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發(fā)電機(jī)

       發(fā)電機(jī)的形式很多,但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此,其構(gòu)造的一般原則是:用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路,以產(chǎn)生電磁功率,達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。

主要結(jié)構(gòu)

       發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。

       定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。

       轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。

       由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子,轉(zhuǎn)子連接組裝起來,使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn),做切割磁力線的運(yùn)動,從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢,通過接線端子引出,接在回路中,便產(chǎn)生了電流。 

主要分類

  根據(jù)《2013-2017年中國發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)組行業(yè)市場前瞻與投資商機(jī)分析報告》統(tǒng)計,發(fā)電機(jī)的分類包括:

  發(fā)電機(jī)分類包括:直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī);

  交流發(fā)電機(jī)分:同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)(很少采用);

  交流發(fā)電機(jī)還可分為單相發(fā)電機(jī)與三相發(fā)電機(jī)。

  發(fā)電機(jī)的種類有很多種。從原理上分為同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、單相發(fā)電機(jī)、三相發(fā)電機(jī)。從產(chǎn)生方式上分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)等。從能源上分為火力發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)等。

工作原理

  柴油發(fā)電機(jī)

  柴油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),將柴油的能量轉(zhuǎn)化為電能。

  在柴油機(jī)汽缸內(nèi),經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合,在活塞上行的擠壓下,體積縮小,溫度迅速升高,達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃,混合氣體劇烈燃燒,體積迅速膨脹,推動活塞下行,稱為“做功”。

  汽油發(fā)電機(jī)

  汽油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),將汽油的能量轉(zhuǎn)化為電能。

  在汽油機(jī)汽缸內(nèi),混合氣體劇烈燃燒,體積迅速膨脹,推動活塞下行做功。

  無論是柴油發(fā)電機(jī)還是汽油發(fā)電機(jī),都是各汽缸按一定順序依次做功,作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動曲軸轉(zhuǎn)動的力量,從而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與動力機(jī)曲軸同軸安裝,就可以利用動力機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子,利用‘電磁感應(yīng)"原理,發(fā)電機(jī)就會輸出感應(yīng)電動勢,經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。

  發(fā)電機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。以下是發(fā)電機(jī)的詳細(xì)工作原理:

一、基本原理

  發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)定律和電磁力定律,通過適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路,從而產(chǎn)生電磁功率,達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。

二、構(gòu)造部件

  發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)、繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。

三、工作原理

  1、磁場的產(chǎn)生:

  轉(zhuǎn)子部分包含磁極和勵磁系統(tǒng),當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,勵磁系統(tǒng)會產(chǎn)生磁場。

  2、切割磁力線:

  轉(zhuǎn)子上的磁場與定子上的線圈產(chǎn)生相對運(yùn)動,即轉(zhuǎn)子磁場和定子導(dǎo)體做相對運(yùn)動,導(dǎo)體切割磁路線。

  3、感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生:

  在定子導(dǎo)體中,由于切割磁力線運(yùn)動,會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這個感應(yīng)電動勢的大小和方向會隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而周期性變化。

  4、電流的產(chǎn)生:

  如果定子和外部回路接通形成閉合回路,感應(yīng)電動勢就會在回路中產(chǎn)生電流。這個電流就是發(fā)電機(jī)輸出的電能。

四、能量轉(zhuǎn)化過程

  發(fā)電機(jī)通過動力機(jī)械驅(qū)動(如水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動力機(jī)械),將其他形式的能量(如水能、化石燃料的熱能、核能等)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

  機(jī)械能再傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子,通過電磁感應(yīng)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電能。

五、發(fā)電機(jī)的類型

  發(fā)電機(jī)有多種類型,包括永磁發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)等。盡管它們的具體結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場景可能有所不同,但基本原理都是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

  綜上所述,發(fā)電機(jī)的工作原理是通過電磁感應(yīng)現(xiàn)象將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。這一過程涉及磁場的產(chǎn)生、磁力線的切割、感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生以及電流的輸出等多個環(huán)節(jié)。

常見種類

風(fēng)力發(fā)電機(jī)

  作為一種價格低廉、運(yùn)行可靠、無溫室氣體排放的新型發(fā)電系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的安裝容量正在以每年超過30%的增長率在世界范圍得到日益廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)形成一個年產(chǎn)值超過五十億美元的全球性產(chǎn)業(yè)。但是用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立供電的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還需要克服很多技術(shù)上的難點(diǎn)才能得以廣泛的應(yīng)用。隨著我國對“三農(nóng)”投入力度加大,經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,廣大農(nóng)、牧、漁民對改善生活環(huán)境,提高生活質(zhì)量,解決生活用電的迫切要求,采用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為局部負(fù)載提供電力,不僅可以減少一次性巨額投資,還可以免除火力發(fā)電系統(tǒng)的溫室氣體排放,改善環(huán)境和農(nóng)村地區(qū)的能源結(jié)構(gòu),有益于可持續(xù)性發(fā)展。

