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發(fā)電機(jī)的分類、原理、結(jié)構(gòu)、使用方法，告別小白，一文全明白
發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。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。
發(fā)電機(jī)是指將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動力機(jī)械驅(qū)動，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
一、發(fā)電機(jī)的分類
云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)是將柴油機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，是電力的輸出部分。云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組的種類較多，通?？砂匆韵路椒ㄟM(jìn)行分類:
①按使用條件不同，云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組可分為陸用和船用兩大類，陸用機(jī)組又可分為固定式和移動式(拖車式)兩類。
?、诎搓懹脵C(jī)組使用要求的不同，云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組可分為普通型、自動化型、低噪聲型和低噪聲自動化型。
?、郯窗l(fā)電機(jī)輸出電流性質(zhì)的不同，云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組可分為交流發(fā)電機(jī)組和直流發(fā)電機(jī)組。
④按交流同步發(fā)電機(jī)勵磁方式的不同，云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組可分為裝備旋轉(zhuǎn)交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)的機(jī)組和裝備靜止勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)的機(jī)組;
?、莅丛颇吓裼桶l(fā)電機(jī)組用途的不同，云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組可分為常用發(fā)電機(jī)組、備用發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組。
二、發(fā)電機(jī)的工作原理
1、云南怒江柴油發(fā)電機(jī)
柴油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)運轉(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。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’。
2、汽油發(fā)電機(jī)
汽油機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)運轉(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，推動活塞下行作功。
無論是云南怒江柴油發(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作功，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。
三、發(fā)電機(jī)的結(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。
四、發(fā)電機(jī)的使用方法
發(fā)電機(jī)組的電壓變化率約為20～40%。一般工業(yè)和家用負(fù)載都要求電壓保持基本不變。為此，隨著負(fù)載電流的增大,必須相應(yīng)地調(diào)整勵磁電流。雖然調(diào)整特性的變化趨勢與外特性正好相反，對于感性和純電阻性負(fù)載，它是上升的，而在容性負(fù)載下，一般是下降的。
(1)機(jī)組啟動前的準(zhǔn)備：
1.檢查潤滑油的油位、冷卻液液位、燃油量;
2.檢查柴油機(jī)的供油、潤滑、冷卻等系統(tǒng)各個管路及接頭有無漏油漏水現(xiàn)象;
3.檢查電氣線路有無破皮等漏電隱患，接地線電氣線路是否松動，機(jī)組與基礎(chǔ)的連接是否牢固;
4.若環(huán)境溫度低于零度時，須在散熱器內(nèi)添加一定比例的防凍劑;
5.云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組 次啟動或停機(jī)較長時間后再次啟動，應(yīng)先用手壓泵排盡燃油系統(tǒng)內(nèi)的空氣。
(2)啟動：
1.合上控制箱內(nèi)的保險后，按啟動按鈕，按下按鈕3~5s，若啟動不成功，應(yīng)等20s左右再次啟動。若多次啟動不成功，應(yīng)停止啟動操作，排除電瓶電壓或油路等故障因數(shù)后，再次啟動;
2.啟動時應(yīng)觀察幾油壓力，若油壓無顯示或很低時，應(yīng)立即停車檢查。
(3)運行：
