還在使用電動機相關(guān)產(chǎn)品?？梢哉f電動機是無處不在。由于發(fā)電機遠離日常生活，很多人對發(fā)電機比較陌生，本文專門給大家做個普及。

電動機是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的一種機械設(shè)備，而發(fā)電機正好相反，是將機械能轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電機按運行方式，分為并網(wǎng)運行和單機運行兩種。并網(wǎng)運行的發(fā)電機主要用于水電站、火電廠、核電站、風電場，功率普遍比較大，像水電站發(fā)電機最大單機功率可達100萬千瓦，也就是1000MW。單機運行的發(fā)電機主要用作移動電源，功率一般都比較小，像我們曾設(shè)計的用于冷鏈運輸?shù)陌l(fā)電機功率是20kW，船用軸帶發(fā)電機功率是2MW。有網(wǎng)友說，功率2MW已經(jīng)很大了，怎么能說它??？我們說，電機功率大小是相對的，相對于電動機而言，2MW算是很大的了，但是在發(fā)電機特別是大型發(fā)電機里面，2MW算是比較小的。

從電機設(shè)計角度來講，由于發(fā)電機和電動機關(guān)心的指標不一樣，所以設(shè)計特點也有所不同。由于電動機輸出功率指的是機械功率，所以電動機更關(guān)心與機械相關(guān)的指標，比如啟動轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩脈動等指標。發(fā)電機就沒有或者說不提以上這幾個轉(zhuǎn)矩的概念，由于發(fā)電機輸出功率指的是電功率，所以發(fā)電機更關(guān)心與電相關(guān)的指標，比如空載電壓波形畸變率，穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率，瞬態(tài)電壓調(diào)整率等指標。當然，要降低電動機轉(zhuǎn)矩脈動所采取的技術(shù)措施，與降低發(fā)電機空載電壓波形畸變率所采取的技術(shù)措施可以是一樣的，比如都采用斜槽，之所以如此，是因為這兩個指標都與齒諧波有關(guān)。另外，發(fā)電機的功率因數(shù)屬于設(shè)計輸入，而電動機的功率因數(shù)則屬于設(shè)計輸出，這也是它們的重要區(qū)別之一。由于發(fā)電機容量比較大，根據(jù)電機效率正比于單機容量這一原理，所以發(fā)電機效率要求會更高。我們曾設(shè)計過一款12.5MW同步發(fā)電機，效率要求是不低于98.5%，這對電動機是不可想象的。?? ?

大多數(shù)發(fā)電機都是以發(fā)出有功功率為主，所以功率因數(shù)一般都是0.8或者0.9，但是有一種發(fā)電機是專門用于發(fā)無功的，功率因數(shù)為0，這種發(fā)電機叫調(diào)相機。我們曾設(shè)計過一款50MVar，10.5kV，3000r/min的新能源電站用分布式調(diào)相機，主要解決新能源電站電壓不穩(wěn)定，電力送不出去的問題。調(diào)相機和傳統(tǒng)的同步發(fā)電機設(shè)計有較大不同，主要在于短路比一定要高，以保證有較深的進相能力。同時瞬態(tài)參數(shù)和電時間常數(shù)要盡可能小，以保證較快的動態(tài)響應(yīng)速度，另外，調(diào)相機損耗要盡可能小，以保證較高的運行效率。

原則上講，任何一臺電機既可以作為發(fā)電機運行，又可以作為電動機運行，這就是所謂的電機可逆原理。電機可逆原理從底層邏輯上闡明了，發(fā)電機和電動機不應(yīng)視為兩種截然不同的電機，而只是同一電機的兩種不同運行方式。

但是將一臺電機從一種運行方式切換到另一種運行方式，往往是需要一定前提條件或者說需要付出一定代價的。以異步電機為例，作為電動機運行很容易，直接接電網(wǎng)上就可以轉(zhuǎn)。但作為發(fā)電機，如果直接拿原動機拖異步電機，是沒法發(fā)電的，因為沒有勵磁。所以異步電機要作為發(fā)電機運行，還需要額外勵磁，比如由電網(wǎng)勵磁或用電力電容器自行勵磁，前者適用于并網(wǎng)運行，后者適用于單機運行。

再說永磁同步電機。作為發(fā)電機運行很容易，直接拿原動機拖永磁同步電機就可以發(fā)電，但是作為電動機運行，直接接電網(wǎng)上永磁同步電機是轉(zhuǎn)不起來的。需要額外購置變頻器或者在轉(zhuǎn)子上設(shè)計專門的起動籠來解決永磁同步電機的起動問題，這需要增加成本。對于利用變頻器完成起動的永磁同步電機，一旦電機起動完成，如果不需要調(diào)速運行，為了省電，可以將變頻器切除，將電機切換到電網(wǎng)模式運行。對于利用轉(zhuǎn)子起動籠完成起動的永磁同步電機，一旦電機起動完成，起動籠完成了它的使命，起動籠中就基本沒有電流了。?? ?

