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一種用于城市生活處理排放水發(fā)電的輕阻發(fā)電機的制作方法

文檔序號:11064537閱讀:415來源:國知局

本發(fā)明涉及一種發(fā)電機,特別涉及到一種用于城市生活處理排放水發(fā)電的輕阻發(fā)電機。



背景技術(shù):

發(fā)電機是將其他形式的能源轉(zhuǎn)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(qū)動,將水流,氣流,燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機械能傳給發(fā)電機,再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。

發(fā)電機的形式很多,但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此,其構(gòu)造的一般原則是:用適當?shù)膶Т藕蛯щ姴牧蠘?gòu)成互相進行電磁感應的磁路和電路,以產(chǎn)生電磁功率,達到能量轉(zhuǎn)換的目的。發(fā)電機的工作特性:

發(fā)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,由于電機磁路鐵心有飽和現(xiàn)象,所以兩者不成正比。反映空載電動勢E0與勵磁電流If關(guān)系的曲線稱為同步發(fā)電機的空載特性。

當發(fā)電機接上對稱負載后,電樞繞組中的三相電流會產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場,稱電樞反應磁場。其轉(zhuǎn)速正好與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相等,兩者同步旋轉(zhuǎn)。

同步發(fā)電機的電樞反應磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場均可近似地認為都按正弦規(guī)律分布。它們之間的空間相位差取決于空載電動勢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(guān)。當發(fā)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(fā)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(fā)電機的輸出電壓升高。

主要指外特性和調(diào)整特性。外特性是當轉(zhuǎn)速為額定值、勵磁電流和負載功率因數(shù)為常數(shù)時,發(fā)電機端電壓U與負載電流I之間的關(guān)系。調(diào)整特性是轉(zhuǎn)速和端電壓為額定值、負載功率因數(shù)為常數(shù)時,勵磁電流If與負載電流I之間的關(guān)系。

同步發(fā)電機的電壓變化率約為20~40%。一般工業(yè)和家用負載都要求電壓保持基本不變。為此,隨著負載電流的增大,必須相應地調(diào)整勵磁電流。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反,對于感性和純電阻性負載,它是上升的,而在容性負載下,一般是下降的。

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(fā)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(fā)電裝置將動能轉(zhuǎn)換而成的——這個過程是守恒的。由于發(fā)電機發(fā)電時電樞會發(fā)熱、軸承有摩擦、鐵芯有損耗等,因而動能轉(zhuǎn)換成電能的效率通常在54-75%。另外,燃煤、燃油等火力發(fā)電其在熱能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為電能,最終導致的是資源的過度損耗以及大氣的嚴重污染。

電力學告訴我們,將動能轉(zhuǎn)換成電能的過程,其實就是外力克服發(fā)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——這個過程是守恒的。當外力還要克服軸承等摩擦力,當電流還會引起線圈等發(fā)熱時,發(fā)電機的輸出效率自然就會低于100%。為進一步提高輸出效率,目前可以采用磁浮軸承與超導線圈。采用磁浮軸承與超導線圈,發(fā)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(fā)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“永恒”的技術(shù)瓶頸)。受超導使用成本與“永恒”技術(shù)瓶頸的制約,市場面臨的實際情況是:發(fā)電機的輸出效率基本還處在75%左右,水力、火力資源還繼續(xù)在過度損耗。

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

在努力減少水力、火力資源的過度損耗的問題上,除了風力、水力發(fā)電之外,還可以考慮城市生活處理排放水發(fā)電。城市生活處理排放水是日夜川流不息的,雖然它遠沒有瀑布流那樣湍急,但其所蘊藏的能量也是不可低估的,因此,只有通過輕阻發(fā)電機才能最大限度地釋放出來。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的任務是提出一種用于城市生活處理排放水發(fā)電的輕阻發(fā)電機,以實現(xiàn)上述目的。

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

關(guān)于發(fā)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(fā)明提供的是這樣一種用于城市生活處理排放水發(fā)電的輕阻發(fā)電機,包括磁幄、鐵芯線圈和水葉。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(nèi),另一部分永磁塊的S極全部朝向磁幄內(nèi),從而使磁幄內(nèi)形成徑向磁場;所述定子由鐵芯與線圈構(gòu)成,定子通過轉(zhuǎn)軸置于磁幄內(nèi),轉(zhuǎn)軸處于兩部分永磁塊的間隔處;所述磁幄作為轉(zhuǎn)子,水葉置于磁幄,水葉為片式結(jié)構(gòu),徑向承受城市生活處理排放水的水流。其技術(shù)特征是:由硅鋼片組成的鐵芯為具有一定長度的棒狀鐵芯,線圈繞于棒狀鐵芯的中間一段。所述線圈繞于棒狀鐵芯中間的尺寸為棒狀鐵芯的1/3或1/2。所述磁幄為低速運行磁幄。

本發(fā)明的實現(xiàn)過程:置于磁幄中的棒狀鐵芯繞組在發(fā)電時,產(chǎn)生的電流流過線圈時棒狀鐵芯的兩端分別會產(chǎn)生N、S極,N、S極的產(chǎn)生會抵抗外力的作用。因此,發(fā)電所提供的外力實質(zhì)是用以克服轉(zhuǎn)子的抵抗力。轉(zhuǎn)子采用上述結(jié)構(gòu)與棒狀鐵芯繞滿線圈,在兩者發(fā)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(chǎn)生的N、S極就會集中在靠近線圈兩端,其產(chǎn)生的作用力就會大大減少。這樣,外力克服轉(zhuǎn)子抵抗力就會減輕,就可實現(xiàn)上述目的。

輕阻發(fā)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(jié)能,打個比方:現(xiàn)有發(fā)電機用X斤煤可發(fā)Y度電,而輕阻發(fā)電機只用X/2-X/10斤煤就可發(fā)Y度電,從而相當于把發(fā)電機的輸出效率提升到相當高度,相當于減少了水力、火力資源的過度損耗,進而改善了大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和人類居住環(huán)境。另外是提供廉價的電源,為國民經(jīng)濟 的可持續(xù)發(fā)展提供了強有力的保障和支持。最后是城市生活處理排放水是日夜川流不息的,雖然它遠沒有瀑布流那樣湍急,但其所蘊藏的能量也是不可低估的,因此,通過輕阻發(fā)電機可以最大限度地把其釋放出來。

實施方式

一種用于城市生活處理排放水發(fā)電的輕阻發(fā)電機,包括磁幄、鐵芯線圈和水葉。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(nèi),另一部分永磁塊的S極全部朝向磁幄內(nèi),從而使磁幄內(nèi)形成徑向磁場;所述定子由鐵芯與線圈構(gòu)成,定子通過轉(zhuǎn)軸置于磁幄內(nèi),轉(zhuǎn)軸處于兩部分永磁塊的間隔處;所述磁幄作為轉(zhuǎn)子,水葉置于磁幄,水葉為片式結(jié)構(gòu),徑向承受城市生活處理排放水的水流。其技術(shù)特征是:由硅鋼片組成的鐵芯為具有一定長度的棒狀鐵芯,線圈繞于棒狀鐵芯的中間一段。所述線圈繞于棒狀鐵芯中間的尺寸為棒狀鐵芯的1/3。

所述磁幄為低速運行磁幄;

所述永磁磁幄為柱形;

所述永磁塊為釹鐵硼或強磁材料。

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