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功、并帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來發(fā)電的。廣義地說,它是一種以太陽為熱源,以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機(jī)。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對柴油發(fā)電要好的多。但是若應(yīng)急來用的話,還是不如柴油發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源,但是卻可以長期利用。

  運(yùn)行管理:

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是采用工業(yè)微處理器進(jìn)行控制,一般都由多個CPU并列運(yùn)行,其自身的抗干擾能力強(qiáng),并且通過 通信 線路與計算機(jī)相連,可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,這大大降低了運(yùn)行的工作量。所以風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作就是進(jìn)行遠(yuǎn)程故障排除和運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及故障原因分析。

  遠(yuǎn)程故障排除:

  風(fēng)機(jī)的大部分故障都可以進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位控制和自動復(fù)位控制。風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和電網(wǎng)質(zhì)量好壞是息息相關(guān)的,為了進(jìn)行雙向保護(hù),風(fēng)機(jī)設(shè)置了多重保護(hù)故障,如電網(wǎng)電壓高、低,電網(wǎng)頻率高、低等,這些故障是可自動復(fù)位的。由于風(fēng)能的不可控制性,所以過風(fēng)速的極限值也可自動復(fù)位。還有溫度的限定值也可自動復(fù)位,如發(fā)電機(jī)溫度高,齒輪箱溫度高、低,環(huán)境溫度低等。風(fēng)機(jī)的過負(fù)荷故障也是可自動復(fù)位的。

  除了自動復(fù)位的故障以外,其它可遠(yuǎn)程復(fù)位控制故障引起的原因有以下幾種:

  1、風(fēng)機(jī)控制器誤報故障;

  2、各檢測傳感器誤動作;

  3、控制器認(rèn)為風(fēng)機(jī)運(yùn)行不可靠。

  運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析:

  對風(fēng)電場設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生的情況進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計分析是風(fēng)電場管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,可對運(yùn)行維護(hù)工作進(jìn)行考核量化,也可對風(fēng)電場的設(shè)計,風(fēng)資源的評估,設(shè)備選型提供有效的理論依據(jù)。

  每個月的發(fā)電量統(tǒng)計報表,是運(yùn)行工作的重要內(nèi)容之一,其真實(shí)可靠性直接和經(jīng)濟(jì)效益掛鉤。其主要內(nèi)容有:風(fēng)機(jī)的月發(fā)電量,場用電量,風(fēng)機(jī)的設(shè)備正常工作時間,故障時間,標(biāo)準(zhǔn)利用小時,電網(wǎng)停電,故障時間等。

  風(fēng)機(jī)的功率曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析,可對風(fēng)機(jī)在提高出力和提高風(fēng)能利用率上提供實(shí)踐依據(jù)。通過對風(fēng)況數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析,掌握各型風(fēng)機(jī)隨季節(jié)變化的出力規(guī)律,并以此可制定合理的定期維護(hù)工作時間表,以減少風(fēng)資源的浪費(fèi)。

  小型風(fēng)力發(fā)電機(jī):

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。從能量轉(zhuǎn)換的角度看,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由兩大部分組成:其一是風(fēng)力機(jī),它的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;其二是發(fā)電機(jī),它的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

  小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、尾舵和電氣控制部分等構(gòu)成。常規(guī)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多由感應(yīng)發(fā)電機(jī)或永磁同步發(fā)電機(jī)加AC/DC變換器、蓄電池、逆變器組成。在風(fēng)的吹動下,風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來,使空氣動力能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能(轉(zhuǎn)速+扭矩)。風(fēng)輪的輪轂固定在發(fā)電機(jī)軸上,風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動了發(fā)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn),帶動永磁三相發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小,發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過控制器的整流,由交流電變成了具有一定電壓的直流電,并向蓄電池進(jìn)行充電。從蓄電池組輸出的直流電,通過逆變器后變成了220V的交流電,供給用戶的家用電器。

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)應(yīng)用場合的不同又分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型風(fēng)力機(jī)。離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)亦稱獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力機(jī),是應(yīng)用在無電網(wǎng)地區(qū)的風(fēng)力機(jī),一般功率較小。獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力機(jī)一般需要與蓄電池和其他控制裝置共同組成獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。這種獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)可以是幾kW乃至幾十kw,解決一個村落的供電系統(tǒng),也可以是幾十到幾百W的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以解決一家一戶的供電。

