半导体的原理是什么？

请用简练的语言直接回答问题。

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带（见能带理论），受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动 [1]  。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。

.大容量火力发电机普遍采用氢气作为冷却介质。因氢气易燃易爆，为防止发电机内的氢气从转轴处向外泄漏，发电机都配备密封油系统。

2.密封油系统专用于向发电机密封瓦提供润滑以防止密封瓦磨损，且使油压高于发电机内氢压一定数值，以防发电机内氢气沿转轴与密封瓦间隙想外泄漏，同时尽可能的减少发电机内部的空气和水汽。

3.密封油系统是根据密封瓦的形式而决定的。最常见的有单流环式和双流环式，还有三流环式。

4.密封油系统对发电机的安全正常运行具有重要作用。在事故规程以及25项反措都有规定。

25项反措里关于密封油的条文（原文摘要）

11.防止发电机损坏事故

11.2  防止定子绕组故障

11.2.5 防止密封油向发电机内泄漏，避免线圈和半导体漆受到油的侵蚀、溶解而使绝缘强度和防晕性能降低。 

11.2.6 严格控制密封油含水量在规程允许的范围内。

 11.4防止氢冷发电机漏氢 

11.5.1 大修后气密试验不合格的氢冷发电机严禁投入运行。

11.5.3应按时检测氢冷发电机油系统、主油箱内、封闭母线外套内的氢气体积含量，超过1％时，应停机查漏消缺。当内冷水箱内的氢气含量达到2％时报警，加强对电机的监视，若超过10%应立即停机处理；或当内冷水系统中漏氢量大于0.3 Nm3/d时可在计划停机时安排消缺；若漏氢量大于5Nm3/d时应立即停机处理。

11.5.4  密封油系统平衡阀、压差阀必须保证动作灵活、可靠，密封瓦间隙必须调整合格。若发现发电机大轴密封瓦处轴颈有磨损的沟槽，应及时处理。

系统的组成及原理

密封油系统主要由密封瓦、交流主密封油泵、直流事故密封油泵、滤油器、差压调节阀、氢侧回油扩大槽、浮子油箱、空气抽出槽、真空净化装置和相应连接管道、阀门及仪表组成。

油系统的装置为集装式，方便检修 。

密封瓦结构为单流环式。 

主油源来自汽机轴承润滑油，润滑油回油管上装设视流窗，以便观察回油 。

油氢差压由差压调节阀自动控制，并提供差压和压力报警信号接点。 

油温通过汽机润滑油系统的冷油器得到调节。

 2台100%容量的交流密封油泵和1台100%容量的直流密封备用油泵 , 1台100%容量的再循环油泵 。

打开APP查看高清大图

密封油系统原理简介

发电机采用氢气冷却，为防止运行中氢气沿转子轴向外漏，引起火灾或爆炸，维持发电机内的氢气纯度和压力，在发电机端轴（励端和汽端）伸出处的静止和转动部分，各装有一套密封装置—密封瓦，其间供以压力高于氢压0.03～0.08Mpa的压力油，形成油环，以密封发电机内的氢气，使其不能向外泄漏。同时也防止油压过高而导致发电机内大量进油。常见的密封油系统采用单流环式密封瓦、双流环式密封瓦、三流环式密封瓦。我厂机组发电机采用的是单流环式密封瓦，密封油只有一路，分别进入汽侧和励侧的密封瓦，经中间油孔沿轴向间隙流向空气侧和氢气侧，形成了油膜起到了密封润滑作用。然后分两路（氢侧、空气侧）回油。

打开APP查看高清大图

打开APP查看高清大图

密封油系统主要设备及其功能

1、扩大槽 

发电机氢气侧(以密封瓦为界)汽端(简称T)、励端(简称G)各有一根排油管与扩大槽相连，来自密封环的排油在此槽内扩容，以使含有氢气的回油能分离出氢气(H2),油向下经管路流至浮子油。扩大槽里面有一个横向隔板，把油槽分成两个隔间，之间可通过外侧的U形管连接，目的是防止因发电机两端之间的风机压差而导致气体在密封油排泄管中进行循环。扩大槽内部有一管路和油水探测报警器(LSH--202)相连接，当扩大槽内油位升高超过预定值时发出报警信号。