大型發(fā)電機有汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機兩種，其中前者用于火電廠和核電站發(fā)電，后者用于水電站發(fā)電，本文不作詳細闡述。本文主要介紹常見的中小型發(fā)電機，包括無刷勵磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機，有刷雙饋異步發(fā)電機和籠型異步發(fā)電機等。

無刷勵磁同步發(fā)電機由副勵磁機、勵磁機和主發(fā)電機等三臺電機共同組成，并且三臺電機的轉(zhuǎn)子是同軸旋轉(zhuǎn)的。其中副勵磁機為永磁同步發(fā)電機，勵磁機為旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機，主發(fā)電機為常規(guī)的旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機。無刷勵磁同步發(fā)電機工作原理是，當原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，由副勵磁機定子直接發(fā)出交流電壓經(jīng)過外部整流后形成直流電壓。該直流電壓接到勵磁機的定子上，勵磁機的定子形成恒定磁場，勵磁機的轉(zhuǎn)子線圈切割磁力線產(chǎn)生交流電壓再經(jīng)過在主軸上的旋轉(zhuǎn)二極管整流成直流電壓后接到主發(fā)電機的轉(zhuǎn)子線圈上，主發(fā)電機轉(zhuǎn)子形成磁場，主發(fā)電機定子切割磁力線得到發(fā)電電壓。也有的無刷勵磁同步發(fā)電機沒有副勵磁機，僅由勵磁機和主發(fā)電機兩部分組成，此時勵磁機定子電壓由主發(fā)電機的剩磁電壓經(jīng)整流后提供。無刷勵磁同步發(fā)電機主要用于各種船用、陸用電站電源，以及核電站中的應(yīng)急發(fā)電機組。?? ?

永磁同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為表貼式或者內(nèi)置式，其中表貼式結(jié)構(gòu)更適合于低速和高速運行，內(nèi)置式結(jié)構(gòu)更適合于中速運行。永磁同步發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、效率高、適合直驅(qū)等優(yōu)點，但也有成本高、無法通過調(diào)節(jié)勵磁來實現(xiàn)恒壓等缺點，主要用于風力發(fā)電、無刷勵磁同步發(fā)電機的副勵磁機以及航空航天高速發(fā)電機等場合。針對永磁同步電機無法通過調(diào)節(jié)勵磁來實現(xiàn)恒壓的缺點，可以采用混合勵磁（即電勵磁+永磁體勵磁）結(jié)構(gòu)的發(fā)電機或者外接全功率變流器來解決，前者結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，后者成本比較高。?? ?

有刷雙饋異步發(fā)電機是一種繞線式感應(yīng)發(fā)電機，即定子、轉(zhuǎn)子都有三相對稱的繞組。所謂有刷，指的是感應(yīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子上存在電刷-滑環(huán)。所謂雙饋，指的是感應(yīng)發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子能同時向電網(wǎng)發(fā)出電能，其中定子繞組直接與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組通過電刷-滑環(huán)經(jīng)變流器與電網(wǎng)連接。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時，通過變流器控制轉(zhuǎn)子電流的頻率，可以確保定子的輸出始終是恒頻恒壓的交流電。由于上述特點，發(fā)電機工作轉(zhuǎn)速可以是亞同步，同步或超同步。由于流過轉(zhuǎn)子繞組中的功率為轉(zhuǎn)差功率，一般只有發(fā)電機容量的1/4～1/3，因而變流器的最大容量也僅為發(fā)電機容量的1/4～1/3，這樣“雙饋異步發(fā)電機+轉(zhuǎn)差功率的變流器”的總體配置費用與“永磁同步發(fā)電機+全功率變流器”組合相比，就明顯降低。雙饋異步發(fā)電機的主要優(yōu)點是適合于變速恒頻運行，并且成本也較低；缺點是需要安裝電刷-滑環(huán)，故障率較高，必須定期維護、檢修和更換，另外效率也較低。雙饋異步發(fā)電機主要用于風力發(fā)電和水力發(fā)電。?? ?

籠型異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子為封閉式鼠籠結(jié)構(gòu)，不需要電刷-滑環(huán)，因而結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。由于籠型異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子上沒有像電勵磁同步發(fā)電機或者雙饋異步發(fā)電機一樣的專門勵磁繞組，因而需要從外部（如電網(wǎng)或者電容器）獲取勵磁。由于籠型異步發(fā)電機工作轉(zhuǎn)速只能是超同步，為實現(xiàn)大范圍變速恒頻發(fā)電，因此定子需要接全功率變流器，變流器成本高于雙饋變流器?；\型異步發(fā)電機主要適用于對可靠性要求特別高的場合，比如海上風力發(fā)電等。

關(guān)于發(fā)電機就先介紹這么多內(nèi)容，如果大家還有什么需要了解的，歡迎在評論區(qū)給我們留言。