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这个问题我回答一下,解答尽量用通俗易懂。
回答这个问题之前我先举个例子.自来水公司通过自来水管道向用户供水,此时自来水管道内是有压力的,最小压力也要保障自来水管道最远端用户正常用水.如果整个供水系统中没有用户用水,水流是不会流动的,这时自来水厂水泵加压做的就是无用功.一但这个时候停电了,水泵不能继续加压,管道中的水会去哪里。
翻回头来说说楼主提出的问题,首先要说说发电机发电原理.稍微有一点物理常识的人都知道,发电机是依靠线圈切割磁力线产生电能的.有人会问,切割磁力线为什么会产生电?我解释一下.切割磁力线是通俗的说法,其实是线圈有效截面积内的磁通量发生了变化.磁通量有变化,在闭合电路中线圈内就会产生电流,有电流产生线圈会产生相反磁力线以抵消磁通量的变化.线圈中电流的方向可以根据楞次定律算出.磁通量变化越剧烈,线圈中的电流越强？
那么在开电路中呢?也就是没有用户用电.由于电路不是闭合的,即便磁通量发生变化,线圈中也不会有电流产生.大家就会说发电机根本就没发电,其实不是这样的,发电机毕竟在做功.线圈不断切割磁力线,磁力线不断对构成线圈的原子的核外电子做功.当达到一定强度的时候,线圈一端的原子的核外电子在磁力线的推动下就会挣脱原子核对它的束缚,传递给第二个相邻原子.由于第二个相邻原子的核外电子数是饱和的,这个原子就会把原本属于自己的电子传递给相邻的第三个原子.依次类推,线圈另外一端的原子得到了一个电子,呈负性,也就是负极,符号是“－”.失去电子的原子也就是正极,符号是“＋”。
我要说明的是,电子的传递不是击鼓传花那样传递,而是相邻传递.当磁通量不断加强,会有更多的电子从线圈的一端向另一端聚集.虽然没有电流在线圈中流动,但是线圈的两端也会有电位差.这个差值俗称电源电动势,也叫做空载电压。
如果以上说法你们不能理解,我再举个例子,比如海水涨潮.在潮汐力的作用下海水的波浪一波又一波的冲向岸边,这种现象可以看做磁力线把原子中的电子从线圈的一端向另一端驱赶.随着潮汐力达到极限时,海岸边聚集了大量的海水.同理,当发电机转速达到最大值,开电路中发电机线圈的一端会聚集大量电子.由于潮汐力达到最大值,不会有更多的海水涌向岸边.发电机也一样,当磁通量变化量达到最大值,也不会再有电子向线圈的负极集中.因为如果让原子内部越靠近原子核的核外电子发生转移,需要更大的能量.即便能够做到也是不经济的,还不如增加发电机线圈的圈数更实惠。
综上所述,当发电机在发电的时候没有用户用电,等同于开电路.发电机所做的一切只是维持了电源电动势,没有实际输出等同于白做功.不过发电厂不会那么傻,他们会根据用户实际需求调整发电机机组发电功率.当用户用电量不断攀升的时候,发电机的电源电动势会不断降低,也就是电源电压不断下降.当电源电压下降到一定数值,要么控制用户数量,要么加大电力供给.否则,当发电机机组分得的电压高于负载电压时,发电机内耗就会直线飙升,直至发电机机组被烧毁。
有人说发电机发电时,如果没有用户用电会烧毁发电机机组,这就是无稽之谈.没有用户用电就等同于开电路,电路中电流为零.根据p= ui,换算一下,p=i r^2,电流为零,p也为零,也就是说发电机线圈几乎不产生热量,又怎会烧毁发电机机组呢？
由于篇幅限制就说这么多了,希望大家共同讨论。
