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柴油發(fā)電機(jī)的工作原理 工作原理 一、柴油發(fā)電機(jī)組生成機(jī)理: 柴油發(fā)電機(jī)組中常用的發(fā)電機(jī)為同步交流發(fā)電機(jī),是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。 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(dòng)活塞下行,稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功,作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力量,從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。 將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝,就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)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(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。 柴油發(fā)電機(jī)組工作結(jié)構(gòu)圖 二、交流發(fā)電機(jī)生成機(jī)理 以旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)為例介紹柴油機(jī)組中發(fā)電機(jī)的工作原理。 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的原理與旋轉(zhuǎn)電樞式相同,都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點(diǎn): (1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式:旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過電樞的旋轉(zhuǎn)使閉合線圈的磁通量變化,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流;旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則通過磁極的旋轉(zhuǎn)使定子線圈切割磁力線,從而在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 (2)電力輸出方式:旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過電刷和集電環(huán)向外接電路供電;而旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則直接將電力送往外接電路,因此相對(duì)于旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)可提供電高的電壓,適用于大型發(fā)電機(jī)。 1、電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 ● 當(dāng)導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的磁力線時(shí),會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 ● 線圈abcd代表整個(gè)電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)1和2上,兩者同軸旋轉(zhuǎn),且相對(duì)位置和連接關(guān)系不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。電刷A和B通過刷架固定在發(fā)電機(jī)的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動(dòng)接觸關(guān)系不變。 ● 當(dāng)電樞沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),ab邊處于N極下時(shí)、山邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛蒫至d,并設(shè)此時(shí)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)檎较?當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。后、ab邊處于S極下,cd邊處于N極下,此時(shí)ab和cd邊中的電動(dòng)勢(shì)均改變方向,顯然此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值。 由上述過程可知,對(duì)于一對(duì)磁極的單向同步交流發(fā)電機(jī)、其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周,在電樞繞組中產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布,則可產(chǎn)生正弦交流電動(dòng)勢(shì)。而對(duì)于三相同步交流發(fā)電機(jī)、其各項(xiàng)繞組產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)的原理與單項(xiàng)同步交流發(fā)電機(jī)完全相同。 2、電動(dòng)勢(shì)的大小 根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)、導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度; ● L——導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長度; ● V——導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)速度。 而正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值E計(jì)算: E=Kn ● 式中n——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速; ● K——發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 同步交流發(fā)電機(jī)制成后,其結(jié)構(gòu)常數(shù)K已成定值。因此,可通過改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或每極磁通來調(diào)整其輸出電壓的高傲。但是,通常情況下要求電動(dòng)勢(shì)的頻率f恒定,而頻率f與轉(zhuǎn)速n成正比,所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不能隨便調(diào)整的。因此,主要通過調(diào)節(jié)同步交流發(fā)電機(jī)磁通量的大小,達(dá)到調(diào)整其輸出電壓的目的。 3、電動(dòng)勢(shì)的頻率 ● 當(dāng)發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)一定時(shí)(如P=1),其轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周,電樞繞組可產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周,產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì),苦轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)n/60周,則產(chǎn)生n/60周/s的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知,交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。 ● 當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)(如n=1周/s),磁極對(duì)數(shù)P=1,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。磁極對(duì)數(shù)P=2,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若為P對(duì)磁極,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生P個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知,交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f還與磁極對(duì)數(shù)P成正比。 綜上所述,同步交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的頻率f與其轉(zhuǎn)速n 和磁極對(duì)數(shù)P成正比,因此f的計(jì)算公式為: F=P*n/60 (周/s) 改變同步交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或磁極對(duì)數(shù)P,均可改變其頻率f。但是,發(fā)電機(jī)制成后,其磁極對(duì)數(shù)P是不能改變的因此,只能通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)整頻率f。一旦頻率f達(dá)到額定值后,就不能再隨便改變轉(zhuǎn)速n。 4、改善電動(dòng)勢(shì)波形的措施 根據(jù)要求,同步交流發(fā)電機(jī)輸出電壓應(yīng)為正弦波。