發電機(jī)(俗稱電球)是(shi)将機械能轉(zhuan)變成交流電(diàn)能的機器,是(shi)柴油發電✨機(ji)組的電能産(chǎn)生和輸出的(de)機器。

 1、 發電(diàn)機的基本結(jié)構

19世紀英國(guó)科學家法拉(la)第通過實驗(yàn)發現了電磁(cí)感🏃應現象;導(dǎo)體與磁場的(de)磁力線相對(duì)切割運動時(shi),導體中會感(gan)應出📱電動勢(shi)。如果将這根(gen)導體的兩端(duan)連接起來✊,則(ze)在這個閉合(he)導體與磁場(chang)相🌈對切割運(yùn)動時,導體中(zhong)就會産生感(gan)應電流。

原線(xiàn)圈A通以直流(liu)電,則線圈因(yin)有電流流過(guò)而産生直流(liu)磁場。在副線(xian)圈B的兩端接(jie)上電流表G。當(dāng)線圈A穿越線(xiàn)圈B的中間向(xiàng)下運動時,電(dian)流表G的指針(zhēn)會随之從中(zhōng)心點擺向一(yī)邊。向上運動(dòng)時,電流表G的(de)指針會随之(zhī)擺向另一邊(biān)。這就是說:由(yóu)線圈A的直流(liu)磁場的磁力(lì)線㊙️切割線圈(quān)B,或者說線圈(quan)B内的磁場從(cóng)無到有或從(cong)小💋到大發生(shēng)變化時,它就(jiu)會産生感應(ying)電動勢和感(gan)應電流。而且(qiě)線圈B中的感(gǎn)應電動勢和(hé)💁感應電流的(de)方向還随磁(ci)場方向的變(biàn)化而變化。通(tōng)過大♍量的電(dian)磁感應實驗(yan),科學家總結(jié)出了恒㊙️定磁(ci)場與金屬導(dǎo)體線圈相對(duì)切割運動時(shí)線圈内的感(gǎn)應電動勢為(wéi):e=-N*（ΔΦ/Δt）

式中,N代表線(xian)圈B共有多少(shǎo)圈(也稱匝)。ΔΦ/Δt是(shì)線圈B中的一(yi)圈在Δt時間内(nèi)✨磁通(表示磁(ci)場的強弱)的(de)變化量ΔΦ。

可見(jian)線圈B中的感(gan)應電動勢e與(yu)線圈A穿越其(qí)中間上下運(yùn)動形成🥵的👄磁(cí)通變🔞化有關(guan)。而且與其運(yun)動的速度也(yě)有關,上下運(yun)動越快感應(ying)電動勢e越大(dà)。線圈繞的圈(quan)數N越多e也越(yue)大。

法拉第定(ding)律告訴我們(men):金屬線圈穿(chuān)過磁場切割(gē)磁力線,或者(zhe)線圈不動而(ér)磁場🍓磁力線(xian)🏃🏻‍♂️掃過它,都會(hui)在金屬線圈(quan)的兩個端頭(tou)間産生電壓(ya)。發電機就是(shi)⭐根據這個原(yuán)理制造的。

按(an)照發電機的(de)基本結構,磁(ci)場固定,金屬(shu)線圈繞組做(zuo)成可旋轉的(de)以便切割磁(cí)力線,電壓從(cóng)這個線圈繞(rào)組引出(稱為(wei)電樞繞組),這(zhè)種結構的發(fa)電機叫做旋(xuán)轉電樞式發(fā)電機。因為電(dian)樞是旋轉運(yun)動的,電樞繞(rào)組的電流要(yào)靠活動接觸(chù)的電刷和滑(huá)環引出才能(neng)供💁給負荷。因(yin)此輸出電流(liú)和電壓都不(bu)能太大,一💋般(ban)不超過500V,否則(zé)電刷和滑環(huan)之間将産生(sheng)很大的火花(huā)。這種結構形(xing)式的發電機(jī)已很少采用(yòng)。

常用的同步(bu)發電機的結(jie)構形式是輸(shu)出電壓、電流(liu)的繞組(即電(diàn)樞)是固定的(de),而産生磁力(lì)線的線圈繞(rao)組是旋⭐轉的(de),其😘磁場自然(ran)也随之旋轉(zhuan),這種叫做旋(xuan)轉磁場式發(fā)👣電機。發電🐕機(jī)轉子部分隻(zhī)産生直流磁(ci)場,而取消了(le)滑環和電刷(shuā)。定子部分有(you)‼️更多的空間(jian)嵌放電樞繞(rao)組和絕緣材(cái)料,電樞産生(sheng)的電流可以(yǐ)直接輸往負(fù)荷,其機械強(qiáng)度和絕緣性(xìng)能都較好,可(ke)靠性也♋大為(wei)提高。所💘以又(yòu)稱為無刷同(tóng)步發電機。

