柴油發(fā)電機的工作原理 工作原理 一、柴油發(fā)電機組生成機理： 柴油發(fā)電機組中常用的發(fā)電機為同步交流發(fā)電機，是以電磁感應為基礎的旋轉式機械。根據(jù)其結構特點可分為旋轉電樞式和旋轉磁極式兩種。 在柴油機汽缸內，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，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，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)過連桿變成了推動曲軸轉動的力量，從而帶動曲軸旋轉。 將無刷同步交流發(fā)電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉帶動發(fā)電機的轉子，利用‘電磁感應’原理，發(fā)電機就會輸出感應電動勢，經(jīng)閉合的負載回路就能產(chǎn)生電流。 柴油發(fā)電機組工作結構圖 二、交流發(fā)電機生成機理 以旋轉電樞式同步發(fā)電機為例介紹柴油機組中發(fā)電機的工作原理。 旋轉磁極式發(fā)電機產(chǎn)生電動勢的原理與旋轉電樞式相同，都是電磁感應現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點： （1）產(chǎn)生感應電流的方式：旋轉電樞式發(fā)電機通過電樞的旋轉使閉合線圈的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應電流；旋轉磁極式發(fā)電機則通過磁極的旋轉使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產(chǎn)生感應電流。 （2）電力輸出方式：旋轉電樞式發(fā)電機通過電刷和集電環(huán)向外接電路供電；而旋轉磁極式發(fā)電機則直接將電力送往外接電路，因此相對于旋轉電樞式、旋轉磁極式發(fā)電機可提供電高的電壓，適用于大型發(fā)電機。 1、電動勢的產(chǎn)生 ● 當導體切割磁場的磁力線時，會在導體中產(chǎn)生感應電動勢。 ● 線圈abcd代表整個電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉軸上的滑環(huán)1和2上，兩者同軸旋轉，且相對位置和連接關系不隨轉子位置的變化而變化。電刷A和B通過刷架固定在發(fā)電機的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動接觸關系不變。 ● 當電樞沿順時針方向旋轉，ab邊處于N極下時、山邊的感應電動勢方向為由c至d，并設此時電動勢方向為正方向;當電樞旋轉180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時ab和cd邊中的電動勢均改變方向，顯然此時電動勢為負值。 由上述過程可知，對于一對磁極的單向同步交流發(fā)電機、其轉子旋轉一周，在電樞繞組中產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布，則可產(chǎn)生正弦交流電動勢。而對于三相同步交流發(fā)電機、其各項繞組產(chǎn)生交流電動勢的原理與單項同步交流發(fā)電機完全相同。 2、電動勢的大小 根據(jù)電磁感應定律,當導體與磁場發(fā)生相對運動時、導體中的感應電動勢e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——導體在磁場中的有效長度； ● V——導體垂直于磁場方向的運動速度。 而正弦交流電動勢的有效值E計算： E=Kn ● 式中n——發(fā)電機轉速； ● K——發(fā)電機的結構常數(shù)。 同步交流發(fā)電機制成后，其結構常數(shù)K已成定值。因此，可通過改變發(fā)電機的轉速n或每極磁通來調整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動勢的頻率f恒定，而頻率f與轉速n成正比，所以發(fā)電機的轉速是不能隨便調整的。因此，主要通過調節(jié)同步交流發(fā)電機磁通量的大小，達到調整其輸出電壓的目的。 3、電動勢的頻率 ● 當發(fā)電機磁極對數(shù)一定時(如P=1)，其轉子每旋轉一周，電樞繞組可產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。轉子旋轉兩周，產(chǎn)生兩個周波的交流電動勢，苦轉子每秒旋轉n/60周，則產(chǎn)生n/60周/s的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f與發(fā)電機轉速n成正比。 ● 當發(fā)電機的轉速一定時(如n=1周/s)，磁極對數(shù)P=1，轉子每旋轉一周產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。磁極對數(shù)P=2，轉子每旋轉一周產(chǎn)生兩個周波的交流電動勢。若為P對磁極，轉子每旋轉一周產(chǎn)生P個周波的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f還與磁極對數(shù)P成正比。 綜上所述，同步交流發(fā)電機電動勢的頻率f與其轉速n 和磁極對數(shù)P成正比，因此f的計算公式為： F=P*n/60 (周/s) 改變同步交流發(fā)電機的轉速n或磁極對數(shù)P,均可改變其頻率f。但是，發(fā)電機制成后，其磁極對數(shù)P是不能改變的因此,只能通過改變轉速n來調整頻率f。一旦頻率f達到額定值后，就不能再隨便改變轉速n。 4、改善電動勢波形的措施 根據(jù)要求，同步交流發(fā)電機輸出電壓應為正弦波。但是，由于發(fā)電機定子鐵芯結構、磁極結構、電樞繞組結構、三相發(fā)電機電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動勢的波形會產(chǎn)生畸變，形成非正弦交流電動勢。 非正弦交流電動勢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。