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为什么不用电动机带动发电机工作呢?

其实电动机带动发电机这种事情过去也是有的,但是在地球人点出了电力电子学之后,这种看起来就二的行为就很少见了。在电力电子学这一关键科技之前,电动机拖动发电机是个并不少见的行为。虽然它有能耗巨大、效率低下等一百万个缺点,但考虑到它能解决的问题,工程师们往往捏着鼻子也就忍了。今天小编就带大家了解一下为什么不用电动机带动发电机发电呢?

这个可怕的问题,叫电能的变换。电动机带动发电机,根据两侧电机的不同,大致可以分成四种作用。

1)直流电动机拖动直流发电机——对直流电压进行升降压,学名【斩波】。

2)直流电动机拖动交流发电机——将一个直流电变成交流电,学名【逆变】。

3)交流电动机拖动直流发电机——将一个交流电变成直流电,学名【整流】。

4)交流电动机拖动交流发电机——对交流电进行升降压或者改变它的频率,前者学名叫【变压】,后者学名叫【变频】。

如果你穿越回爱迪生和特斯拉的时代做一个电气工程师,那么上面五种对电能的变换几乎能把你逼疯。在那个时候,如果你设计了一个220V额定电压的钨丝灯,很可能根本点不亮,因为你根本找不到220V的电压源。

当时的工程师们想了想,比起每天跟电池和电阻玩串并联,弄几个电机之间相互拖动好像根本就不算个事。

这五种操作中最先解决的是【变压】,大概是1880年,一个名叫高兰德的法国工程师最先展出了原始的变压器。这种变压器能够在不改变电压频率的情况下将交流电压进行升降压调节。此物的专利后来落入了威斯汀豪斯手中,使他得以帮助特斯拉建立起交流电力系统,并且最终打败了爱迪生的直流帝国。本质上来说,变压器作为一种利用电磁场进行能量转换的机械,仍然是一种电机。但有了此物之后,再也没有人会用交流电动机拖动交流发电机进行变压了。

第二个被解决的问题是【整流】,1902年,人们制造出最原始的汞弧整流器。这是个巨大的家伙在当时可谓非常不好用,它不但体积巨大,而且需要较高的工作电压,效率还低,并且还有巨大的噪音,还容易损坏,甚至还有毒。(这一串缺点也是真叫人绝望……)地球人断断续续的改进,到上个世纪二三十年代,勉强可以用汞弧整流器进行各种整流操作,这个问题也就让电气工程师们捏着鼻子当是解决了。

随着半导体技术的进步,【全控管】被发明出来。这是电力电子学的巨大飞跃——人类终于可以可靠的凭自己的意愿去选择这个器件到底是导通还是关断。于是在很短的时间里,非隔离的【Buck变换器】、【Boost变换器】、【Buck-Boost变换器】、隔离的【正激变换器】、【反激变换器】等诸多DC-DC变换器拓扑被设计出来,这一进程到今天也没结束。利用这成百上千种不同的电路,人类可以在几乎任何场合将任何类型的直流电源变成自己想要的直流电源。利用【全控管】进行【斩波】的技术并非只是锦上添花而已。

将直流电压进行变换的【斩波】技术距离最后的难题——【逆变】和【变频】,其实只差最后的一点了。人类对频域的研究得到了最后一块拼图——【脉宽调制技术】。通过控制四个全控管,使得负载上按预定变化规律不断得到同等幅值,但时间不同的直流电压,可以几乎完美的模拟出想要的任何波形,当然也包括电气工程师们心心念念的正弦交流电,这就是【全桥逆变器】。与各种各样的DC-DC斩波器一样,逆变电路也得到了巨大的发展。包括【半桥逆变器】、【维也纳拓扑】等一系列逆变器迅速发展,将直流电变为交流电愈发的容易。在这样的背景下,人类再也没有理由使用直流电动机拖动交流发电机进行逆变。

逆变电路的发展也彻底终结了利用交流电动机拖动交流电动机进行变频的技术。让人们想要改变电源的频率,再也不用进行复杂的电机互联,只需要先进行一个【整流】,再进行一次【逆变】,就可以得到任何想要的频率(频率其实有上限,该上限受电力电子器件性能的限制,但这一限制远高于电机拖动的变频限制)。因此不需要任何电机的【变频器】就此诞生。

以上就是小编关于为什么人类不再用电动机带动发电机来变换电能,不是他们不需要,只是他们有更好的方式。半导体电力电子器件重构了整个电气工程。百多年间电气工程师苦心孤诣的万千思索,落在纸上不过几行淡墨而已。但正是这些努力,让今天的人们得以大声的嘲笑过去的技术——愚蠢的用电动机拖动发电机来进行电能变换。过去的技术不过是如今的谈资,正如今天的技术一定只是未来百年后的戏言。

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