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新闻主题	大型发电机形式分类百科

 

摘要：发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由柴油机或其他动力机械驱动，将燃料燃烧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。发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

 

 

 

1．按转换的电能方式分类

 

按转换的电能方式可分为交流发电机和直流发电机两大类，直流发电机一般都带有换向器和电刷，将线圈产生的交流电转换成脉动直流电输出。现代有些直流发电机实际上是在发电机的交流输出之后通过晶闸管SCR、IGBT或者高频开关装置进行整流，在结构上，实际是将交流发电机捆绑了整流装置，严格意义仍属于交流发电机范畴，并不是真正意义上的直流发电机。

交流发电机又分为交流同步发电机和交流异步发电机两种。

交流同步发电机又分为交流隐极式同步发电机和交流凸极式同步发电机两种。

在现代发电站中最常用的是交流同步发电机，交流异步发电机很少用，但是在超级静音发电机组应用场景中，由于异步发电机的转子无需励磁，易于制造及冷却而被采用。

交流发电机组按照相数又可分为单相发电机（也有一些特殊接法能够产生两相的效果，按照分类实际上还是属于广义上的单相发电机）和三相发电机两种。低压三相发电机输出电压一般为400V，单相发电机输出电压一般为230V。

 

2．按励磁方式分类

 

按励磁方式分类可分为有刷励磁发电机和无刷励磁发电机。

1）有刷发电机原理最简单、成本最低，结构上只有主定子和主转子，发电机旋转后，主转子的剩磁切割主定子线圈产生感应电动势发出微弱的电压，经过自动电压调节器（AVR）整流后形成直流励磁电压，再通过正极和负极两个电刷和集电环，直流励磁能量反馈到主转子充磁，形成更强的磁场切割主定子线圈，主定子线圈产生更强的感应电动势，如此循环正反馈并且在励磁调节器的调节下，主定子线圈产生的感应电动势最终达到额定电压并稳定输出。有刷发电机原理虽然简单，但是缺点显而易见，那就是由于存在正极和负极两个电刷和集电环，导电部分旋转接触，既需要导电性能好，又需要耐磨性能好，因此一般采用电刷，电刷太紧，虽然会使电刷与集电环之间的接触电阻相对较小，但是电刷与集电环摩擦生热，且电刷也极易磨损，电刷太松，又容易产生较大的接触电阻，从而发热，严重时可能烧坏电刷。高温对硅钢片也有消磁作用，因此有刷发电机需定期维护，清扫电刷，调节电刷的压紧力度或者更换电刷。因电刷和集电环是旋转接触，接触不良时极易产生火花，对无线电设备产生电磁干扰，增加了故障点，不适用于为电磁敏感设备以及易燃易爆等危险场所供电。因此，有刷励磁在中小功率的发电机中已基本上被更先进的无刷励磁替代了。

2）无刷发电机。无刷发电机相对有刷发电机比较，相当于多了一套励磁发电机和旋转二极管整流装置，供电可靠性和电气指标都提高了，除了轴承，基本上属于免维护，成本适中，因而得到了最广泛的应用。其特点：

①无滑动接触等易损部分，可靠性高、维护简单、使用寿命长，可长期连续运行而很少维护修养，特别适用于自动化电站和环境恶劣的场合。

②导电部分没有旋转接触，故不产生火花。同时无集电环摩擦发热的特点也能适应高温度的环境。

③所发出的电压波形好，畸变率小，电磁干扰小。

④由于无刷发电机是由多级发电机组成，间接控制主发电机励磁功率，因而控制励磁功率很小，故励磁功率调节装置具有可控功率器件体积小、发热量低、故障率低、可靠性很高的优点。

无刷发电机又分为他励式无刷发电机和自励式无刷发电机。

他励式无刷发电机又分为CGT斯坦福等品牌发电机、PMG永磁发电机和利莱森玛专利的AREP和MECC ALTE美奥迪专利的Maux 辅助绕组等类型。

 

3．按照机械连接方式分类

 

按照机械连接方式分类，有带式传动发电机、采用飞轮盘片连接的单支点发电机和采用弹性联轴器连接的双支点发电机。带式传动发电机一般用于对电能质量要求不高，对占地面积要求不高的小功率发电机，在中大功率发电机中很少采用；单支点发电机由于结构紧凑，成本低且安装方便得到最广泛的应用；双支点发电机成本相对较高，安装工艺也比较复杂，仅仅用于船用、港机、数据中心高压发电机组或者石油钻机发电机组等极少数振动大、运行环境恶劣，以及像高压发电机的高电压会对主轴产生感应电压、对主轴与轴瓦啮合面会造成破坏的场合

 

4．按照冷却方式分类

 

