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柴油發(fā)電機(jī)的工作原理
工作原理
一、陜西榆林當(dāng)?shù)夭裼桶l(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,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、陜西榆林當(dāng)?shù)亟涣靼l(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、陜西榆林當(dāng)?shù)匦D(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、陜西榆林當(dāng)?shù)仉妱?dòng)勢的產(chǎn)生
● 當(dāng)導(dǎo)體切割磁場的磁力線時(shí),會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。
● 線圈abcd代表整個(gè)電傴繞組、陜西榆林當(dāng)?shù)仄鋬啥朔謩e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、陜西榆林當(dāng)?shù)厍遗c滑環(huán)1、陜西榆林當(dāng)?shù)?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)、陜西榆林當(dāng)?shù)厣竭叺母袘?yīng)電動(dòng)勢方向?yàn)橛蒫至d,并設(shè)此時(shí)電動(dòng)勢方向?yàn)檎较?當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。后、陜西榆林當(dāng)?shù)豠b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)勢均改變方向,顯然此時(shí)電動(dòng)勢為負(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)、陜西榆林當(dāng)?shù)仄滢D(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。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。而對(duì)于三相同步交流發(fā)電機(jī)、陜西榆林當(dāng)?shù)仄涓黜?xiàng)繞組產(chǎn)生交流電動(dòng)勢的原理與單項(xiàng)同步交流發(fā)電機(jī)完全相同。
2、陜西榆林當(dāng)?shù)仉妱?dòng)勢的大小
根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)體與磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)、陜西榆林當(dāng)?shù)貙?dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢e可由式求得:
E=BLV
● B——磁通密度;
● L——導(dǎo)體在磁場中的有效長度;
● V——導(dǎo)體垂直于磁場方向的運(yùn)動(dòng)速度。
而正弦交流電動(dòng)勢的有效值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、陜西榆林當(dāng)?shù)仉妱?dòng)勢的頻率
● 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。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周,產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢,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。由此可知,交流電動(dòng)勢的頻率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。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。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。由此可知,交流電動(dòng)勢的頻率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、陜西榆林當(dāng)?shù)馗纳齐妱?dòng)勢波形的措施
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)、陜西榆林當(dāng)?shù)卮艠O結(jié)構(gòu)、陜西榆林當(dāng)?shù)仉姌欣@組結(jié)構(gòu)、陜西榆林當(dāng)?shù)厝喟l(fā)電機(jī)電樞繞組的連接形式等因素的影響,電動(dòng)勢的波形會(huì)產(chǎn)生畸變,形成非正弦交流電動(dòng)勢。
非正弦交流電動(dòng)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(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)、陜西榆林當(dāng)?shù)厣a(chǎn)同步交流發(fā)電機(jī)時(shí),采取了諸多方法,改善電動(dòng)勢波形,使其成為正弦波。其具體方法有:改善磁極形狀、陜西榆林當(dāng)?shù)夭捎眯辈鄱ㄗ印㈥兾饔芰之?dāng)?shù)馗纳贫ㄗ永@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、陜西榆林當(dāng)?shù)赝浇涣靼l(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、陜西榆林當(dāng)?shù)夭捎弥绷鲃?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。



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