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美媒：科學(xué)家發(fā)明可穿戴發(fā)電機(jī) 利用尿液供電
美媒稱，日前，一雙嵌入了微生物燃料電池（MFC）的襪子成功為一臺(tái)無(wú)線發(fā)射器提供了動(dòng)力，并向一臺(tái)個(gè)人電腦發(fā)射了信號(hào)。這種MFC以尿液為燃料，靠穿戴者行走帶動(dòng)循環(huán)。這是 依靠基于MFC技術(shù)的可穿戴發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的自給式發(fā)電系統(tǒng)。
據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站12月11日?qǐng)?bào)道，有關(guān)這項(xiàng)研究成果的科技論文發(fā)表在美國(guó)《生物靈感和仿生學(xué)》雙月刊上。
論文稱，這項(xiàng)試驗(yàn)是由英國(guó)西英格蘭大學(xué)布里斯托爾生物能源中心的揚(yáng)尼斯·耶羅普洛斯教授帶領(lǐng)的。
報(bào)道稱，襪子中嵌入的柔軟MFC以新鮮尿液為燃料，依靠穿戴者的行走來(lái)發(fā)電。通常來(lái)講，續(xù)流MFC依靠一臺(tái)主電動(dòng)泵來(lái)讓尿液在電池中循環(huán)，不過(guò)本項(xiàng)試驗(yàn)完全依靠的是人體運(yùn)動(dòng)。該試驗(yàn)使用的手動(dòng)泵類似于簡(jiǎn)單的魚循環(huán)系統(tǒng)，行走動(dòng)作可以使尿液在MFC中循環(huán)并發(fā)電。安裝在腳后跟下的軟管可以借由行走動(dòng)作確保頻繁的液體推挽。這一可穿戴MFC系統(tǒng)成功地為一塊無(wú)線傳輸板供電，使其每?jī)煞昼娤蛴蓚€(gè)人電腦控制的接收模塊發(fā)射一條信息。
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發(fā)電機(jī)進(jìn)氣門的配氣相位
（1）進(jìn)氣提前角 在排氣沖程接近終了，活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，進(jìn)氣門便開始開啟。從進(jìn)氣門開始開啟到上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣提前角，一般為10°~30°。進(jìn)氣門早開，使得活塞到達(dá)上止點(diǎn)開始向下移動(dòng)時(shí)，因近期門已有一定開度，所以可較快的獲得進(jìn)氣通道截面積，減少進(jìn)氣阻力。
（2）進(jìn)氣滯后角 在進(jìn)氣沖程下止點(diǎn)過(guò)后，活塞重又上一行一段進(jìn)氣門才關(guān)閉。從下止點(diǎn)到氣門關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣滯后角，一般為40°~80°。進(jìn)氣門晚關(guān)，是因?yàn)榛钊竭_(dá)下止點(diǎn)時(shí)，由于進(jìn)氣阻力的影響，氣缸內(nèi)的壓力仍然低于大氣壓，且氣流還有相當(dāng)大的慣性，仍能繼續(xù)進(jìn)氣。下止點(diǎn)過(guò)后，隨著活塞的上行，氣缸內(nèi)壓力逐漸增大，、廣東佛山同城進(jìn)氣氣流速度也逐漸減小，至流速等于零時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉的滯后角適合。若滯后角過(guò)大會(huì)將進(jìn)入氣缸的氣體重新又壓回進(jìn)氣管。
由上可見(jiàn)，進(jìn)氣門開啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即進(jìn)氣持續(xù)角，它等于提前角、廣東佛山同城滯后角之和加180°曲軸轉(zhuǎn)角。
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發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)學(xué)習(xí)
發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)
發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)又稱功率方向保護(hù)。一般而言，發(fā)電機(jī)的功率方向應(yīng)該為由發(fā)電機(jī)流向母線，但是當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁或其他某種原因，發(fā)電機(jī)有可能變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行，即從系統(tǒng)中吸取有功功率。這就是逆功率。當(dāng)逆功率達(dá)到一定值時(shí)，發(fā)電機(jī)的保護(hù)動(dòng)作，或動(dòng)作于發(fā)信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。
1、廣東佛山概述說(shuō)明
并網(wǎng)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)，在汽輪機(jī)的主汽門關(guān)閉之后，便作為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行：吸收有功功率而拖著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，可向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率。由于汽輪機(jī)主汽門已關(guān)閉，汽機(jī)尾部葉片與殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦而形成鼓風(fēng)損耗，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)熱而損壞。燃?xì)廨啓C(jī)和水輪機(jī)也主要是對(duì)原動(dòng)機(jī)的損害。發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)主要保護(hù)汽輪機(jī)不受損害。