按照冷却方式分类，可分为水冷式发电机和风冷式发电机。在陆用工业应用中，绝大部分采用IP22或者 IP23的自然风冷发电机。在船用发电机组中，如果还是采用自然风冷方式，海洋盐雾容易随冷却空气进入发电机，对发电机绕组等形成腐蚀，造成发电机绝缘性能下降甚至早损，因此必须采用封闭循环水冷发电机，即在原来的风冷发电机的上部增加一个水对空气冷却器，原来在外面开放式循环的冷却空气就在水对空气冷却器内封闭循环，热空气的热量依靠外部循环的冷却水带出，而且必须考虑在封闭循环水冷系统发生故障情况下（例如循环水泵故障或者缺水等）的应急冷却方式切换措施，例如在水对空气冷却器上设置发电机的应急冷却进风口和排风口，另外还必须设置漏水检测装置，防止水对空气冷却器漏水进入发电机，对发电机造成破坏。另外，由于船用设备都必须经过船级社认证，发电机也不例外，而且世界上的船级社认证种类较多，购买船用发电机时，一定要注意取得用户指定的船级社证书。在石油钻机或者港机发电机组中，由于采用自然风冷方式，野外的灰尘或海洋盐雾容易随冷却空气进入发电机，对发电机绕组形成腐蚀或者堵塞绕组冷却通道，因此采用带进风过滤滤网的风冷发电机。同时，为了防止进风过滤滤网堵塞没有及时处理，造成发电机绕组过热甚至烧毁，带进风过滤滤网的风冷发电机一般配套了进风过滤滤网两端压力差的差压报警装置，当滤网堵塞，造成进风过滤滤网两端压力差超过设定值时报警，提醒维护人员及时清理或者更换滤网。还有，对于防护等级高的发电机应用，同时需要配套Pt100绕组温度模拟量检测传感器和轴承温度模拟量检测传感器以及配套温度显示装置，或者配置PTC绕组温度开关量检测和轴承温度开关量检测探头以及配套的温度继电器，前者能够实时显示绕组或轴承温度，后者当发电机由于进风受限导致冷却能力不足，绕组或者轴承温度升高到设定值时，自动报警或停机。一般来说，高防护等级都会造成一定的功率折损，例如，CGT带进风过滤网的风冷发电机功率折损在5％左右。

另外，还有一种冷却水管直接布置在定子绕组内的水冷发电机，依靠冷却水的循环，直接将定子绕组内部的热量通过一次交换带出，一般用于或超级静音发电机组。

 

5．按照转子和定子的相对位置分类

 

按照转子和定子的相对位置分类，可分为传统的内转子工频发电机和近年来比较流行的小功率外转子中频发电机，传统的工频发电机由于功率跨度大，在中大功率时，需要占用更多空间安装定子绕组线圈，而磁极数量仅仅在2～6极之间，占用空间小，因此采用定子在外、转子在内旋转的内转子结构。而小功率外转子中频发电机正好相反，由于磁极数量至少在10以上，多的时候多达30多个极，所有磁极采用瓦片状稀土永磁体或者铁氧体，贴在转子铁心罩壳内圈，在高速旋转时不易掉落，而小功率发电机定子绕组需要的线圈匝数相对较少，占用空间少，因此采用定子在内，转子在外旋转的外转子结构。由于此种紧凑式结构功率重量比可以做到很大，6kVA的发电机，重量仅仅只有6kg，不到传统的内转子工频发电机重量的1/3，发电机长度甚至不到传统发电机长度的1/4，由于磁极数量多，中频输出频率可高达500Hz，整流后纹波小、滤波方便，经简单整流滤波后的电能质量就很高，因此非常适合于通信基站直流负载使用的小型便携式发电机组。

 

6．按照输出电压高低分类

 

按照输出电压高低可分为低压发电机。中压发电机和高压发电机。低压、中压和高压的定义，各个厂家并不完全相同，具体划分需要参阅各个厂家的相关资料。在数据中心大量出现之前，几乎是低压发电机一统天下，现在随着大容量数据中心10MW级的备用发电机组的动力楼的需求爆发，传统的低压发电机无法满足需求，数据中心备用发电机组项目具有单层建筑面积相对较大，用电负载基本都需由自备发电机组来保证，自备发电机组需求容量非常大等特点。对于这种数据的机房楼，如自备发电机组设置在机房楼内，将会造成首层大量建筑面积的占用，影响高低压变配电设备的布置及空调制冷设备的布置，并且给解决发电机组运行时的振动、噪声问题和发电机房的进排风布置带来困难。如采用低压发电机组，设置在机房楼外独立设置的发电机房内，低电压、大电流、长距离输电，能量损耗极大，同时也会在运行维护、施工等方面带来极大困难。由于单台低压母线槽和低压断路器的6400A额定电流限制，也不可能做到满足数据中心负载需求的单组大容量系统。另外，数据中心的耗能大户如制冷压缩机也有越来越多采用效率更高的高压电动机等负载的趋势，综上所述，采用高压发电机的趋势越来越明显。

从供电系统节能的角度考虑，采用高压发电机的自备柴油发电机组假设功率不变，额定电压从400V提高到10kV，电压提高25倍，电流将减少到原来的1/25左右，线路损耗与电流的二次方成正比地大幅度减少，同时由于额定电流变小，可以采用更小截面积的导线，大大节省了有色金属用量。

 

7．按照应用场合分类

 

按照应用场合，可以分为陆用发电机和船用发电机。船用发电机要求比较严格，在使用之前，必须经过CCS中国船级社或者是国际其他船级社检验认可之后才能上船使用，而陆用发电机没有此要求。

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