机械工业出版社机械工业出版社主要内容小型水力发电机水电站自然界中的水体在流动过程中产生的能量，称为水能。水能的重要应用就是水力发电。小水电的新技术重点：水轮发电机组的控制大家有疑问的，可以询问和交流全世界技术上可开发的水能资源约15万亿kW•h。根据当前技术、经济水平，可开发资源主要是河川水能资源，潮汐能资源占小部分，波浪能利用尚处于试验阶段。我国水力资源的特点主要有以下几点:当位于高处具有位能的水流至低处冲击水轮机时，将其中所含有的位能转换成水轮机的动能，再由水轮机作为原动机推动发电机发电。可利用的水量和一年中不同的流量决定了水力发电站一年的发电量是不同的。式中P——发电机的输出功率（kW）；Q——流量（m³/s），单位时间内流过水轮机水的体积；H——水头（m），水轮机做功用的有效水头，为水轮机进出口断面的总水位差；η——电厂的效率（包括水轮机和发电机的总效率）；9.81——流速和水头转换为kW•h的一个常数。对于小型水电站，水力发电机的出力近似为水电站的分类方式有很多种，主要有以下几种方法：水力发电一般是通过集中水头，用人工的方式引导水流以高速度冲击水轮机，带动发电机发电，因此典型的水电站由以下几部分组成：图7－1、图7－2分别为水电站的大坝和水电站发电机房的照片图7－3为水力发电站发电原理示意图常规水电站一般由水库、水坝、引水隧道、发电设备、开关场和输电设备等组成。图7－5为抽水蓄能水力发电流程图。抽水蓄能电站由上池和上池坝、下池和下池坝、引水隧道、尾水路、发电设备、变压器、开关场及输电设备等组成。小水电是指装机容量50000kW以下水电站及其配套电网的统称。因此，小水电也包括小小型(容量在101～500kW)和微型(小于100kW)水电站。堤坝式(包括河床式、坝后式和岸式小型水电站主要由及四大部分组成：1．水轮发电机组的构成（1）水轮机（5）冷却系统小型水轮发电机的冷却主要采用空气冷却，大容量水轮发电机采用了定、转子绕组直接水冷的方式；或者定子绕组用水冷，而转子用强风冷却。水轮机的本体由转轮、座环、蜗壳和主轴等组成。除此以外，根据型号的不同，还配有附属装置和部件。不同型式的水轮机，其结构和适用范围不甚相同。Q=Av（7－4）式中A——水轮机的过水断面的面积，单位m²；v——过水断面平均流速，单位为m/s。式中ηs——水轮机的效率；Pi——水流输入水轮机的功率（kW）。式中ns——水轮机的比转速；n——水轮机的转速（r/min）。水轮机按照工作原理可分为:c）水斗式水轮机工作原理示意图1－转轮室2—水轮机叶片3—射流制动器4—折向器斜击式水轮机双击式水轮机喷嘴中的水流首先从转轮外周进入叶片流道，其中大部分（70%～80%）水流的能量转变成转轮的机械能，然后离开流道穿过转轮中心部分的自由空间，第二次从内周进入叶片流道，剩余（20%～30%）的水流能量再转变为转轮的机械能，最后水流从转轮外周流出。在反击式水轮机中，由于水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下其转轮直径小于冲击式水轮机，其最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率将受到不同程度的影响。混流式水轮机图7－9为轴流式水轮机。轴流式水轮机斜流式水轮机如图7－11所示同步发电机是交流电机的一种，其运行特点是转子旋转速度和定子旋转磁场的速度严格同步，既电能的频率与转子转速有着严格的不变的关系；同步发电机可通过调节励磁电流来改变功率因数和稳定输出电压，以改善供电质量。同步发电机的励磁系统主要有两大类：（1）额定容量SN发电机出线端额定视在功率，单位：kVA（2）额定功率PN发电机出线端额定输出的有功功率，单位：kW（3）额定电压UN发电机额定运行时定子的线电压，单位：V或kV（4）额定电流IN发电机额定运行时定子的线电流，单位：A（5）额定功率因数cosφN发电机额定运行时的功率因数。（6）额定效率ηN发电机额定运行时的效率。（7）额定频率fN发电机额定运行时定子电流的频率，单位：Hz。对于直流励磁系统，还有额定励磁电流IfN（A）、额定励磁电压UfN（V）。空载特性、短路特性、负载特性则是检验发电机基本性能的特性。同步发电机不同功率因数时的外特性如图7－12所示。调整特性是发电机在转速为额定值、励磁电流和端电压不变的条件下，发电机励磁电流If和负载电流I之间的关系曲线If=f（I）。图7－13为同步发电机的调整特性曲线。机械工业出版社机械工业出版社式中TS——水轮机的动力转矩（N·m）；TL——发电机阻转矩，包括发电机电磁制动转矩和摩擦等制动转矩（N·m）；J——机组转动部分的转动飞轮总惯量（kg·m2）；ω——机组的角