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福建寧德柴油發(fā)電機(jī)的工作原理
工作原理
一、福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組生成機(jī)理:
福建寧德柴油發(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(guò)空氣濾清器過(guò)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(guò)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(wú)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。
福建寧德柴油發(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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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?lè)较蛐D(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(guò)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(zhǎng)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(guò)改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或每極磁通來(lái)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(guò)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(guò)改變轉(zhuǎn)速n來(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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。
福建寧德柴油發(fā)電機(jī)的噪音途徑與控制措施
福建寧德柴油發(fā)電機(jī)噪聲是由多種聲源構(gòu)成的復(fù)雜聲源。按照噪聲輻射方式,?它可分為空氣動(dòng)力噪聲、表面輻射噪聲和電磁噪聲。按照產(chǎn)生的原因,?福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組表面輻射噪聲又可分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。其中空氣動(dòng)力噪聲為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲的主要噪聲源。
1.空氣動(dòng)力噪聲是由于氣體的非穩(wěn)定過(guò)程,即由氣體的擾動(dòng)以及氣體與物體的相互作用而產(chǎn)生的福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組噪聲。直接向大氣輻射的空氣動(dòng)力噪聲,?包括進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和冷卻風(fēng)扇噪聲。
2.電磁噪聲是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在電磁場(chǎng)中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲。
3.燃燒噪聲和機(jī)械噪聲很難嚴(yán)格區(qū)分,?通常將由于福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組汽缸內(nèi)燃燒形成的壓力波動(dòng)通過(guò)缸蓋、活塞、連軒、曲軸、機(jī)體向外輻射的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲稱為燃燒噪聲。將活塞對(duì)缸套的撞擊和運(yùn)動(dòng)件的機(jī)械撞擊振動(dòng)而產(chǎn)生的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲稱機(jī)械噪聲。一般直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲要高于機(jī)械噪聲,?而非直噴式柴油機(jī)的機(jī)械噪聲則高于燃燒噪聲。但是低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃燒噪聲都高于機(jī)械噪聲。
福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組噪聲的控制措施
一:隔音房
在福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組位置安裝隔聲房,尺寸為8.0m×3.0m×3.5m,隔聲板外壁為1.2mm鍍鋅板。內(nèi)壁為0.8mm穿孔板,中間填充物為32kg/m3超細(xì)玻璃棉,槽鋼的凹面填充玻璃棉。
二:排風(fēng)消聲
福建寧德柴油發(fā)電機(jī)組依靠自帶風(fēng)扇排風(fēng),在排風(fēng)房前部安裝AES型矩形消聲器,消聲器尺寸為1.2m×1.1m×0.9m,消聲器內(nèi)裝消聲片厚200mm,間距100mm。消聲片采用兩側(cè)鍍鋅穿孔板夾超細(xì)玻璃棉結(jié)構(gòu)。9個(gè)相同尺寸的消聲器拼裝成1個(gè)1.2m×3.3m×2.7m的大型消聲器。消聲器前300mm處為相同尺寸的排風(fēng)百葉窗。
三:進(jìn)風(fēng)消聲
在隔聲房頂部安裝自然進(jìn)風(fēng)消聲器。消聲器制作同排風(fēng)消聲器,凈消聲長(zhǎng)度為1.0m,截面尺寸為3.4m×2.0m,消聲片厚200mm,間距200mm,消聲器外接無(wú)襯里90°消聲彎頭,消聲彎頭長(zhǎng)1.2m。
四:排煙消聲
通過(guò)福建寧德柴油發(fā)電機(jī)原廠配套的2個(gè)住宅型消聲器消聲,消聲后的煙氣合并為一個(gè)Φ450mm的煙管從排風(fēng)百葉窗伸出向上排放。
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