回答这个问题之前我先举个例子.自来水公司通过自来水管道向用户供水,此时自来水管道内是有压力的,最小压力也要保障自来水管道最远端用户正常用水.如果整个供水系统中没有用户用水,水流是不会流动的,这时自来水厂水泵加压做的就是无用功.一但这个时候停电了,水泵不能继续加压,管道中的水会去哪里。
翻回头来说说楼主提出的问题,首先要说说发电机发电原理.稍微有一点物理常识的人都知道,发电机是依靠线圈切割磁力线产生电能的.有人会问,切割磁力线为什么会产生电?我解释一下.切割磁力线是通俗的说法,其实是线圈有效截面积内的磁通量发生了变化.磁通量有变化,在闭合电路中线圈内就会产生电流,有电流产生线圈会产生相反磁力线以抵消磁通量的变化.线圈中电流的方向可以根据楞次定律算出.磁通量变化越剧烈,线圈中的电流越强？
那么在开电路中呢?也就是没有用户用电.由于电路不是闭合的,即便磁通量发生变化,线圈中也不会有电流产生.大家就会说发电机根本就没发电,其实不是这样的,发电机毕竟在做功.线圈不断切割磁力线,磁力线不断对构成线圈的原子的核外电子做功.当达到一定强度的时候,线圈一端的原子的核外电子在磁力线的推动下就会挣脱原子核对它的束缚,传递给第二个相邻原子.由于第二个相邻原子的核外电子数是饱和的,这个原子就会把原本属于自己的电子传递给相邻的第三个原子.依次类推,线圈另外一端的原子得到了一个电子,呈负性,也就是负极,符号是“－”.失去电子的原子也就是正极,符号是“＋”。
我要说明的是,电子的传递不是击鼓传花那样传递,而是相邻传递.当磁通量不断加强,会有更多的电子从线圈的一端向另一端聚集.虽然没有电流在线圈中流动,但是线圈的两端也会有电位差.这个差值俗称电源电动势,也叫做空载电压。
如果以上说法你们不能理解,我再举个例子,比如海水涨潮.在潮汐力的作用下海水的波浪一波又一波的冲向岸边,这种现象可以看做磁力线把原子中的电子从线圈的一端向另一端驱赶.随着潮汐力达到极限时,海岸边聚集了大量的海水.同理,当发电机转速达到最大值,开电路中发电机线圈的一端会聚集大量电子.由于潮汐力达到最大值,不会有更多的海水涌向岸边.发电机也一样,当磁通量变化量达到最大值,也不会再有电子向线圈的负极集中.因为如果让原子内部越靠近原子核的核外电子发生转移,需要更大的能量.即便能够做到也是不经济的,还不如增加发电机线圈的圈数更实惠。
综上所述,当发电机在发电的时候没有用户用电,等同于开电路.发电机所做的一切只是维持了电源电动势,没有实际输出等同于白做功.不过发电厂不会那么傻,他们会根据用户实际需求调整发电机机组发电功率.当用户用电量不断攀升的时候,发电机的电源电动势会不断降低,也就是电源电压不断下降.当电源电压下降到一定数值,要么控制用户数量,要么加大电力供给.否则,当发电机机组分得的电压高于负载电压时,发电机内耗就会直线飙升,直至发电机机组被烧毁。
有人说发电机发电时,如果没有用户用电会烧毁发电机机组,这就是无稽之谈.没有用户用电就等同于开电路,电路中电流为零.根据p= ui,换算一下,p=i r^2,电流为零,p也为零,也就是说发电机线圈几乎不产生热量,又怎会烧毁发电机机组呢？
由于篇幅限制就说这么多了,希望大家共同讨论。
发电机发电的时候,如果没有电器在用电,那么这些发出来的电去了哪里?白白损失了吗？
相信很多朋友都会有这个问题,每天用电都高峰和低谷,因此发电站如果要满足高峰时候用电功率,那么低谷这些电又去哪里了?假如只满足低谷,那么高峰时容量不够！其实这个话题中会涉及三个非常有趣的问题,下面来做个简单分析。