  由于風(fēng)能的隨機(jī)性,發(fā)電機(jī)所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的,以及蓄電池只能存儲直流電能,無法為交流負(fù)載直接供電。因此,為了給負(fù)載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負(fù)載用電,需要在發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間加入電力變換裝置,這種電力變換裝置主要由整流器、逆變器、控制器、蓄電池等組成。

  小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為農(nóng)村能源的組成部分,它的推廣應(yīng)用對于改善用電結(jié)構(gòu),特別是邊遠(yuǎn)山區(qū)的生產(chǎn)、生活用能,推動生態(tài)環(huán)境建設(shè)諸領(lǐng)域的發(fā)展將發(fā)揮積極作用,因此具有廣闊的市場前景。風(fēng)能具有隨機(jī)性和不確定性,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)。簡化小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低成本、提高可靠性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行,對于小型風(fēng)力風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的推廣具有非常重要意義。

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)維護(hù):

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)是集電氣、機(jī)械、空氣動力學(xué)等各學(xué)科于一體的綜合產(chǎn)品,各部分緊密聯(lián)系,息息相關(guān)。風(fēng)力機(jī)維護(hù)的好壞直接影響到發(fā)電量的多少和經(jīng)濟(jì)效益的高低;風(fēng)力機(jī)本身性能的好壞,也要通過維護(hù)檢修來保持,維護(hù)工作及時有效可以發(fā)現(xiàn)故障隱患,減少故障的發(fā)生,提高風(fēng)機(jī)效率。

  風(fēng)機(jī)維護(hù)可分為定期檢修和日常排故維護(hù)兩種方式。

  1、風(fēng)機(jī)的定期檢修維護(hù)

  定期的維護(hù)保養(yǎng)可以讓設(shè)備保持最佳期的狀態(tài),并延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。定期檢修維護(hù)工作的主要內(nèi)容有:風(fēng)機(jī)聯(lián)接件之間的螺栓力矩檢查(包括電氣連接),各傳動部件之間的潤滑和各項(xiàng)功能測試。

  風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行中時,各聯(lián)接部件的螺栓長期運(yùn)行在各種振動的合力當(dāng)中,極易使其松動,為了不使其在松動后導(dǎo)致局部螺栓受力不均被剪切,必須定期對其進(jìn)行螺栓力矩的檢查。在環(huán)境溫度低于-5℃時,應(yīng)使其力矩下降到額定力矩的80%進(jìn)行緊固,并在溫度高于-5℃后進(jìn)行復(fù)查。一般對螺栓的緊固檢查都安排在無風(fēng)或風(fēng)小的夏季,以避開風(fēng)機(jī)的高出力季節(jié)。

  風(fēng)機(jī)的潤滑系統(tǒng)主要有稀油潤滑(或稱礦物油潤滑)和干油潤滑(或稱潤滑脂潤滑)兩種方式。風(fēng)機(jī)的齒輪箱和偏航減速齒輪箱采用的是稀油潤滑方式,其維護(hù)方法是補(bǔ)加和采樣化驗(yàn),若化驗(yàn)結(jié)果表明該潤滑油已無法再使用,則進(jìn)行更換。干油潤滑部件有發(fā)電機(jī)軸承,偏航軸承,偏航齒等。這些部件由于運(yùn)行溫度較高,極易變質(zhì),導(dǎo)致軸承磨損,定期維護(hù)時,必須每次都對其進(jìn)行補(bǔ)加。另外,發(fā)電機(jī)軸承的補(bǔ)加劑量一定要按要求數(shù)量加入,不可過多,防止太多后擠入電機(jī)繞組,使電機(jī)燒壞。

  定期維護(hù)的功能測試主要有過速測試,緊急停機(jī)測試,液壓系統(tǒng)各元件定值測試,振動開關(guān)測試,扭纜開關(guān)測試。還可以對控制器的極限定值進(jìn)行一些常規(guī)測試。

  定期維護(hù)除以上三大項(xiàng)以外,還要檢查液壓油位,各傳感器有無損壞,傳感器的電源是否可靠工作,閘片及閘盤的磨損情況等方面。

  2、日常排故維護(hù)

  風(fēng)機(jī)在運(yùn)行當(dāng)中,也會出現(xiàn)一些故障必須到現(xiàn)場去處理。

  首先要仔細(xì)觀察風(fēng)機(jī)內(nèi)的安全平臺和梯子是否牢固,有無連接螺栓松動,控制柜內(nèi)有無糊味,電纜線有無位移,夾板是否松動,扭纜傳感器拉環(huán)是否磨損破裂,偏航齒的潤滑是否干枯變質(zhì),偏航齒輪箱、液壓油及齒輪箱油位是否正常,液壓站的表計壓力是否正常,轉(zhuǎn)動部件與旋轉(zhuǎn)部件之間有無磨損,各油管接頭有無滲漏,齒輪油及液壓油的濾清器的指示是否在正常位置等。