同(tóng)步發電機的(de)定子部分(1)按(an)照120°的空間位(wei)置分布了三(san)個同樣的繞(rào)組,這就是定(dìng)子繞組♈,發電(diàn)機的輸出電(dian)壓由它們通(tōng)過發電機定(ding)子繞組(270)引出(chū)線接線端子(zi)給出,所以把(ba)它們也稱為(wei)電樞🔞繞組。同(tong)步發電機轉(zhuǎn)子(4)上面安裝(zhuāng)着轉子繞🚩組(zu),它由同一軸(zhóu)上的勵磁機(ji)電樞繞組(100)輸(shū)🔱出的交流✍️電(diàn),經旋轉整流(liu)器(78)整流後的(de)直流電供電(diàn),并形成主磁(ci)場。主磁場✨和(he)電樞磁場(共(gòng)同形成一個(gè)合成🐕磁場)的(de)磁力線剛掃(sao)入🥰電樞繞組(zu)時,繞組兩端(duān)的電壓小🌐,全(quán)部掃入時電(dian)壓*大👨‍❤️‍👨,快掃過(guo)繞組時電壓(yā)💃🏻也小。所以說(shuo),繞組兩🔞端的(de)電壓是交流(liú)變👄化的,稱之(zhī)為交流電壓(yā)。這樣,同步發(fa)電🤩機就可以(yi)産生彼此相(xiang)差120°的三相交(jiao)流電壓。如果(guo)按順序将🚶‍♀️這(zhè)三個電樞繞(rào)組編号為A、B、C,則(ze)它們各自的(de)輸出電壓瞬(shùn)時值可表達(da)成

uA=Umsin(2πf t+0°)

uB=Umsin(2πf t-120°)

uC=Umsin(2πf t+120°)

式中,(1)0°、-120°、+120°叫做(zuo)初相角,它們(men)是由同步發(fa)電機的結構(gòu)決定的。

(2) f 是(shì)電壓的頻率(lü)。它表示單位(wei)時間内,同步(bù)發電機轉💁子(zǐ)磁場的磁力(li)線切割電樞(shū)繞組的次數(shù)。f的大小實際(ji)上是由發電(dian)機組的柴❌油(you)發動機的轉(zhuǎn)速決定的,因(yīn)為是它直接(jiē)♌帶着發電機(ji)轉子一起旋(xuán)轉,轉速越快(kuai),則 f 越高⭐。反之(zhī)亦然, f 越低。對(dui)于同一台同(tóng)步發電機而(er)言,顯然三個(ge)電壓的頻率(lü) f 是一樣的。2πf 則(zé)是轉子磁🔞場(chǎng)的磁力線切(qie)割電樞繞組(zu)的角頻率,用(yòng)ω表示。從三‼️相(xiang)電壓的表達(da)式📱可知:2πf t+φi(φi=0°、-120°、+120°)是正(zheng)弦量變化的(de)核心,它反映(ying)了正弦量随(suí)時間t變化的(de)進程。

(3)Um是電壓(yā)的*大值。它是(shì)由同步發電(diàn)機的勵磁系(xì)統勵磁電流(liu)的大小決定(ding)的,同步發電(dian)機的轉子磁(cí)場是由勵磁(ci)電流流✏️過轉(zhuǎn)子繞組産生(shēng)的,電流大則(ze)轉子磁場強(qiáng),磁力線切割(gē)電樞繞組在(zài)繞組上産生(sheng)的感應電動(dong)勢就大。反之(zhi)亦然,感應電(dian)動勢就小。同(tóng)步發🌈電機隻(zhī)有一個勵磁(cí)系統,因此三(sān)個繞組輸出(chu)電壓的*大值(zhí)Um都是一樣的(de)。

根據設計,三(san)個電樞繞組(zu)之間的電壓(ya)(稱為線電壓(yā))為380～400V。由于這🌐種(zhong)同步🈲發電機(ji)在電氣性能(néng)和機械性能(neng)方面都具有(you)優點,因而被(bei)柴油發電機(jī)組普遍采用(yòng)。

3 、 轉子繞組的(de)勵磁 

所謂勵(lì)磁即是向同(tong)步發電機轉(zhuǎn)子繞組提供(gòng)直流電,使其(qi)産生直流磁(cí)場的過程。早(zǎo)期的發電機(jī)是采用單獨(du)的勵磁機給(gěi)轉子線圈提(ti)供直流電,系(xi)統龐大而複(fú)雜。随着技術(shù)的進步,現代(dài)同步發電機(ji)都是将發電(diàn)機與勵磁機(jī)組裝在一起(qi)構成一個完(wan)整的發電機(jī)。

