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柴油发电机的工作原理 工作原理 一、柴油发电机组生成机理： 柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机，是以电磁感应为基础的旋转式机械。根据其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 柴油发电机组工作结构图 二、交流发电机生成机理 以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。 旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同，都是电磁感应现象。而主要区别有两点： （1）产生感应电流的方式：旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化，从而产生感应电流；旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线，从而在定子线圈中产生感应电流。 （2）电力输出方式：旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电；而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路，因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压，适用于大型发电机。 1、电动势的产生 ● 当导体切割磁场的磁力线时，会在导体中产生感应电动势。 ● 线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端分别固定在同一转轴上的滑环1和2上，两者同轴旋转，且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。 ● 当电枢沿顺时针方向旋转，ab边处于N极下时、山边的感应电动势方向为由c至d，并设此时电动势方向为正方向;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下，cd边处于N极下，此时ab和cd边中的电动势均改变方向，显然此时电动势为负值。 由上述过程可知，对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周，在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布，则可产生正弦交流电动势。而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。 2、电动势的大小 根据电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——导体在磁场中的有效长度； ● V——导体垂直于磁场方向的运动速度。 而正弦交流电动势的有效值E计算： E=Kn ● 式中n——发电机转速； ● K——发电机的结构常数。 同步交流发电机制成后，其结构常数K已成定值。因此，可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的高傲。但是，通常情况下要求电动势的频率f恒定，而频率f与转速n成正比，所以发电机的转速是不能随便调整的。因此，主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小，达到调整其输出电压的目的。 3、电动势的频率 ● 当发电机磁极对数一定时(如P=1)，其转子每旋转一周，电枢绕组可产生一个周波的交流电动势。转子旋转两周，产生两个周波的交流电动势，苦转子每秒旋转n/60周，则产生n/60周/s的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f与发电机转速n成正比。 ● 当发电机的转速一定时(如n=1周/s)，磁极对数P=1，转子每旋转一周产生一个周波的交流电动势。磁极对数P=2，转子每旋转一周产生两个周波的交流电动势。若为P对磁极，转子每旋转一周产生P个周波的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f还与磁极对数P成正比。 综上所述，同步交流发电机电动势的频率f与其转速n 和磁极对数P成正比，因此f的计算公式为： F=P*n/60 (周/s) 改变同步交流发电机的转速n或磁极对数P,均可改变其频率f。但是，发电机制成后，其磁极对数P是不能改变的因此,只能通过改变转速n来调整频率f。一旦频率f达到额定值后，就不能再随便改变转速n。 4、改善电动势波形的措施 根据要求，同步交流发电机输出电压应为正弦波。但是，由于发电机定子铁芯结构、磁极结构、电枢绕组结构、三相发电机电枢绕组的连接形式等因素的影响，电动势的波形会产生畸变，形成非正弦交流电动势。 