低谷时多发的电去哪里了。
其实能量都是守恒的,一焦耳的电能都不会多出来,所以发电机永远都是用多少电而发多少电,这会涉及到其他几个问题,我们下文再分析！那么从理论上来看,是不是峰谷电没有差异了?也就是说没有浪费了?也不对,比如水力发电在丰水期,即使空载也要将水排走,或者真没有用电设备,那么干脆就泄洪,所以浪费的不是电能,而是水的重力势能。
另一个比如火电则是蒸汽轮机,为应对突发用电高峰,那么必须有储备功率,发电机都处在热机状态,以维持突发高峰,假如没有人用这些电能的话,维持这些设备运转就得消耗大量的蒸汽,这次浪费的是蒸汽的热能。
还有风电和太阳能,这两个比较难伺候,因为有风和充足阳光的时候不一定有人用电,要用电的时候往往没有风或者是晚上了,所以要搭配电网调节或者增加储能设施,比如有的太阳能是利用光照聚焦加热熔盐储能,然后再加热蒸汽推动蒸汽轮机发电,这个熔盐加热还是具有一定的储能效果的,比直接的太阳能电池应对高峰低谷要强很多。
光热太阳能电站。
怎么保证220/380v,50hz稳定输出？
我国的工业用电标准是50hz,一般工业用发电机有三个级别。
g1:一般照明或者简单电器对频率要求不高的负荷,要求最低,频率变化范围:8%g2:负载变化时允许有一定的频率和电压的波动,比如水泵或者风机等,要求一般,频率变化范围:5%;g3:对电压和频率要求比较高,比如无线电通信,对发电机波形都有部分要求,频率变化范围:3%;g4:对频率、电压与波形要求很高的计算机机房或者数据中心,或者其他要求很高的科研场合.频率变化范围:amc,比如ups频率一般变化范围很少超过0.5hz,大部分时都在0.1之内,马上就会自动调整过来,更多的时候就是标准50hz
但对于机械式的发电机就不那么容易了,不过也是有办法的,要求一般的场合发电机频率要求是g2,也就是±5%范围,小型机几千瓦的汽油发电机是联动风门的,负载重会联动风门调节化油器开口,加大氧气与汽化的汽油进入气缸,增加转速,轻载则反之！当然柴油机则是加大喷油量等,原理是一样的。
如果是水利发电,那么有两种了,最基本就是调节水流,现代发电机则是调节水流和调节励磁,保证输出的电源频率严格符合标准。
电压调节其实和频率调节是类似的,也同样通过油门或者水流调节转速或者调节励磁磁通来达到稳定电压,不过那种手拉式启动的小发电机的电压与频率变化范围是比较大的,因为只有速度反馈这一种方式。
另外要提醒下的是,大型发电机发出的电压根本就不是220v/380,这种一般在几千瓦和几十千瓦的发电机中使用,大型水电站的发电机高达6.3kv,甚至数万伏,当然远程输电还要变压到110kv或者220kv甚至更高的电压,避免电流过大损耗,到用电地区时再用变压器降压配电,再经居民区变压配电等多级降压与配电过程到厂区或者居民用电。
特高压变电站。
我国民用电是单相,相线与零线电压是220v.工业用电是三相,相线间电压是380v,其实就是民用电的三根相线之间的电压,一般民用标准配电有相线、零线和地线（单相三线制）！工业用电为三相线,一零线,一地线（或者根据需求选用tn-c系统还是tn-s系统或者tn-c-s配线）。
太阳能发电如何变成交流电。
如果是熔盐蓄热蒸汽发电的太阳能电站,其实和火电或者水电没有什么区别,假如是太阳能电池,那么必须有逆变设备将直流电逆变为工频交流电,如果要入网的话还有同步频率的要求,当然如果发电机要入电网的话也有一个频率同步要求？