1.機(jī)組啟動后，檢查控制箱模塊各項參數(shù);機(jī)油壓力、水溫、電壓、頻率等;
2.通常情況下，機(jī)組啟動后轉(zhuǎn)速直接達(dá)到額定轉(zhuǎn)速;有怠速要求的機(jī)組，怠速時間一般為3~5min，怠速時間不易過長，否則可能燒壞發(fā)電機(jī)相關(guān)元器件;
3.檢查機(jī)組油路、水路及電器的滲漏情況;
4.檢查機(jī)組各連接處的緊固情況，看有無松動和劇烈振動;
5.觀察機(jī)組各種保護(hù)和監(jiān)視裝置是否正常;
6.當(dāng)轉(zhuǎn)素達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，起空載運行的各項參數(shù)穩(wěn)定后，合閘供電;
7.檢查確認(rèn)控制屏各項參數(shù)是否在允許的范圍內(nèi)，再次檢查機(jī)組的振動，有無三漏及其他故障;
8.機(jī)組運行時嚴(yán)禁超載。
(4)正常停機(jī)：
停機(jī)前必須先分閘，一般情況卸載后需運行3~5min停機(jī)。
(5)緊急停機(jī)：
1.發(fā)電機(jī)組運轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常情況時，必須立即停機(jī);
2.緊急停機(jī)時，按下急停按鈕或?qū)娪捅猛C(jī)控制手柄迅速推倒停車位置。
(6)保養(yǎng)事項：
1.柴油機(jī)濾芯更換時間為300H;空氣濾芯更換時間為每400H;機(jī)油濾芯 次更換時間為50H，以后為250H。
2.機(jī)油 次更換時間為50H，以后機(jī)油正常更換時間為每250H。
云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組的冒煙限制器又稱AFC，即空氣與油控制器
一、停油閥（斷流閥）
停油閥是一個電磁閥，其作用原理如圖5-16所示。通電時，閥板被電磁鐵所吸引，使進(jìn)油通道與通往噴油器的油道連通。反之，斷電時，閥板在回位彈簧的作用下而關(guān)閉，停止供油。因此，在發(fā)動機(jī)起動時應(yīng)先合上起動開關(guān)，使電路通電，將閥板吸開，停車時應(yīng)斷電，使閥板返回，停供燃油。
在電器失靈時，要起動發(fā)動機(jī)，用擰緊螺釘將閥板頂開，使油連通；停油時，再將螺釘退出，使油路切斷，停止供油。
停油閥電磁鐵有兩個接線柱，長接線柱接蓄電池正極，而短接柱搭鐵。
汽車下坡時，如果關(guān)閉起動開關(guān)，停油閥處于關(guān)閉狀態(tài)。由于發(fā)動機(jī)仍在轉(zhuǎn)動，PT燃油泵仍有工作，輸入停油閥的燃油壓力把閥板緊緊地壓在閥座上，這時即使向電磁閥通電也無法把閥板吸開，亦即無法向發(fā)動機(jī)供油。
二、、冒煙限制器
冒煙限制器又稱AFC，即空氣—油控制器，如圖5-17所示。在發(fā)動機(jī)負(fù)荷急劇變化，如突然加速時，由于廢氣渦輪的慣性，渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升起滯后一段時間，瞬間供油多，而氣量不足，由于燃燒不完全，發(fā)動機(jī)冒大量黑煙。冒煙限制器可以根據(jù)進(jìn)氣壓力變化，相應(yīng)把來自燃油泵的燃油通過旁通油道流掉一部分，供其與進(jìn)氣量相適應(yīng)，防止發(fā)動機(jī)冒黑煙。
當(dāng)正常轉(zhuǎn)動時，燃油壓力把閥推開，使燃油油道和閥來油連通。轉(zhuǎn)速閥通常處于關(guān)閉位置，此時，進(jìn)入油道的燃油便不能旁通爾返回齒輪泵。旋轉(zhuǎn)閥的另一端，通過連桿和拉桿相連。空氣入口與增壓后進(jìn)氣管路相通。當(dāng)進(jìn)氣管壓力低于調(diào)定值時，膜片上的氣壓降低，在彈簧的作用下，拉桿上升，通過連桿使旋轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)動（圖5-17所示位置），燃油則被旁通部分返回齒輪泵，從而區(qū)噴油器的油量減小。旁通油量是用螺釘進(jìn)行調(diào)整的。
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介紹云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速方法
１面向Simulink數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)框圖
在建立了云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的各模型后，就可用MATLAB的Simulink工具建立基于常規(guī)PID控制，變速積分PID控制，不完全微分PID控制和模糊PID控制的調(diào)速系統(tǒng)框圖。
?。保背Ｒ?guī)PID控制
首先看常規(guī)PID控制，下面是它的系統(tǒng)仿真框圖，這是常規(guī)采用的PID控制系統(tǒng)圖，通過對真實控制系統(tǒng)繪制仿真框圖，觀察采用常規(guī)PID控制效果。
１．２不完全微分PID控制
下面是不完全微分PID控制系統(tǒng)仿真框圖,圖２不完全微分PID控制系統(tǒng)仿真框圖這是在常規(guī)PID基礎(chǔ)上進(jìn)行了不完全微分，這是用來改善它的控制功能，取得更好的控制效果。
?。保匙兯俣确e分PID控制
下面是變速度積分PID控制系統(tǒng)仿真框圖。
?。保茨：齈ID控制