  第二是聽,聽一下控制柜里是否有放電的聲音,有聲音就可能是有接線端子松動,或接觸不良,須仔細(xì)檢查,聽偏航時的聲音是否正常,有無干磨的聲響,聽發(fā)電機(jī)軸承有無異響,聽齒輪箱有無異響,聽閘盤與閘墊之間有無異響,聽葉片的切風(fēng)聲音是否正常。

  第三,清理干凈自己的工作現(xiàn)場,并將液壓站各元件及管接頭擦凈,以便于今后觀察有無泄漏。 

水力發(fā)電機(jī)

  水利發(fā)電機(jī)是將水的動能和重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動力機(jī)械(如:中國的三峽)。在發(fā)電這一塊最好的要數(shù)核能發(fā)電,不過相對核能污染較大。所以中國廣泛還是用煤炭發(fā)電。中國煤炭資源吃緊,煤炭價格一直在漲,這也是為什么會有電荒的出現(xiàn)的主要原因。

同步發(fā)電機(jī)

  作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。是一種最常用的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中,它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機(jī)發(fā)電。由于同步發(fā)電機(jī)一般采用直流勵磁,當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時,通過調(diào)節(jié)勵磁電流,能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。若并入電網(wǎng)運(yùn)行,因電壓由電網(wǎng)決定,不能改變,此時調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機(jī)的功率因數(shù)和無功功率。

  同步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同,一般采用三相形式,只在某些小型同步發(fā)電機(jī)中電樞繞組采用單相。

  高速同步發(fā)電機(jī):

  因大多數(shù)發(fā)電機(jī)與原動機(jī)同軸聯(lián)動,火電廠都用高速汽輪機(jī)作原動機(jī),所以汽輪發(fā)電機(jī)通常用高轉(zhuǎn)速的2極電機(jī),其轉(zhuǎn)速達(dá)3000轉(zhuǎn)/分(在電網(wǎng)頻率為60赫時,為3600轉(zhuǎn)/分)。核電站多用4極電機(jī),轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分(當(dāng)電網(wǎng)頻率為60赫時,為1800轉(zhuǎn)/分)。為適應(yīng)高速、高功率要求,高速同步發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上一是采用隱極式轉(zhuǎn)子,二是設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)。

  隱極式轉(zhuǎn)子:外表呈圓柱形,在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組,并用金屬槽楔固緊,使電機(jī)具有均勻的氣隙。由于高速旋轉(zhuǎn)時巨大的離心力,要求轉(zhuǎn)子有很高的機(jī)械強(qiáng)度。隱極式轉(zhuǎn)子一般由高強(qiáng)度合金鋼整塊鍛成,槽形一般為開口形,以便安裝勵磁繞組。在每一個極距內(nèi)約有1/3部分不開槽,形成大齒;其余部分的齒較窄,稱做小齒。大齒中心即為轉(zhuǎn)子磁極的中心。有時大齒也開一些較小的通風(fēng)槽,但不嵌放繞組;有時還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風(fēng)槽。隱極式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子本體軸向兩端還裝有金屬的護(hù)環(huán)和中心環(huán)。護(hù)環(huán)是由高強(qiáng)度合金制成的厚壁圓筒,用以保護(hù)勵磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出;中心環(huán)用以防止繞組端部的軸向移動,并支撐護(hù)環(huán)。此外,為了把勵磁電流通入勵磁繞組,在電機(jī)軸上還裝有集電環(huán)和電刷。