但是,由于發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)、磁極結(jié)構(gòu)、電樞繞組結(jié)構(gòu)、三相發(fā)電機(jī)電樞繞組的連接形式等因素的影響,電動(dòng)勢(shì)的波形會(huì)產(chǎn)生畸變,形成非正弦交流電動(dòng)勢(shì)。 非正弦交流電動(dòng)勢(shì)中除含有基波分量外,還含有頻率不同的許多高次諧波分量。不僅嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的性能和工況,還影響用電設(shè)備的正常工作。因此,在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機(jī)時(shí),采取了諸多方法,改善電動(dòng)勢(shì)波形,使其成為正弦波。其具體方法有:改善磁極形狀、采用斜槽定子、改善定子繞組結(jié)構(gòu)和三相發(fā)電機(jī)采用星形接法。 (1)改善磁極形狀:磁極的分布規(guī)律由磁極的形狀決定,將磁極尖削尖或采用扭斜磁極,使磁通密度B近似按正弦規(guī)律分布,進(jìn)而使電動(dòng)勢(shì)成為正弦波; (2)采用斜槽定子:將定子鐵芯扭斜一個(gè)槽距的位置,使其成為斜糟定子,無論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至何種位置,磁極端畫所覆蓋的鐵芯齒面積始終保持不變,這樣可齒諧波的影響; (3)改善定子繞組結(jié)構(gòu):同步交流發(fā)電機(jī)通常采用短距分布式繞組結(jié)構(gòu),可或削弱許多高次諧波分量,使電動(dòng)勢(shì)接近于正弦波; (4)三相發(fā)電機(jī)采用星形接法:三相同步發(fā)電機(jī)的三相電樞繞組采用星形接法,其線電壓中將不再含有三次及三的整倍數(shù)次諧波分量·改善線電壓的波形。 5、同步交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率的產(chǎn)生方式,稱為其勵(lì)磁方式。同步交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式有他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種。 (1)他勵(lì)式:勵(lì)磁功率由本身以外的其他電源供給,這種發(fā)電機(jī)稱為:他勵(lì)式發(fā)電機(jī)。根據(jù)獲得勵(lì)磁功率形式的不同,他勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)又有采用血流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁和采用無刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁之分。其中、采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是靠同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的;采用無刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是由同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的。 (2)自勵(lì)式:勵(lì)磁功率由本身供給的發(fā)電機(jī)稱為自勵(lì)式發(fā)電機(jī)。其勵(lì)磁功率一般由以下三種方法獲得:直接從同步交流發(fā)電機(jī)輸出端取得,由安裝在同步交流發(fā)電機(jī)的定子槽中的副繞組供給;發(fā)電機(jī)電樞繞組為帶抽頭式的,由抽頭處引出部分電樞繞組供給。 綜上所述,無論是他勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī),還是自勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī),改變勵(lì)磁電流的大小,均可調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓。
起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)對(duì)起動(dòng)的要求、使用和注意事項(xiàng) 1.起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)對(duì)起動(dòng)的要求 ①在起動(dòng)柴油機(jī)之前,首先要對(duì)起動(dòng)系統(tǒng)的電路和蓄電池的充電狀況進(jìn)行檢查。起動(dòng)時(shí)還要查看蓄電池連接線是否牢固。 ②柴油機(jī)起動(dòng)時(shí),如果一次起動(dòng)不能達(dá)到起動(dòng)目的,則第二次起動(dòng)與 次起動(dòng)的時(shí)間間隔應(yīng)不小于2min。 ③每次起動(dòng)時(shí)間不允許超過10s、柴油發(fā)電機(jī)組一旦起動(dòng),則手應(yīng)迅速與起動(dòng)按鈕分開,防止柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)后,起動(dòng)齒輪與飛輪發(fā)生故障。 ④當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組連續(xù)幾次不能起動(dòng)時(shí),應(yīng)在排除造成不能起動(dòng)的故障后再進(jìn)行起動(dòng)· 2.充電發(fā)電機(jī)的使用和注意事項(xiàng) ①充電發(fā)電機(jī)必須與相應(yīng)的充電發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器和蓄電池配合使用,否則會(huì)損壞發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器。有的操作手在使用硅整流發(fā)電機(jī)時(shí),與直流調(diào)節(jié)器配合使用,這樣很容易造成不應(yīng)發(fā)生的故障。 ②接線必須正確可靠,正、負(fù)極切不可接錯(cuò),否則將損壞硅整流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)或充電發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器. ③應(yīng)定期檢查充電發(fā)電機(jī)傳動(dòng)皮帶,使柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)電穩(wěn)定,以保證正常給蓄電池充電。 ④在充電發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,不允許用螺絲刀或其他金屬物品將正接線柱與機(jī)殼或負(fù)極短接,以觀察有否火花來判斷充電發(fā)電機(jī)是否發(fā)電,因?yàn)檫@樣極易損壞發(fā)電機(jī)內(nèi)部二極管和其他部件。
同步發(fā)電機(jī)的工作原理 在設(shè)計(jì)同步發(fā)電機(jī)時(shí),若適當(dāng)選擇磁極的形狀,使得勵(lì)磁繞組通直流電后,定子、轉(zhuǎn)子之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度近似于按正弦規(guī)律分布。同步發(fā)電機(jī)所謂“同步”,就是說發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)后,在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙里便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是發(fā)電機(jī)的主磁場(chǎng)又稱為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。當(dāng)主磁場(chǎng)切割定子三相電樞繞組的線圈時(shí),就會(huì)產(chǎn)生三相感應(yīng)電勢(shì),接通負(fù)載后,在電樞繞組中流過感應(yīng)電流,這個(gè)交變電流也在發(fā)電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)稱為電樞磁場(chǎng),又稱為定子磁場(chǎng)。根據(jù)右手螺旋定則,電樞磁場(chǎng)的等效磁極NS。當(dāng)主磁場(chǎng)由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)到一個(gè)新的位置時(shí),電樞磁場(chǎng)的等效磁極NS也隨之旋轉(zhuǎn)到另一位置。 由圖可知,主磁場(chǎng)被發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),它拉著電樞旋轉(zhuǎn),就象兩塊磁鐵之間有相互吸引力一樣。就是說發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)電樞磁場(chǎng)以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),二者之間保持同步,故稱為同步發(fā)電機(jī)。電樞磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。 由于定子三相繞組在空間的位置是對(duì)稱的,彼此相差120°電角,因此,定子繞組切割磁力線時(shí),將產(chǎn)生對(duì)稱三相感應(yīng)電勢(shì),定子每相繞組感應(yīng)電勢(shì)的有效值。 如果將電樞繞組接成星形,并且接上三相對(duì)稱負(fù)載后,在感應(yīng)電勢(shì)的作用下,電路中產(chǎn)生對(duì)稱的 三相電流,向負(fù)載輸出交流電能。
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