非正弦交流电动势中除含有基波分量外，还含有频率不同的许多高次谐波分量。不仅严重影响发电机的性能和工况，还影响用电设备的正常工作。因此，在设计、生产同步交流发电机时，采取了诸多方法，改善电动势波形，使其成为正弦波。其具体方法有：改善磁极形状、采用斜槽定子、改善定子绕组结构和三相发电机采用星形接法。 （1）改善磁极形状：磁极的分布规律由磁极的形状决定，将磁极尖削尖或采用扭斜磁极，使磁通密度B近似按正弦规律分布，进而使电动势成为正弦波； （2）采用斜槽定子：将定子铁芯扭斜一个槽距的位置，使其成为斜糟定子，无论转子旋转至何种位置，磁极端画所覆盖的铁芯齿面积始终保持不变，这样可消除齿谐波的影响； （3）改善定子绕组结构：同步交流发电机通常采用短距分布式绕组结构，可消除或削弱许多高次谐波分量，使电动势接近于正弦波； （4）三相发电机采用星形接法：三相同步发电机的三相电枢绕组采用星形接法，其线电压中将不再含有三次及三的整倍数次谐波分量·改善线电压的波形。 5、同步交流发电机励磁方式 发电机励磁功率的产生方式，称为其励磁方式。同步交流发电机的励磁方式有他励式和自励式两种。 （1）他励式：励磁功率由本身以外的其他电源供给，这种发电机称为:他励式发电机。根据获得励磁功率形式的不同，他励式交流发电机又有采用血流励磁机励磁和采用无刷交流励磁机励磁之分。其中、采用直流励磁机励磁是靠同轴转动的并励直流发电机供给励磁功率的；采用无刷交流励磁机励磁是由同轴转动的交流励磁发电机供给励磁功率的。 （2）自励式：励磁功率由本身供给的发电机称为自励式发电机。其励磁功率一般由以下三种方法获得：直接从同步交流发电机输出端取得，由安装在同步交流发电机的定子槽中的副绕组供给；发电机电枢绕组为带抽头式的，由抽头处引出部分电枢绕组供给。 综上所述，无论是他励式同步交流发电机，还是自励式同步交流发电机，改变励磁电流的大小，均可调整发电机的输出电压。
如何测定柴油发电机的正反转和相序 相序是指发电机三相电压达到 值的顺序，发电机组和装置相序不同时并列，是非同期并列严重的状况，将使发电机受到严重故障。新装发电机组和大修过一次回路的柴油发电机组并列前必须核对相序，以避免非同期并列。核对发电机和市电相序的方法很多，常见的有如下几种。 用一台普通的三相感应发电机接在厂用电源上，先由装置供给厂用电，记下发电机的旋转方向，然后用发电机供给厂用电，观察发电机的旋转方向。如果转向与市电相同，则说明发电机与机构相序相同；如果转向不同，说明两者相序不同。相序不同时，停下发电机对换任意两条出线相序表法 相序表只能用在电压为500V以下情形，对于新安装的发电机，在 次起动后未加励磁的条件下，可在发电机定子出口处测量发电机的残压和相序。发电机升压后，对于高压发电机，可以把相序表接在汇流母线电压互感器的二次侧，然后分别把装置电源和发电机送上汇流母线，观察相序表指示的旋转方向，方向一致则相序相同，方向相反则相序不同。对低压发电机组可把相序表直接接在汇流母线上，方法同上。对于一条汇流母线上接有几台发电机的电站，可以把相序表接在发电机电压互感器的二次侧，拆开发电机电缆引线接头(注意保持安全距离)，然后合上发电机的隔离开关和断路器，由装置供电，记录相序表旋转方向；再拉开发电机断路器和隔离开关，恢复电缆接线，起动发电机升速、升压至额定值，这时电压互感器接发电机电源，观察相序表转向并与上次记录比较，即可判定发电机与大电的相序是否相同。 当不便在汇流母线和厂用电源上核对相序且又没有相序表，可按图1(a)接线自制不动相序指示器检验相序。根据经验，电容器C 选用8μF以上，耐压不低于450V的；灯泡可用普通白炽灯， 选购同一厂家生产的15W灯泡。习惯上把接有电容器的端子接到中相，假定为B相。由于电容器上的电压向量落后其电流向量，因此使它后面一相灯泡承受的电压略高，灯泡较亮的为C相，较暗的A相。对400V电源，每相应用两个相同的灯泡串联。 次测定后， 把灯泡位置互相交换后再测定一次，灯泡互换后，原来亮的应变暗，暗的应变亮，以预防由于灯泡特点不同而造成判定不当。测定时如果两相灯泡亮度相同，说明接电容器的相断线。 如果现场没有合适的电容器，可以用接触器的电磁绕组来代替，将其铁芯衔铁闭合，用棉线绑紧。如果有电磁绕组的接中相，假定B相，因为电感上的电压向量超前电流向量，则灯泡较亮的是A相，较暗的是C相。 将发电机断路器和隔离开关拉开，用3只或2只单相电压互感器，将每只一次侧两端接在断路器一相的两侧套管上，二次侧接2倍于二次侧电压的白炽灯泡，如图2所示。然后合上隔离开关，把发电机转速和电压升至额定值，若所有灯泡同时发亮同时熄灭，则发电机和市电相序相同，否则必须交换发电机出线的两相位置，并重新检测。采用高压开关柜作为发电机主开关的电站，用这种方法检修相序，引线对地安全距离难以保证。 对于低压发电机组，可以不用电压互感器，但每相要有两个220V的灯泡串联，跨接在断路器两侧，只要发电机与大电相序一致，且频率和电压很接近时，三组指示灯泡将同时不断的一明一暗，否则三相灯光不是同明同暗变化，而是旋转发光。