  冷卻系統(tǒng):由于電機(jī)中能量損耗和電機(jī)的體積成正比,它的量級與電機(jī)線度量級的三次方成比例,而電機(jī)散熱面的量級只是電機(jī)線度量級的二次方。因此,當(dāng)電機(jī)尺寸增大時(受材料限制,增大電機(jī)容量就得加大其尺寸),電機(jī)每單位表面上需要散發(fā)的熱量就會增加,電機(jī)的溫升將會提高。在高速汽輪發(fā)電機(jī)中,離心力將使轉(zhuǎn)子表面和轉(zhuǎn)子中心孔表面產(chǎn)生巨大的切向應(yīng)力,轉(zhuǎn)子直徑越大,這種應(yīng)力也越大。因此,在鍛件材料允許的應(yīng)力極限范圍內(nèi),2極汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子本體直徑不能超過1250毫米。大型汽輪發(fā)電機(jī)要增大單機(jī)容量,只有靠增加轉(zhuǎn)子本體的長度(即用細(xì)長的轉(zhuǎn)子)和提高電磁負(fù)荷來解決。轉(zhuǎn)子長度可達(dá)8米,已接近極限。要繼續(xù)提高單機(jī)容量,只能是提高電機(jī)的電磁負(fù)荷。這使大型汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)熱和冷卻問題變得特別突出。對于50000千瓦以下的汽輪發(fā)電機(jī),多采用閉路空氣冷卻系統(tǒng),用電機(jī)內(nèi)的風(fēng)扇吹拂發(fā)熱部件降溫。對于容量為5~60萬千瓦的發(fā)電機(jī),廣泛使用氫冷。氫氣(純度99%)的散熱性能比空氣好,用它來取代空氣不僅散熱效果好,而且可使電機(jī)的通風(fēng)摩擦損耗大為降低,從而能顯著提高發(fā)電機(jī)的效率。但是,采用氫冷必須有防爆和防漏措施,這使電機(jī)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,也增加了電極材料的消耗和成本。此外,還可采用液體介質(zhì)冷卻,例如水的相對冷卻能力為空氣的50倍,帶走同樣的熱量,所需水的流量比空氣小得多。因此,在線圈里采用一部分空心導(dǎo)線,導(dǎo)線中通水冷卻,就可以大大降低電機(jī)溫升,延緩絕緣老化,增長電機(jī)壽命。 

  低速同步發(fā)電機(jī):

  多數(shù)由較低速度的水輪機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動。電機(jī)磁極數(shù)由4極到60極,甚至更多。對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1500~100轉(zhuǎn)/分及以下。由于轉(zhuǎn)速較低,一般都采用對材料和制造工藝要求較低的凸極式轉(zhuǎn)子。

  凸極式轉(zhuǎn)子的每個磁極常由1~2毫米厚的鋼板疊成,用鉚釘裝成整體,磁極上套有勵磁繞組。勵磁繞組通常用扁銅線繞制而成。磁極的極靴上還常裝有阻尼繞組。它是一個由極靴阻尼槽中的裸銅條和焊在兩端的銅環(huán)形成的一個短接回路。磁極固定在轉(zhuǎn)子磁軛上,磁軛由鑄鋼鑄成。凸極式轉(zhuǎn)子可分為臥式和立式兩類。大多數(shù)同步電動機(jī)、同步調(diào)相機(jī)和內(nèi)燃機(jī)或沖擊式水輪機(jī)拖動的發(fā)電機(jī),都采用臥式結(jié)構(gòu);低速、大容量水輪發(fā)電機(jī)則采用立式結(jié)構(gòu)。

  臥式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子主要由主磁極、磁軛、勵磁繞組、集電環(huán)和轉(zhuǎn)軸等組成。其定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)相似。立式結(jié)構(gòu)必須用推力軸承承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的重力和水向下的壓力。大容量水輪發(fā)電機(jī)中,此力可高達(dá)四、五十兆牛(約相當(dāng)于四、五千噸物體的重力),所以這種推力軸承的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工工藝和安裝要求都很高。按照推力軸承的安放位置,立式水輪發(fā)電機(jī)分為懸吊式和傘式兩種。懸吊式的推力軸承放在上機(jī)架的上部或中部,在轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)子直徑與鐵心長度的比值較小時,機(jī)械上運(yùn)行較穩(wěn)定。傘式的推力軸承放在轉(zhuǎn)子下部的下機(jī)架上或水輪機(jī)頂蓋上。負(fù)重機(jī)架是尺寸較小的下機(jī)架,可節(jié)約大量鋼材,并能降低從機(jī)座基礎(chǔ)算起的發(fā)電機(jī)和廠房高度。

  同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行 同步發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)是并聯(lián)運(yùn)行,并網(wǎng)發(fā)電的。各并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)必須頻率、電壓的大小和相位都保持一致。否則,并聯(lián)合閘的瞬間,各發(fā)電機(jī)之間會產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流,引起擾動,嚴(yán)重時甚至?xí)拱l(fā)電機(jī)遭受破壞。但是,兩臺發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以前,一般說來它們的頻率與電壓的大小和相位是不會完全相同的。為了使同步發(fā)電機(jī)能投入并聯(lián)運(yùn)行,首先必須有一個同步并列的過程。同步并列的方法可分為準(zhǔn)同步和自同步兩種。同步發(fā)電機(jī)在投入并聯(lián)運(yùn)行以后,各機(jī)負(fù)載的分配決定于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。通過調(diào)節(jié)原動機(jī)的調(diào)速器,改變發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速特性,即可改變各發(fā)電機(jī)的負(fù)載分配,控制各發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。而通過調(diào)節(jié)各發(fā)電機(jī)的勵磁電流,可以改變各發(fā)電機(jī)無功功率分配和調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓。 