逆变器大家都知道,最简单的就是很多农村朋友抓鱼的机器就是,不过这个对波形和电压甚至频率都没有控制要求,而入网的要求就多了,工频交流电波形是正弦波,这个是发电机励磁特性得到的,发电机很容易,可惜电子设备要模拟出正弦波,还是有点难度的.正弦波也符合变压器的硅钢励磁特性,如果方波的话,估计得上铁氧体（开关电源中的中频和高频电源应用比较多）.功率就没有硅钢片的铁芯那么大了。
工业并网用的光伏逆变器。
怎么储存这些浪费的能源？
发电站最喜欢一天到晚的直线负荷,但这不可能,因为民用电晚上就睡觉了,夏天和冬天会有空调需求,春秋就没了,还有工业用电也有峰谷,大致和民用高峰有点相反,反正想要一条直线是不可能的。
2020年2月26日国网江西省电力有限公司调度大厅的复工后用电负荷实时曲线。
所以如何将谷底时弃风,弃光还有浪费的水资源利用则是综合利用能源的一个最佳方式,但大规模蓄电是有难度的,如果用蓄电池成本实在太高,因此有将车用锂离子电池回收改装为蓄电车或者蓄电站的,当然这种规模远远比不上抽水蓄能电站。
它的原理很简单,将水谷电时的电能抽水到海拔比较高的位置,以重力势能的方式保存起来,等用电高峰时发电调节,两个时间段的用电差价就是抽水蓄能电站的利润.浙江安吉天荒坪就有当时亚洲装机容量最大的抽水蓄能电站。
安吉天荒坪抽水蓄能电站的蓄水湖。
除了电池、抽水蓄能外,还有电解水或者压缩空气蓄能等几种方式,对于个人来说,将一些耗能比较大的操作在谷电时期使用,比如一整天用的开水,或者谷电时烧水洗澡等等也算是“蓄能”的一种啦。
相信很多朋友都会有这个问题,每天用电都高峰和低谷,因此发电站如果要满足高峰时候用电功率,那么低谷这些电又去哪里了?假如只满足低谷,那么高峰时容量不够！其实这个话题中会涉及三个非常有趣的问题,下面来做个简单分析。
低谷时多发的电去哪里了。
其实能量都是守恒的,一焦耳的电能都不会多出来,所以发电机永远都是用多少电而发多少电,这会涉及到其他几个问题,我们下文再分析！那么从理论上来看,是不是峰谷电没有差异了?也就是说没有浪费了?也不对,比如水力发电在丰水期,即使空载也要将水排走,或者真没有用电设备,那么干脆就泄洪,所以浪费的不是电能,而是水的重力势能。
另一个比如火电则是蒸汽轮机,为应对突发用电高峰,那么必须有储备功率,发电机都处在热机状态,以维持突发高峰,假如没有人用这些电能的话,维持这些设备运转就得消耗大量的蒸汽,这次浪费的是蒸汽的热能。
还有风电和太阳能,这两个比较难伺候,因为有风和充足阳光的时候不一定有人用电,要用电的时候往往没有风或者是晚上了,所以要搭配电网调节或者增加储能设施,比如有的太阳能是利用光照聚焦加热熔盐储能,然后再加热蒸汽推动蒸汽轮机发电,这个熔盐加热还是具有一定的储能效果的,比直接的太阳能电池应对高峰低谷要强很多。
光热太阳能电站。
怎么保证220/380v,50hz稳定输出？
我国的工业用电标准是50hz,一般工业用发电机有三个级别。
g1:一般照明或者简单电器对频率要求不高的负荷,要求最低,频率变化范围:8%g2:负载变化时允许有一定的频率和电压的波动,比如水泵或者风机等,要求一般,频率变化范围:5%;g3:对电压和频率要求比较高,比如无线电通信,对发电机波形都有部分要求,频率变化范围:3%;g4:对频率、电压与波形要求很高的计算机机房或者数据中心,或者其他要求很高的科研场合.频率变化范围:amc,比如ups频率一般变化范围很少超过0.5hz,大部分时都在0.1之内,马上就会自动调整过来,更多的时候就是标准50hz
