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一起回望柴油發(fā)電機組的發(fā)展史
現(xiàn)代柴油機是在德國機械工程師狄塞爾發(fā)明的柴油機的基礎上發(fā)展起來的,1892年,德國機械工程師狄塞爾取得了柴油發(fā)電機壓縮點火的 。他的做法是以提高發(fā)動機的壓縮比來提高熱效率,利用壓縮氣體的高溫來點燃進入汽缸的燃料,這樣做的好處是不但省去了點火裝置和汽化器,而且可以使用比柴油價格更低的柴油做燃料。
狄塞爾經(jīng)過了5年的實驗,在1897年制成了 臺具有實用價值的壓縮點火柴油發(fā)電機,即壓燃式柴油機。與以前的柴油發(fā)電機相比,它延長了汽缸內(nèi)氣體的壓縮過程,大大提高了壓縮終了時氣體的壓力和溫度,實現(xiàn)了不用點火系統(tǒng)而使柴油自動點火燃燒的功能。狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機能將35%的燃料潛能轉變成動力而當時有效的柴油發(fā)動機也只能將28%的燃料潛能轉變成動力,這是柴油發(fā)電機技術第二次革命性的突破。但是,當時狄塞爾發(fā)明的柴油發(fā)動機存在著很多的缺點,比如重量重、噪聲大、冒黑煙,排出的大量廢氣會對環(huán)境影響很大,而且噴油泵還不完善,從而嚴重限制和影響了柴油機的衄??梢哉f,狄塞爾先生生前只看到發(fā)動機的成功的開端,卻沒有看到柴油機技術的飛躍發(fā)展,沒有看到柴油機的廣泛應用。
據(jù)資料記載,柴油機技術在1914年以前發(fā)展比緩慢,在 次世界期間,由于戰(zhàn)爭的需要柴油發(fā)動機開始大量生產(chǎn),用于軍事目的。柴油發(fā)動機柴油發(fā)電的發(fā)展史真正得到廣泛應用是在1950年左右。早期的柴油機都是四沖程的,1899年德國工程師雨果.古爾德納制造出了二沖程柴油發(fā)動機,他把當時采用相同缸徑的四沖程柴油機的功率提高了60%~80%。二沖程柴油機的結構簡單,造價低廉,但其燃油和潤滑油的消耗量較高、冷卻比較困難、耐用性較差,而且很難制造出功率較大的發(fā)動機,所以至今實際使用的功率比較大的柴油機都是四沖程的。
世界上 臺發(fā)電機是1831年由英國的物理學家邁克爾·法拉第發(fā)明的。當時法拉第在試驗中發(fā)現(xiàn),當磁鐵在線圈中移動時,線圈會產(chǎn)生電流,即今天我們大家所熟知的電磁感應現(xiàn)象。法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象之后不久,便利用電磁感應原理發(fā)明了世界上 臺發(fā)電機,即法拉第圓盤發(fā)電機。這臺發(fā)電機的構造與現(xiàn)代的發(fā)電機不同,在磁場中轉動的不是線圈,而是一個用紫銅做的圓盤。圓心處固定一個搖柄,圓盤的邊緣和圓心處各與一個黃銅電刷緊貼,用導線把電刷與電流表連接起來;紫銅圓盤放置在馬蹄形磁鐵的磁場中。當法拉第轉動搖柄使紫銅圓盤旋轉起來的時候,電流表的指針偏向一邊,這說明電路中產(chǎn)生了持續(xù)的電流。這就是法拉第試制出的世界上 臺發(fā)電機。當年法拉第曾在英國皇家學會上表演他的發(fā)電機。當時,有一位貴夫人問法拉第:“這玩藝兒有什么用呢?”法拉第非常有禮貌地回答道:“夫人,新生的嬰兒又有什么用處呢?”這一絕妙的回答受到大家的交口稱贊。
當拉第發(fā)明的圓盤發(fā)電機雖然非常簡單,它產(chǎn)生的電流甚至不能讓一只小燈泡發(fā)光,但是,這是世界上 臺發(fā)電機,是它首先向人類揭開了機械能轉化為電能的序幕。后來,人們在此基礎上將馬蹄形 磁鐵改為能產(chǎn)生強大磁場的電磁鐵,用多股導線繞制的線框代替紫銅圓盤,對電刷也進行了改進,終于制成了功率的可供實用的發(fā)電機。目前,即使功率為IGW、10GW的特大型發(fā)電機,也是根據(jù)法拉第圓盤發(fā)電機的基本原理一電磁感應原理制成的。
1866年,德國的電工學家、實業(yè)家恩斯脫.韋爾納·馮·西門子在法拉第圓盤發(fā)電機的基礎上研制出自激勵式發(fā)電機,1870年,比利時的Z·T·克拉姆又研制出了自激勵式直流發(fā)電機。在經(jīng)過不斷改進之后,電機技術已經(jīng)走向成熟,1877年真正實用的發(fā)電機開始進入商業(yè)化生產(chǎn)階段。
100多年過去了,正是這簡陋、不成熟、像初生嬰兒一樣的圓盤發(fā)電機人類帶入了電氣時代,為人類利用電能做出了重大貢獻。
21世紀是科學技術飛躍發(fā)展的時代,特別是電腦技術等高科技成果在柴發(fā)電機組上的應用,使柴油發(fā)電機組有了更廣闊的發(fā)展前景。以柴油機為動力用的柴油發(fā)電機組己經(jīng)是通信等企業(yè)必不可少的重要設備。

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發(fā)電機發(fā)電時,如沒有電器在用電,發(fā)出來的電都去哪里了?