2、浮子油箱

氢侧回油经扩大槽后进入浮子油箱，该油箱的作用是使油中的氢气进一步分离。浮子油箱内部装有自动控制油位的浮球阀，以使该油箱中的油位保持在一定的范围之内。浮子油箱外部装有手动旁路阀及液位视察窗，以便必要时人工 *** 作控制油位。

浮子油箱的浮球调节阀结构图 

打开APP查看高清大图

浮子油箱的工作原理

浮球阀（浮子阀）门的控制原理如上图示，油位逐渐上升时，浮球阀逐渐开大直至全开；油位逐渐降低时，浮球阀逐渐关小直至全关。当浮球阀卡涩时，易出现油位过高或过低甚至看不到的现象。油位过高，说明浮球阀未有效地打开，有可能造成扩大槽油位的异常升高；油位过低，说明浮球阀未有效地关闭，有可能造成氢气大量外排，引起机内压力的下降。出现上述情况，应当振打浮球阀，无效时隔离浮球阀，暂时使用旁路阀进行调节，并通过玻璃油位计观察油位。

打开APP查看高清大图

3、空气抽出槽

发电机空侧密封油和轴承润滑油混合后排至空气抽出槽内，油中的气体分离后经过管路(GBV)排往厂外大气，润滑油经过管路流回汽机主油箱。

4、密封油控制装置

密封油控制装置中的主要设备有两台交流油泵、一台直流油泵、真空装置、一只压差阀、二只滤油器、仪表箱和就地仪表及管路阀门等。两台主油泵一运一备，均由交流电动机驱动，故称交流密封油泵。一台直流油泵由直流电动机驱动，当两台主油泵均故障或失去交流电源不能运行时，该泵投入运行，故又称事故油泵。再循环泵，通过管路使真空油箱中的油形成一个局部循环回路，从而使油得到更好的净化。差压调节阀用于自动调整密封瓦进油压力，使该压力自动跟踪发电机内气体压力且使油—气压差稳定在所需的范围之内。

5、油氢差压调节阀

发电机密封油系统油压始终高于氢压运行以保证发电机不漏氢，油氢差压调节阀是实现这一任务的关键设备。

油氢差压调节阀用于发电机组密封油系统是通过氢压与d簧压力之和同油压进行比较，当有压差时，阀杆产生上下运动，从而影响阀口的开度，使压差阀出口流量及压力发生相应变化，并最终实现压力平衡。之时氢压与油压的压差ΔP相对恒定，通过调节d簧可实现对压差值ΔP进行调整。

打开APP查看高清大图

氢油压差调节阀系统图在密封油系统中的位置

差压阀投运注意事项：

密封油系统初期由于发电机内部没有气压，无法投运。

密封油系统配合发电机打风压初期应该使用压差阀的旁路控制进入发电机的油压，随着发电机内部气压的升高，一般发电机的气压0.03MPA左右时可以缓慢投入压差调节。

压差阀投运

A） 油循环阶段不投用压差阀。 

B）只要压差阀不投运或者退出运行，就必须关闭压差阀前后以及引压管路的截至阀（图示的J1、J2、J3、J4） 

C）压差阀投运步骤： 

a)先使用旁路门手动调节密封油系统的油－氢压差（ΔP），将ΔP值调至0.56bar 即0.056MPa左右，（在显示表上观察ΔP值）； 

b)先打开阀门J1引入氢压，紧接着打开阀门J2，直至全开，再全开阀门J4（进油阀）。 

c)逐步关闭旁路门，同时逐步打开出油阀门J3，直至旁路门全关、J3全开，此时压差阀投入运行。 

6、密封油真空装置

密封油真空装置主要是指真空油箱、真空泵和再循环泵。它们是单流环式密封油系统中的油净化设备。

发电机正常运行中，汽机轴承润滑油不断地补充到真空油箱中，润滑油中含有的空气和水份在真空油箱中被分离出来，通过真空泵和真空管路被排至厂房外，从而使进入密封瓦的油得以净化，防止空气和水份对发电机内的氢气造成污染。真空油箱的油位由箱内装配的浮球阀进行自动控制，浮球阀的浮球随油位高低而升降，从而调节浮球阀的开度，这样使得补油速度得以控制，真空油箱中的油位也随之受到控制。真空油箱的主要附件还有液位信号器，当油位高或低时，液位信号器将发出报警信号。当油位变化时，液位信号器将输出模拟信号。