  永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī):

  永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于機(jī)械損耗小、運(yùn)行效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)成為繼雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組之后的又一重要風(fēng)力發(fā)電機(jī)型受到廣泛關(guān)注,并逐漸開始投入使用。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),它主要由風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)動機(jī)、變頻器變壓器組成。

  永磁同步風(fēng)力發(fā)電的基本原理,就是利用風(fēng)力帶動風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn),拖動永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)發(fā)電。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和籠型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類似,只是所采用的發(fā)電機(jī)為永磁式發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu),不需外部提供勵磁電源,提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實(shí)現(xiàn)的,把永磁同步發(fā)電機(jī)的變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電,實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng),因此變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。

  在過去的幾十年里,由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善,永磁同步發(fā)電機(jī)已變得越來越具吸引力了。采用永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

  1、永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不需要勵磁裝置,具有重量輕、效率高、功率因數(shù)高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn);

  2、變速運(yùn)行范圍寬,即可超同步運(yùn)行也可以亞同步運(yùn)行;

  3、轉(zhuǎn)子無勵磁繞組,磁極結(jié)構(gòu)簡單、變頻器容量小,可以做成多極電機(jī);

  4、同步轉(zhuǎn)速降低,使風(fēng)輪機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)可直接耦合,省去了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的齒輪增速箱,減小了發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作并降低噪聲,使直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

  適用場合:

  1、在電力設(shè)施匱乏、交通不便、缺乏常規(guī)燃料,但風(fēng)力資源豐富的地區(qū),可以解決部分用電問題,如為高速公路照明設(shè)備提供電源等;

  2、在單機(jī)容量比較小的風(fēng)場,永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能夠高效并網(wǎng)發(fā)電;

  3、為農(nóng)村、牧區(qū)、邊防哨所、氣象臺站等偏遠(yuǎn)、負(fù)載較輕的用戶,提供交流或直流電源。

交流發(fā)電機(jī)

  在日常生活中,用交流發(fā)電機(jī)來供用電設(shè)備使用時,常發(fā)生用電設(shè)備不能正常工作的情況,其原因是發(fā)電機(jī)輸出的交流電不夠穩(wěn)定,這時候需要電力穩(wěn)壓器來穩(wěn)定電壓,也就是日常生活中常用到的交流穩(wěn)壓電源,交流穩(wěn)壓電源能使發(fā)電機(jī)的輸出電壓精度穩(wěn)定到用電設(shè)備正常工作所允許的范圍。

  交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造

  交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造稍顯復(fù)雜。但是不論它是單相還是三相,都是由下列幾個主要部分組成:

  ⑴激磁部分:包括激磁機(jī)和磁場部分。

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 ?、菣C(jī)殼部分:包括裝置備部分的鐵架和機(jī)座。

異步發(fā)電機(jī)

  異步發(fā)電機(jī)又稱“感應(yīng)發(fā)電機(jī)”。利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用的一種交流發(fā)電機(jī)。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同,但轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。常用作小功率水輪發(fā)電機(jī)。

  交流勵磁發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)子方采用交流電壓勵磁,使其具有靈活的運(yùn)行方式,在解決電站持續(xù)工頻過電壓、變速恒頻發(fā)電、抽水蓄能電站電動-發(fā)電機(jī)組的調(diào)速等問題方面有著傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)無法比擬的優(yōu)越性。交流勵磁發(fā)電機(jī)主要的運(yùn)行方式有以下三種:

  1) 運(yùn)行于變速恒頻方式;

  2) 運(yùn)行于無功大范圍調(diào)節(jié)的方式;

  3) 運(yùn)行于發(fā)電-電動方式。

  隨著電力系統(tǒng)輸電電壓的提高,線路的增長,當(dāng)線路的傳輸功率低于自然功率時,線路和電站將出現(xiàn)持續(xù)的工頻過電壓.為改善系統(tǒng)的運(yùn)行特性,不少技術(shù)先進(jìn)的國家,在6"世紀(jì)A"年代初開始研究異步發(fā)電機(jī)在大電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題,并認(rèn)為大系統(tǒng)采用異步發(fā)電機(jī)后,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,可靠性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性.