不僅嚴重影響發(fā)電機的性能和工況，還影響用電設備的正常工作。因此，在設計、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機時，采取了諸多方法，改善電動勢波形，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、改善定子繞組結構和三相發(fā)電機采用星形接法。 （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，進而使電動勢成為正弦波； （2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個槽距的位置，使其成為斜糟定子，無論轉子旋轉至何種位置，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）改善定子繞組結構：同步交流發(fā)電機通常采用短距分布式繞組結構，可或削弱許多高次諧波分量，使電動勢接近于正弦波； （4）三相發(fā)電機采用星形接法：三相同步發(fā)電機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)電機勵磁方式 發(fā)電機勵磁功率的產(chǎn)生方式，稱為其勵磁方式。同步交流發(fā)電機的勵磁方式有他勵式和自勵式兩種。 （1）他勵式：勵磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發(fā)電機稱為:他勵式發(fā)電機。根據(jù)獲得勵磁功率形式的不同，他勵式交流發(fā)電機又有采用血流勵磁機勵磁和采用無刷交流勵磁機勵磁之分。其中、采用直流勵磁機勵磁是靠同軸轉動的并勵直流發(fā)電機供給勵磁功率的；采用無刷交流勵磁機勵磁是由同軸轉動的交流勵磁發(fā)電機供給勵磁功率的。 （2）自勵式：勵磁功率由本身供給的發(fā)電機稱為自勵式發(fā)電機。其勵磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發(fā)電機輸出端取得，由安裝在同步交流發(fā)電機的定子槽中的副繞組供給；發(fā)電機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，無論是他勵式同步交流發(fā)電機，還是自勵式同步交流發(fā)電機，改變勵磁電流的大小，均可調整發(fā)電機的輸出電壓。

發(fā)電機組的分類簡述 發(fā)電機是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備,早產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命時期，由德國工程師西門子于1866年制成，它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉化為機械能傳給發(fā)電機，再由發(fā)電機轉換為電能。 　 發(fā)電機的分類方式通常有以下三種： 　 1、按轉換的電能方式分類 　 1）按轉換的電能方式可分為交流發(fā)電機和直流發(fā)電機兩大類。 2）交流發(fā)電機又分為同步發(fā)電機和異步發(fā)電機兩種。同步發(fā)電機又分為隱極式同步發(fā)電機和凸極式同步發(fā)電機兩種?，F(xiàn)代發(fā)電站中常用的是同步發(fā)電機，異步發(fā)電機很少用。 　 3）交流發(fā)電機組又可分為單相發(fā)電機和三相發(fā)電機兩種。三相發(fā)電機輸出電壓為380V,單相發(fā)電機輸出電壓為220V. 　 2、按照轉速高低分類，可分為高速柴油發(fā)電機組、中速柴油發(fā)電機組和低速柴油發(fā)電機組。 　 1）高速柴油發(fā)電機組的轉速大于1000r/min。 2）中速柴油發(fā)電機組的轉速小于500r/min。 3）低速柴油發(fā)電機組的轉速小于500r/min 3、按勵磁方式分類 1）按勵磁方式可分為刷勵磁發(fā)電機和無刷勵磁發(fā)電機兩類 2）有刷勵磁發(fā)電機的勵磁方式為他勵式，無刷勵磁發(fā)電機的勵磁方式為自勵式。他勵式式發(fā)電機的整流裝置是在發(fā)電機定子上，而自勵磁式發(fā)電機的整流裝置是在發(fā)電機組的轉子上。 　 4、按照控制和操作的方式分類，可分為現(xiàn)場操作發(fā)電機組、隔室操作發(fā)電機組和自動化發(fā)電機組。 　　 1）現(xiàn)場操作發(fā)電機組。操作人員在機房內對發(fā)電機組進行啟動、合閘、調速、分閘、停機等操作。這類發(fā)電機組運行時所產(chǎn)生的振動、噪聲、油霧和廢氣對操作人員的身體有不良影響。 　　 2）隔室操作發(fā)電機組，這類發(fā)電機組的機房和控制室分開設置，操作人員在操作室內對機房內的柴油發(fā)電機組進行啟動、調速、停機等操作，并對機組的運行參數(shù)進行監(jiān)測，對機房內的輔機也實施集中控制。隔室操作可改善操作人員的工作環(huán)境。 　　 3）自動化發(fā)電機組。經(jīng)過各有關單位的多年研究，現(xiàn)在柴油發(fā)電機組的自動化可實現(xiàn)無人值守，其中包括機組自啟動、自動調壓、自動調頻、調載、自動并車、按負荷大小自動增減機組、自動處理故障、自動記錄打印機組可在市電中斷后10-15s自動啟動，代替市電進行供電。 　 5、按驅動動力分類 　　 發(fā)電機驅動動力的形式有多種，常見的的動力機有： 　　 1）風力發(fā)電機 　　 風力發(fā)電機就是依靠風力帶動發(fā)電機轉動，產(chǎn)生電流；這種發(fā)電機無需消耗額外能源，是一種無污染的發(fā)電機； 　　 2）水力發(fā)電機 　　 水力發(fā)電機是利用水流的落差，產(chǎn)生動力，帶動發(fā)電機發(fā)電，也是利用綠色自然資源發(fā)電的設備，又稱水輪發(fā)電機 　　 3）燃油發(fā)電機 　　燃油發(fā)電機是依靠柴油或汽油燃燒產(chǎn)生動力帶動發(fā)電機組的。目前在一些服務行業(yè)或小型加工業(yè)中，使用小型燃油發(fā)電機可以起到應急的作用。遇到停電，就可啟動燃油發(fā)電機發(fā)電，以維持正常工作。