但对于机械式的发电机就不那么容易了,不过也是有办法的,要求一般的场合发电机频率要求是g2,也就是±5%范围,小型机几千瓦的汽油发电机是联动风门的,负载重会联动风门调节化油器开口,加大氧气与汽化的汽油进入气缸,增加转速,轻载则反之！当然柴油机则是加大喷油量等,原理是一样的。
如果是水利发电,那么有两种了,最基本就是调节水流,现代发电机则是调节水流和调节励磁,保证输出的电源频率严格符合标准。
电压调节其实和频率调节是类似的,也同样通过油门或者水流调节转速或者调节励磁磁通来达到稳定电压,不过那种手拉式启动的小发电机的电压与频率变化范围是比较大的,因为只有速度反馈这一种方式。
另外要提醒下的是,大型发电机发出的电压根本就不是220v/380,这种一般在几千瓦和几十千瓦的发电机中使用,大型水电站的发电机高达6.3kv,甚至数万伏,当然远程输电还要变压到110kv或者220kv甚至更高的电压,避免电流过大损耗,到用电地区时再用变压器降压配电,再经居民区变压配电等多级降压与配电过程到厂区或者居民用电。
特高压变电站。
我国民用电是单相,相线与零线电压是220v.工业用电是三相,相线间电压是380v,其实就是民用电的三根相线之间的电压,一般民用标准配电有相线、零线和地线（单相三线制）！工业用电为三相线,一零线,一地线（或者根据需求选用tn-c系统还是tn-s系统或者tn-c-s配线）。
太阳能发电如何变成交流电。
如果是熔盐蓄热蒸汽发电的太阳能电站,其实和火电或者水电没有什么区别,假如是太阳能电池,那么必须有逆变设备将直流电逆变为工频交流电,如果要入网的话还有同步频率的要求,当然如果发电机要入电网的话也有一个频率同步要求？
逆变器大家都知道,最简单的就是很多农村朋友抓鱼的机器就是,不过这个对波形和电压甚至频率都没有控制要求,而入网的要求就多了,工频交流电波形是正弦波,这个是发电机励磁特性得到的,发电机很容易,可惜电子设备要模拟出正弦波,还是有点难度的.正弦波也符合变压器的硅钢励磁特性,如果方波的话,估计得上铁氧体（开关电源中的中频和高频电源应用比较多）.功率就没有硅钢片的铁芯那么大了。
工业并网用的光伏逆变器。
怎么储存这些浪费的能源？
发电站最喜欢一天到晚的直线负荷,但这不可能,因为民用电晚上就睡觉了,夏天和冬天会有空调需求,春秋就没了,还有工业用电也有峰谷,大致和民用高峰有点相反,反正想要一条直线是不可能的。
2020年2月26日国网江西省电力有限公司调度大厅的复工后用电负荷实时曲线。
所以如何将谷底时弃风,弃光还有浪费的水资源利用则是综合利用能源的一个最佳方式,但大规模蓄电是有难度的,如果用蓄电池成本实在太高,因此有将车用锂离子电池回收改装为蓄电车或者蓄电站的,当然这种规模远远比不上抽水蓄能电站。
它的原理很简单,将水谷电时的电能抽水到海拔比较高的位置,以重力势能的方式保存起来,等用电高峰时发电调节,两个时间段的用电差价就是抽水蓄能电站的利润.浙江安吉天荒坪就有当时亚洲装机容量最大的抽水蓄能电站。
安吉天荒坪抽水蓄能电站的蓄水湖。
除了电池、抽水蓄能外,还有电解水或者压缩空气蓄能等几种方式,对于个人来说,将一些耗能比较大的操作在谷电时期使用,比如一整天用的开水,或者谷电时烧水洗澡等等也算是“蓄能”的一种啦。