自適應(yīng)模糊PID控制是將自適應(yīng)控制的思想和常規(guī)PID控制器結(jié)合，吸收了自適應(yīng)控制和常規(guī)PID控制的優(yōu)點。首先它具備自適應(yīng)能力，能夠自動識辨被控過程參數(shù)、自動整定控制參數(shù)，能夠適應(yīng)被控過程模型參數(shù)的變化；其次它又具有常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)點。這使得自適應(yīng)PID控制成為過程控制中一種較為理想的控制方法?！? 如果用模糊控制箱設(shè)計出模糊控制器，再在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立系統(tǒng)仿真模型，把模糊控制器模塊和我們設(shè)計的ＦＩＳ結(jié)構(gòu)連接起來，就可以對它進(jìn)行仿真研究了，系統(tǒng)仿真框圖的建立關(guān)鍵是對ＰＩＤ三個參數(shù)Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的整定，這必須考慮到不同時刻三個參數(shù)的相互作用和它們之間的關(guān)系。
下面從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的作用，建立模糊規(guī)則表。
（１）比例系數(shù)Ｋｐ的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Ｋｐ越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Ｋｐ取值過小，會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)特征變壞。
?。ǎ玻┓e分作用系數(shù)Ｋｉ的作用是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ｋｉ越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差越快，但Ｋｉ過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。但Ｋｉ過小會使系統(tǒng)的靜態(tài)誤差難以，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。
?。ǎ常┪⒎值淖饔孟禂?shù)Ｋｄ的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特征，其主要作用是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報。但Ｋｄ過大，會使響應(yīng)過程提前制動，延長了調(diào)節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。下面是進(jìn)行模糊控制PID控制的系統(tǒng)仿真框圖。
?。矊ο到y(tǒng)進(jìn)行仿真研究
建立了系統(tǒng)的仿真框圖后，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，就可以比較采用常規(guī)PID控制和變積分PID控制，不完全微分PID控制，模糊自適應(yīng)PID控制的比較，并具體分析我們采用的模糊控制系統(tǒng)仿真框圖自適應(yīng)控制時的仿真效果。對系統(tǒng)進(jìn)行仿真有助于我們對云南怒江柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的快速理解，并初步地分析出我們需要的控制參數(shù)，對系統(tǒng)的研究有積極作用。
系統(tǒng)仿真圖通過ＭＡＴＬＡＢ中的模糊控制箱實現(xiàn)，同時根據(jù)自己控制系統(tǒng)的具體特點和要求來建立的，基本可以反應(yīng)控制系統(tǒng)的基本情況，可以起到很好的仿真模擬作用。
首先，比較常規(guī)PID控制和變積分PID控制，變速積分PID通過改變積分項的累加速度，使得它和偏差大小相適應(yīng)，偏差大的時候，積分慢；偏差小時，積分快，這就可以減少超調(diào)，同時更好地靜差。
下面比較一下常規(guī)PID控制和不完全微分ＰＩＤ控制的區(qū)別。不完全微分就是在PID算法中引入了一個一階慣性環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)性能得到改善，在改善系統(tǒng)動態(tài)特性的時候又盡量減少高頻干擾。
介紹模糊自適應(yīng)控制和常規(guī)PID的比較，并對模糊自適應(yīng)控制的仿真進(jìn)行分析。這些都是基于前面建立的云南怒江柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)模型的
可見模糊PID控制器和常規(guī)PID控制相比，它使得系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)時間減小，曲線更平整，反應(yīng)時間加快了，控制效果明顯更好了。同時模糊PID控制器在控制過程前期具有模糊控制器的特點，而在控制過程后期具有PID調(diào)節(jié)器的所有優(yōu)勢，是一種性能優(yōu)良的控制器，所以在實際使用中可以選用模糊自適應(yīng)控制方法。
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