  異步發(fā)電機(jī)由于維護(hù)方便,穩(wěn)定性好,常用作并網(wǎng)運(yùn)行的小功率水輪發(fā)電機(jī)。當(dāng)用原動機(jī)將異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子順著磁場旋轉(zhuǎn)方向拖動,并使其轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時,電機(jī)就進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行,并把原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能送至電網(wǎng)。這時電機(jī)的勵磁電流取自電網(wǎng)。

  異步發(fā)電機(jī)也可以并聯(lián)電容,靠本身剩磁自行勵磁,獨(dú)立發(fā)電,這時發(fā)電機(jī)的電壓與頻率由電容值、原動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載大小等因素決定。當(dāng)負(fù)載改變,一般要相應(yīng)地調(diào)節(jié)并聯(lián)的電容值,以維持電壓穩(wěn)定。由于異步電機(jī)并聯(lián)電容時,不需外加勵磁電源就可獨(dú)立發(fā)電,故在負(fù)荷比較穩(wěn)定的場合,有可取之處。例如可用作農(nóng)村簡易電站的照明電源或作為備用電源等。 

測速發(fā)電機(jī)

  測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī),他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出,并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比。

  測速發(fā)電機(jī)的分類:測速發(fā)電機(jī)分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類。

  直流測速發(fā)電機(jī):直流測速發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是一種微型直流發(fā)電機(jī),按定子磁極的勵磁方式分為電磁式和永磁式。直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)相同。

  交流測速發(fā)電機(jī):交流異步測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的,也有杯型的,在控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)??招谋D(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)定子上有兩個在空間上相互差90°電角度的繞組,一為勵磁繞組,另一為輸出繞組。

  交流異步測速發(fā)電機(jī)的誤差主要有:

  非線性誤差:由于直軸磁通變化使測速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生非線性誤差;

  剩余電壓:實(shí)際運(yùn)行中,轉(zhuǎn)子靜止時,測速發(fā)電機(jī)輸出一個較小的電壓;

  相位誤差:由于勵磁繞組的漏抗、空心杯轉(zhuǎn)子的漏抗使輸出電壓與勵磁電壓的相位不同。

  交流同步測速發(fā)電機(jī)分為:永磁式、感應(yīng)式和脈沖式。

柴油發(fā)電機(jī)

  柴油發(fā)電機(jī)組是一種獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備,系指以柴油等為燃料,以柴油機(jī)為原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的動力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置、應(yīng)急柜等部件組成。整體可以固定在基礎(chǔ)上,定位使用,亦可裝在拖車上,供移動使用。 柴油發(fā)電機(jī)組屬非連續(xù)運(yùn)行發(fā)電設(shè)備,若連續(xù)運(yùn)行超過12h,其輸出功率將低于額定功率約90%。

發(fā)明歷史

  發(fā)電機(jī)的發(fā)明歷史可以追溯到19世紀(jì)初,這一發(fā)明標(biāo)志著人類從蒸汽時代跨入了電氣時代。以下是對發(fā)電機(jī)發(fā)明歷史的詳細(xì)梳理:

一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

  時間:1820年

  人物:丹麥物理學(xué)家奧斯特

  貢獻(xiàn):發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生磁場,這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了科學(xué)家對磁生電現(xiàn)象的廣泛興趣。

二、法拉第的貢獻(xiàn)

  時間:1821年-1831年

  人物:英國科學(xué)家邁克爾·法拉第

貢獻(xiàn):

  1821年,法拉第開始研究磁生電現(xiàn)象,并建造了兩個裝置以產(chǎn)生他稱為“電磁轉(zhuǎn)動”的現(xiàn)象,這是電動機(jī)的雛形。

  1831年,法拉第首次發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,并進(jìn)而得到產(chǎn)生交流電的方法。同年,他發(fā)明了圓盤發(fā)電機(jī),這是人類歷史上第一臺發(fā)電機(jī)。這一發(fā)明不僅開創(chuàng)了電力工業(yè)的新時代,還深刻地改變了人類社會的面貌。

三、發(fā)電機(jī)的早期發(fā)展

  時間:19世紀(jì)六七十年代

  發(fā)展概況:

  1831年,英國企業(yè)家研制出了蒸汽動力永磁發(fā)電機(jī),這是史上第一臺發(fā)電機(jī)。

  1832年,法國科學(xué)家匹克斯發(fā)明了世界上第一臺直流發(fā)動機(jī)。

  1866年,德國人西門子發(fā)明了自激式勵磁直流發(fā)電機(jī),這一發(fā)明對發(fā)電機(jī)的效率進(jìn)行了重大改進(jìn)。

  1870年,格拉姆發(fā)明了實(shí)用自激直流發(fā)電機(jī),結(jié)構(gòu)可靠,電流穩(wěn)定,輸出功率大,被各國廣泛采用作為照明燈電源。

四、交流電技術(shù)的誕生與發(fā)展

  時間:19世紀(jì)七八十年代

  重要事件:

  1876~1878年,俄國人亞布洛切科夫成功試驗(yàn)了單相交流輸電技術(shù)。

  1885年,英國工程師菲爾安基設(shè)計的第一座交流單相發(fā)電站建成。同年,美國人威斯汀豪率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了交流發(fā)電、供電系統(tǒng),并創(chuàng)建了交流配電網(wǎng)

