一種高壓輕阻發電機的製作方法

2023-07-28 09:59:31

本發明涉及一種發電機，特別涉及到一種高壓輕阻發電機。

背景技術：

發電機是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電機，再由發電機轉換為電能。

發電機的形式很多，但其工作原理都基於電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當的導磁和導電材料構成互相進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。發電機的工作特性：

發電機不接負載時，電樞電流為零，稱為空載運行。此時電機定子的三相繞組只有勵磁電流If感生出的空載電動勢E0(三相對稱)，其大小隨If的增大而增加。但是，由於電機磁路鐵心有飽和現象，所以兩者不成正比。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關係的曲線稱為同步發電機的空載特性。

當發電機接上對稱負載後，電樞繞組中的三相電流會產生另一個旋轉磁場，稱電樞反應磁場。其轉速正好與轉子的轉速相等，兩者同步旋轉。

同步發電機的電樞反應磁場與轉子勵磁磁場均可近似地認為都按正弦規律分布。它們之間的空間相位差取決於空載電動勢E0與電樞電流I之間的時間相位差。電樞反應磁場還與負載情況有關。當發電機的負載為電感性時， 電樞反應磁場起去磁作用，會導致發電機的電壓降低；當負載呈電容性時，電樞反應磁場起助磁作用，會使發電機的輸出電壓升高。

眾所周知，通過外力(例如水力、火力、風力等)拖動或帶動的所有發電機，若要輸出多大的電能，外界就要提供多大的動能——電能是通過發電裝置將動能轉換而成的——這個過程是守恆的。由於發電機發電時電樞會發熱、軸承有摩擦、鐵芯有損耗等，因而動能轉換成電能的效率通常在54-75％。另外，燃煤、燃油等火力發電其在熱能轉換成動能之過程中的效率通常在36-54％，在這種情況下再將動能轉換為電能，最終導致的是資源的過度損耗以及大氣的嚴重汙染。

電力學告訴我們，將動能轉換成電能的過程，其實就是外力克服發電機電樞阻力的做功過程，若要輸出多大的電能，外力就要克服多大的阻力做功——這個過程是守恆的。當外力還要克服軸承等摩擦力，當電流還會引起線圈等發熱時，發電機的輸出效率自然就會低於100％。為進一步提高輸出效率，目前可以採用磁浮軸承與超導線圈。採用磁浮軸承與超導線圈，發電機的輸出效率就基本完美無缺了(可達98％以上)。然而，目前拖動發電機的動力裝置(燃煤、燃油)的熱效率還不能突破54％(這可謂是「永恆」的技術瓶頸)。受超導使用成本與「永恆」技術瓶頸的制約，市場面臨的實際情況是：發電機的輸出效率基本還處在75％左右，水力、火力資源還繼續在過度損耗。

既然存在使用成本與技術瓶頸的制約，為什麼不可以放棄在這方面的努力，轉而去尋找一個解決問題的切入點？綜上所述，我們發現，如果能夠單方面把發電機的電樞阻力減少，例如減少1/3(但發電量不變)，就相當於把動力裝置的熱效率提高到48-72％，從而相當於把發電機的輸出效率提高到 72％-100％，進而相當於減少了水力、火力資源的過度損耗。

技術實現要素：

本發明的任務是提出一種高壓輕阻發電機，以實現上述目的。

我們知道，現有發電機運行時，空載時(不發電)電樞阻力最小，拖動發電機電樞的動力裝置所提供的動力全部用於克服電樞轉動時所產生的摩擦阻力。加載時(發電時)電樞產生電流，電樞轉動阻力增加，拖動發電機電樞的動力裝置所提供的動力需要隨之提高，提高部分用於克服發電機運行時電樞所產生的電磁阻力。短路時(會燒機)電樞產生的電流最大因而電樞產生的阻力也最大，拖動發電機的動力裝置所提供的動力往往難於拖動電樞。

關於發電機的阻力，接觸過手搖電話機的人肯定頗有體會。過去，電話機務員通常利用手搖電話機的搖動力度去判斷線路是否正常、是否開路抑或短路(接地)。

本發明提供的是這樣一種高壓輕阻發電機，包括磁幄和轉子。所述磁幄由兩部分永磁塊組成，一部分永磁塊的N極全部朝向磁幄內，另一部分永磁塊的S極全部朝向磁幄內，從而使磁幄內形成徑向磁場；所述轉子由鐵芯與線圈構成，轉子通過轉軸置於磁幄內，轉軸處於兩部分永磁塊的間隔處。其技術特徵是：由矽鋼片組成的鐵芯為具有一定長度的棒狀鐵芯，線圈繞於棒狀鐵芯的中間一段。所述線圈繞於棒狀鐵芯中間的尺寸為棒狀鐵芯的1/3或1/2。所述線圈為高壓線圈，線徑0.08-0.42，匝數2000-10000。

本發明的實現過程：置於磁幄中的棒狀鐵芯繞組在發電時，產生的電流流過線圈時棒狀鐵芯的兩端分別會產生N、S極，N、S極的產生會抵抗外力的作用。因此，發電所提供的外力實質是用以克服轉子的抵抗力。轉子採用上述結構與棒狀鐵芯繞滿線圈，在兩者發電量相同的情況下，前者因電流流 過線圈在棒狀鐵芯兩頭分別產生的N、S極就會集中在靠近線圈兩端，其產生的作用力就會大大減少。這樣，外力克服轉子抵抗力就會減輕，就可實現上述目的。

輕阻發電機將使無處不在、廣闊無垠的電能快速邁入低成本的綠色能源時代。此外是高度節能，打個比方：現有發電機用X斤煤可發Y度電，而輕阻發電機只用X/2-X/10斤煤就可發Y度電，從而相當於把發電機的輸出效率提升到相當高度，相當於減少了水力、火力資源的過度損耗，進而改善了大氣環境、生態環境和人類居住環境。另外是提供廉價的電源，為國民經濟的可持續發展提供了強有力的保障和支持。最後是採用高壓發電可減少銅損並便於長途輸送電力。

實施方式

一種高壓輕阻發電機，包括磁幄和轉子。所述磁幄由兩部分永磁塊組成，一部分永磁塊的N極全部朝向磁幄內，另一部分永磁塊的S極全部朝向磁幄內，從而使磁幄內形成徑向磁場；所述轉子由鐵芯與線圈構成，轉子通過轉軸置於磁幄內，轉軸處於兩部分永磁塊的間隔處。其技術特徵是：由矽鋼片組成的鐵芯為具有一定長度的棒狀鐵芯，線圈繞於棒狀鐵芯的中間一段。所述線圈繞於棒狀鐵芯中間的尺寸為棒狀鐵芯的1/3或1/2。所述線圈為高壓線圈。

所述線圈通過直流換向器控制；

所述磁幄固定於機座；

所述高壓線圈線徑為0.13；

所述高壓線圈匝數為4000。