發(fā)電機發(fā)電,假如沒有電器在用電,相當于負載這邊是開路的,也就是發(fā)電機線圈的并沒有形成回路,沒有回路是沒有電流的,根據(jù)電功率的定義,電功率P=電壓U*電流I,因為回路沒有電流,所以電功率P=0,也就是沒有電功率輸出,相當于本質上并沒有發(fā)電,當然談不上損失了。
電動勢只是一種能力
根據(jù)電磁定律,導體運動切割磁力線的時候,會在導體兩端形成感生電動勢。電動勢在物理學上是這樣定義的,單位正電荷被電場力從電源的負極,經(jīng)過電源內(nèi)部,達到電源正極時所做的功的大小。
光看定義,電動勢是比較抽象的,不太好理解。可以顧名思義把電動勢理解成讓電子產(chǎn)生運動趨勢的一種本領,一種能力。好比處于高處水池里邊的水,老想流出去,流到下游去這樣一種趨勢。又好比說一個人很會賺錢,口袋老是裝了滿滿的,這種也是一種能力。發(fā)電過程,電動勢也反應發(fā)電機把機械能轉換成電能的一種能力本領。
有本領有能力,不做事,相當于能力體現(xiàn)不出來,也等同于沒有能力,好比上邊說到有賺錢能力的人,并沒有把錢花掉,和窮人沒有兩樣一個道理。當沒有任何負載接入發(fā)電機的回路里邊,回來沒有電流,并沒有產(chǎn)生電功率。但是導體切割磁力線是存在的,所以有電動勢,展現(xiàn)了發(fā)動機能發(fā)電的一種本領而已。再次回到水池裝滿水了,但是水閥是關閉著的,并沒有水漏出去一樣的道理,并沒有什么損失,水還在水池里邊。
導體沒有切割磁力線時候,正負極兩端都是中性的,因為金屬正電荷和電子是完全一致的,導體沒有對外顯示出任何帶電狀態(tài)。當切割磁力線的時候,正電荷從負極移動到正極,可以理解成電磁力讓正電荷和電子實現(xiàn)了在這一段導體上分離了一些出來,正極聚焦了正電荷,而負極聚集了電子,這樣分別在導體兩頭呈現(xiàn)出不同的帶電狀態(tài)來。正負電荷分離出來的數(shù)量越多,代表發(fā)電機的電動勢越強,發(fā)電能力也越強。因為沒有負載接入,而發(fā)電機的發(fā)電能力是有限的,導體的能分離出來的數(shù)量也是有限的,到了一定程度,正負電荷不再繼續(xù)分離增加了,發(fā)電機怎么轉,都不會再有新的正電荷從負極移動到正極了。好比水池里邊的水已經(jīng)滿了,水泵再往里邊送水,也送不進去這個道理。
電能的轉化看電流
燈泡發(fā)光,是因為電流流過鎢絲等東西,轉換成熱能或者光能,而風扇在轉,也是電流流過電機內(nèi)部,讓電能轉換成動能。要讓負載工作同時消耗電能,必須要有電流流過負載本身,這樣電能才可以轉換成其他形式的能。
發(fā)電機帶動負載發(fā)電時候,機械能會因為切割磁力線存在,發(fā)電機線圈內(nèi)部會分離出來正負電荷,讓正電荷跑到正極,負電荷保留在負極,轉換成電能,而電能因為有回路,讓正電荷從正極,經(jīng)過負載,流回負極,這樣相當于正電荷做了一個封閉的循環(huán),回到了初的位置了,讓正負電荷中和,這樣機械能再次在發(fā)電機線圈內(nèi)部分離正負電荷,重復這個流程,這樣一個流程就是有源源不斷電流產(chǎn)生的過程。
發(fā)電機可以看成一個電壓源,電動勢代表這個電壓源的能力,電壓是穩(wěn)定的,發(fā)電機輸出的電功率大小,取決于負載這邊的電流大小,電流越大,發(fā)電機把機械能轉換成電能的數(shù)量會越多。反過來,如果負載沒有電流,發(fā)電機實際上是在空轉,除了一些摩擦力在消耗能量外,并不會有機械能轉換成電能,不存在白白損失的問題



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