  1883年,美籍電氣工程師特斯拉發(fā)明了世界上第一臺感應(yīng)電動機(jī),5年后他又發(fā)明了兩相異步電動機(jī)和交流電傳輸系統(tǒng)。

  1888年,俄國工程師德布羅夫斯基和德爾伏發(fā)明了三相交流制。

五、發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用與電力工業(yè)的發(fā)展

  時間:19世紀(jì)末20世紀(jì)初

  發(fā)展概況:隨著發(fā)電機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,電力逐漸成為現(xiàn)代社會不可或缺的能源之一。電力工業(yè)的興起推動了電器制造業(yè)等一系列新興工業(yè)的迅速發(fā)展。

六、中國發(fā)電機(jī)的研制與發(fā)展

  時間:20世紀(jì)50年代后期至今

  發(fā)展概況:

  20世紀(jì)50年代后期,中國開始投入大量精力和資源在電力工業(yè)的發(fā)展上,并逐漸進(jìn)入發(fā)電機(jī)研制和生產(chǎn)領(lǐng)域。

  20世紀(jì)60年代初,中國開始自主設(shè)計、研制和生產(chǎn)發(fā)電機(jī),取得了一系列成果。

  改革開放以后,隨著中國市場的不斷擴(kuò)大和電力工業(yè)的不斷發(fā)展,中國的發(fā)電機(jī)行業(yè)取得了長足進(jìn)步,成為全球重要的發(fā)電機(jī)生產(chǎn)國家之一。

  綜上所述,發(fā)電機(jī)的發(fā)明歷史是一段充滿探索與創(chuàng)新的過程。從法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象到現(xiàn)代發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用,這一發(fā)明不僅深刻地改變了人類社會的面貌,還推動了電力工業(yè)和電器制造業(yè)等一系列新興工業(yè)的迅速發(fā)展。

注意事項(xiàng)

  正確使用和維護(hù)發(fā)電機(jī)組可延長發(fā)電機(jī)組的使用壽命:

  起動前的準(zhǔn)備工作:

  1、機(jī)房操作人員應(yīng)遵守安全操作規(guī)程,穿工作服和絕緣鞋,機(jī)組人員應(yīng)分工明確;

  2、檢查飛輪及發(fā)電機(jī)部分防欄桿罩是否完好;

  3、檢查各變速箱、離合器、調(diào)速器、油位、各緊固件等,確認(rèn)完好,油水溫度不低于20度時,方可起動;

  4、將各系統(tǒng)管路閘門設(shè)置在“工作”位置;

  5、檢查傳動機(jī)構(gòu)的鏈接螺栓,并緊固好;

  6、將離合器手柄壓力是否正常,超速保險裝置是否定位;

  7、檢查貯氣瓶壓力是否正常,超速保險裝置是否定位;

  8、打開打氣泵的排污閥;

  9、檢查循環(huán)水泵、機(jī)油泵、燃油泵是否正常;

  10、將勵磁電阻置于最大的電阻位置,并將送電開關(guān)斷開。

  起動和運(yùn)行操作:

  1、對于停機(jī)超過24h的機(jī)組,須先打開試動閥,并起動機(jī)油泵。對于停機(jī)超過7天的機(jī)組,應(yīng)測量勵磁機(jī)及操作電路的絕緣電阻,必須符合要求;

  2、起動燃油泵,放出管路中的空氣,觀察電壓是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。若正常,方可進(jìn)行正式起動;

  3、察看起動電源的電壓是否符合要求。若電壓正常,按下起動按鈕等柴油發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行后即松開;

  4、當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后,觀察機(jī)油壓力表的指示值,當(dāng)升到規(guī)定值以上時,停止機(jī)油泵,并關(guān)閉掃氣泵排污閥,穿好前離合器螺釘;

  5、當(dāng)發(fā)電機(jī)起動后,即認(rèn)為發(fā)電機(jī)及全部電氣設(shè)備均已帶電,人體不得接觸帶電部位;

  6、發(fā)電機(jī)起動后,應(yīng)逐漸提高柴油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,并進(jìn)行送電前的檢查;

  7、逐漸調(diào)整柴油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,但在調(diào)整時應(yīng)注意觀察發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。正常時,集電環(huán)及換向器上的電刷應(yīng)無跳動、無冒火花現(xiàn)象、無異常響聲;

  8、調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出的電壓和頻率,其電壓值應(yīng)穩(wěn)定并達(dá)到380v+-10v,頻率應(yīng)達(dá)到50Hz+-0.5Hz。


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