成蒸汽,推动汽轮机做功,将热能转化为机械能,最后通过发电机组将机械能转化为电能,从而完成整个发电过程。
其它诸如水力、风力、甚至核发电站,工艺流程上也差不多。
在发电厂中,最关键的设备就是发电机,它是直接产生电能的设备。
学过初中物理的都知道电磁感应定律:放在变化磁通量的导体,都会产生电动势。
如果是闭合导体在变化的磁场中,或者闭合导体在磁场中做切割运动,均会在导体中产生电流,这也就是发电机工作的基本原理。
以火力发电为例,其发电过程如下:使用燃料(如煤)将锅炉的水烧成水蒸气(一般是高压水蒸气),然后用水蒸气推动汽轮机转动
这个就像以前烧煤的火车,只不过蒸汽火车是推动活塞做往复运动,经过机械转换为圆周运动,从而带动火车向前跑。
而火力发电中汽轮机是与发电机连接的,汽轮机带着发电机的转子转动。
发电机里面有个定子,由铁芯、机座、线圈等构成,主要用于产生固定磁场。
而发电机中的转子,主要由转子绕组、导磁的铁心以及转子轴伸、护环、中心环和风扇等组成,在其旋转的时候,切割定子产生的磁场并产生电动势。
由于电动势是在转子上产生,所以需要使用三个滑环引出三相交流电,并配送出去。
这种发电方式的发电机叫做转枢式发电机,是从运动的转子端产生电能,因此功率不能做得很大,放在早期发电机上没什么大问题。
后来最常用的发电机工作模式为转极式,其结构是在定子上安装三相线圈匝数相等的线圈绕组,而在转子上安装磁极和励磁绕组,利用二个滑环向转子励磁绕组通入直流励磁电流,在转子上产生恒定磁场。
当转子旋转时,该磁场也跟着旋转,旋转的磁场经过定子的三相对称绕组,相当于定子的三相绕组切割磁场,因此在定子三相绕组中感应三相对称电势,连接闭合回路后就输出三相交流电。
这种方式由于电能是从固定的定子端产生,没有运动部件,所以发电功率可以做得很大,后来市面上发电机基本都是使用这种方式。
上面所述就是发电机发电的基本原理和过程,也就是把机械能转化为电能的过程。
各种火力、水力、风力、核能等发电厂,都是通过各种方式,将可以利用的能源转为可以带动发电机转动的机械能。
比如说火力和核能,都是使用热能加热水,产生水蒸气推动汽轮机(汽轮发电机)。
水力发电机,则是通过将水蓄起来,从高处流下推动水轮机,从而带动发电机转子转动(水轮发电机)。
而风力发电机,则是直接利用风力推动风车带动发电机发电。
当然,发电厂要完成上面这些看似简单的流程,除了需要制造精良的汽轮机发电机、水轮发电机外,还有相当复杂的配套设备。
比如说火力发电,就包括燃烧系统(包括锅炉、省煤器、磨媒机、排粉机、送风机、引风机及风管等);
汽水系统(主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁、冷却系统等);
电气系统(汽轮机、发电机、变压器等)、管网系统、控制系统等组成。
因此,虽然看起来发电的原理挺简单,但是要真正地将电发出来,可不是一个简单的工程。
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