對(duì)汽輪機(jī)逆功率保護(hù)的整定計(jì)算，就是要確定該保護(hù)的動(dòng)作功率Pdz及動(dòng)作延時(shí)t。
1、廣東佛山動(dòng)作功率Pdz的整定 汽輪發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率可按下式計(jì)算：Pdz=(Krel*P1)/η Pdz-逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率 Krel-可靠系數(shù)，取0.8 P1-主汽門關(guān)閉后，汽輪機(jī)維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率，該功率的大小除與汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外，還與汽輪發(fā)電機(jī)的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(管道結(jié)構(gòu)及有無(wú)旁路管道等)有關(guān)，一般取額定功率的1.5~2% η-發(fā)電機(jī)拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的效率，取0.98~0.99 所以：Pdz≈(1.2~1.6%)PN PN-發(fā)電機(jī)的額定功率。 實(shí)際中，Pdz=可取1~1.5%PN。
2、廣東佛山動(dòng)作延時(shí)發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，應(yīng)按照汽輪發(fā)電機(jī)主汽門關(guān)閉后允許運(yùn)行的時(shí)間來(lái)整定，該允許時(shí)間一般為10~15min。計(jì)算及運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)有旁路管道時(shí)，允許運(yùn)行時(shí)間還要長(zhǎng)一些。 因此，若按照汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉之后允許運(yùn)行的時(shí)間來(lái)整定保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，可取5~10min。動(dòng)作后作用于解列滅磁。
另外，投運(yùn)的大型汽輪發(fā)電機(jī)，多采用逆功率保護(hù)去啟動(dòng)程序跳閘回路，此時(shí)，動(dòng)作時(shí)間通常取1~2s。 對(duì)于程控逆功率保護(hù)，由于動(dòng)作時(shí)間短，在主汽門點(diǎn)閉后很短的時(shí)間內(nèi)，由于汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)的慣性，實(shí)際逆功率可能很小，因此逆功率的定值不應(yīng)大于1%PN。
2、廣東佛山原理介紹
當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率(外部功率指向發(fā)電機(jī)，也就是發(fā)電機(jī)變成電動(dòng)機(jī)工況)，逆功率保護(hù)動(dòng)作斷路器跳閘。需要采集三相電壓和二相電流信號(hào)。
由于一次能源形態(tài)的不同，可以制成不同的發(fā)電機(jī)。利用水利資源和水輪機(jī)配合，可以制成水輪發(fā)電機(jī);由于水庫(kù)容量和水頭落差高低不同，可以制成容量和轉(zhuǎn)速各異的水輪發(fā)電機(jī)。利用煤、廣東佛山石油等資源，和鍋爐，渦輪蒸汽機(jī)配合，可以制成汽輪發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)多為高速電機(jī)(3000rpm)。 此外還有利用太陽(yáng)能、廣東佛山風(fēng)能、廣東佛山原子能、廣東佛山地?zé)帷V東佛山潮汐、廣東佛山生物能等能量的各類發(fā)電機(jī)。 此外，由于發(fā)電機(jī)工作原理不同又分作直流發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)。在廣泛使用的大型發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)。
何為逆功率?
眾所周知，發(fā)電機(jī)的功率方向應(yīng)該由發(fā)電機(jī)方向流向系統(tǒng)方向。但由于某種原因，當(dāng)汽輪機(jī)失去原動(dòng)力，而發(fā)電機(jī)出口開關(guān)又未能跳閘，則功率方向變?yōu)橛上到y(tǒng)流向發(fā)電機(jī)，即發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)在運(yùn)行。此時(shí)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中吸取有功功率，此即為逆功率。
逆功率的危害
發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)是汽輪機(jī)由于某種原因?qū)е轮髌T關(guān)閉而失去原動(dòng)力時(shí)，發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)葉片在無(wú)蒸汽情況下高速旋轉(zhuǎn)會(huì)引起鼓風(fēng)摩擦，特別是在末級(jí)葉片可能會(huì)引起過(guò)熱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的損壞事故。
所以說(shuō)逆功率保護(hù)實(shí)則是對(duì)汽輪機(jī)無(wú)蒸汽運(yùn)行的保護(hù)。
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