真空油箱浮球调节阀结构图

打开APP查看高清大图

密封油真空箱的油位同样也是由一浮球阀控制，油位逐渐上升时，浮球阀逐渐关小直至全关；油位逐渐降低时，浮球阀逐渐开大直至全开。当浮球阀故障时，易于出现油位失控的现象，此时可通过开关手动补油门暂时来维持合适的油位。 

7、空气抽出槽油烟净化装置 

发电机密封油系统的空气抽出槽配备了两台100%容量的排烟风机，并通过风机出口处的止回阀，将两台风机并联连接。正常情况下，一台风机运行，另一台备用，两台风机可以相互切换。风机启动时，首先将全部疏油阀门全部打开排净存油，风机入口蝶阀可锁定在50%开度，在正常运行工况下，投入一台排烟风机，真空表的负压值一般应维持在0.25—0.5KPa，并可通过调节入口碟阀直到入口处的真空度达到上述范围，同时应观察排入空间的排气量，至适中为度。在风机的进口和出口之间设有一个旁路止回阀，意在两台排烟风机全部停止运行时，借油烟的自然升力将油烟排向大气。如果在某种工况下，装置的入口处负压未能达到要求时，两台排烟风机也可并联同时工作。

空气抽出槽油烟净化装置系统图 

打开APP查看高清大图

密封油系统主要技术参数

密封瓦进油温度：25～50℃

密封油的供油温度是十分重要的运行参数，油的温度决定其粘度，并且影响到密封瓦的间隙，密封瓦的单侧间隙通常在0.010~0.015cm，油温升高将降低油的粘度，增大密封瓦间隙，直接提高密封油的流量，而过大的流量容易引起发电机进油。油温降低时粘度增大，可能引起密封瓦的摩擦，造成发电机轴承振动，尤其是双流环结构的密封瓦，不恰当的油温对振动有较明显影响。

密封瓦出油温度：≤70℃

密封油压大于机内氢压：0.056±0.02MPa

压差正常才能保证发电机不漏氢。

密封油系统的运行

密封油系统工作过程 

密封油系统中主要包括：正常运行回路、事故运行回路、紧急密封油回路（即第三路密封油源）、真空装置、压力调节装置及开关表盘等。这些回路和装置可以完成密封油系统的自动调节、信号输出和报警功能。油氢差压由差压调节阀自动控制，氢侧和空侧油压平衡由调节阀自动控制，并提供差压和压力报警信号。

在正常运行方式下，汽轮机来的润滑油进入密封油真空箱，经主密封油泵升压后由差压调节阀调节至合适的压力，经滤网过滤后进入发电机的密封瓦，其中空气侧的回油进入空气析出箱，氢气侧的回油进入氢侧回油扩大槽后再向下流入浮子油箱，而后依靠压差流入空气析出箱。由于采用汽轮机润滑油这一高压油源，空气抽出槽内的油无法流入真空箱，而只能流入汽轮机润滑油套装油管，回到主油箱，开始下一个油循环。

密封油系统配置了一台再循环油泵，用于正常运行中对真空箱内的密封油形成一个局部循环回路，经处于高度真空状态下的真空箱顶部设置的喷头降压喷雾，从而析出油中的水分和气体，不断的排到主厂房外，起到了循环处理净化作用。此泵与主密封油泵联启联停。真空泵的作用在于形成真空箱内的高度真空，出口有一储水器，应定期放水。滤网的作用在于过滤密封油中的油泥和其它杂质，应定期转动旋转手柄并定期排污。另外，在氢侧回油扩大槽顶部和发电机底部引出细管，接至油水检测器，用于正常运行及气体置换时检查密封油进入发电机的程度。发现有油时应及时排放并查找原因予以消除。

---