勵磁機其實(shí)就是個小發(fa)電機,其工作(zuò)原理與同步(bù)發電機一樣(yàng)。所不同的是(shì)它的定子線(xian)圈和轉子線(xian)圈所起的作(zuò)用與同步發(fa)電機——主發電(dian)機❓正好💃相反(fan);勵磁㊙️機定子(zi)繞組(90)固定在(zài)主發電機定(ding)子旁,勵🔱磁機(ji)的定子線圈(quān)通以直流電(diàn)形成直流磁(ci)場。而安裝在(zài)主發電機轉(zhuǎn)子軸上的勵(li)磁機🏃🏻‍♂️的轉子(zi)線圈,勵磁機(ji)電樞繞組(100)成(cheng)為輸📱出電壓(ya)的繞組。勵磁(cí)機的轉子與(yu)定子内壁之(zhī)間也是保持(chi)着較小而均(jun1)勻的間隙👈。勵(li)磁機定子線(xian)圈的直流電(diàn),是由主發電(dian)機定子線圈(quan)即電樞的部(bu)分輸出電壓(yā)經整流後而(ér)得到的。它使(shǐ)勵磁機定子(zǐ)線圈産生直(zhí)流磁場,且該(gāi)磁場是不動(dòng)的。工作時,與(yǔ)主發電機轉(zhuan)子同軸安裝(zhuāng)的勵磁機轉(zhuan)子線圈在這(zhè)個磁場内旋(xuán)轉、切✨割磁力(li)線産生感應(ying)電動勢。該電(diàn)勢經同軸安(an)裝在勵磁機(ji)電樞繞組旁(pang)邊的旋轉整(zhěng)流器(78)變成直(zhi)流電🏃🏻流,再輸(shu)到主發電機(ji)的轉子繞組(zu)使其産生直(zhí)流轉🐆子磁場(chǎng)。從而達到了(le)對主發電機(jī)轉子繞組勵(lì)磁的💛要求。

 4 、輸(shū)出電壓的調(diào)控 

調控的目(mù)的就是實現(xian)在同步發電(dian)機額定範圍(wéi)内的負荷,無(wú)論其性質及(ji)大小如何變(biàn)化都能穩住(zhu)輸出電壓。調(diào)🔆控的技術方(fang)式随着發電(dian)機額定功率(lü)的不同、每個(ge)時期技術發(fa)展程☂️度的不(bú)同,有簡潔及(jí)**的許多類型(xíng)。

但總的理念(nian)都是:實時從(cong)主發電機電(diàn)樞取得電壓(ya)和電流,經自(zi)動電壓調節(jie)器整流和負(fu)反饋調理後(hou)供給勵磁機(ji)的定子線圈(quān),使🏃其産生變(bian)化規律與主(zhu)發電機輸出(chu)電壓🚶變化規(guī)律相反💯的直(zhi)流電磁場。這(zhè)個磁🌈場也必(bì)然使勵磁機(ji)轉子電樞的(de)輸出電壓以(yǐ)及旋轉整流(liú)器供給主發(fā)電機轉子線(xiàn)圈的👄直流電(diàn)流按🆚同樣的(de)規律而變化(huà)。從而起💋到實(shi)時調節主發(fā)電機轉子磁(cí)場大小,使主(zhu)發電機在額(é)定負🧡荷範圍(wéi)内保持良好(hao)輸出👉特性的(de)作用。

對發電(dian)機輸出電壓(ya)的調控過程(chéng),自動電壓調(diao)節器起着重(zhong)要作用。

可見(jian),通過勵磁機(jī)實時調控主(zhǔ)發電機轉子(zǐ)繞組磁場的(de)👈大小,就可🔴以(yi)穩住輸出電(diàn)壓。這其中起(qǐ)重要作用的(de)是具有負反(fan)饋功能的自(zì)動電壓調節(jiē)器。通常也稱(cheng)其為恒💃🏻壓勵(lì)磁裝置。

 5 、自動(dong)電壓調節器(qi) 

在柴油發電(diàn)機組的額定(dìng)負荷範圍之(zhī)内,無論負荷(he)是電阻、電容(rong)、電感性或兼(jiān)而有之,也無(wu)論它們的‼️大(dà)小怎樣變化(hua),對柴油機的(de)主要要求是(shi)穩住轉速(通(tong)常柴油發動(dong)機的額定轉(zhuǎn)速為每分鐘(zhōng)1500轉)。而對同步(bù)發電機的主(zhǔ)要要求則是(shi)穩住輸出電(diàn)壓。為此,一般(bān)都采用以**電(diàn)子裝置為核(hé)心的自動電(dian)壓調控系統(tong)。

現代交流同(tóng)步發電機常(cháng)用自動電壓(ya)調節器(AVR)這種(zhǒng)電子部件,調(diào)節勵磁機定(dìng)子磁場的強(qiang)弱。進而達到(dào)穩住輸出電(dian)壓的目的。雖(suī)然AVR的種類很(hen)多,但性能大(dà)同小異。都是(shì)實💋時采樣主(zhu)發電機的輸(shū)出電壓值與(yǔ)預先設定的(de)值相比較,用(yong)比較的結果(guo)去調節脈沖(chong)寬度👣調制器(qì)(PWM)。輸出電壓值(zhí)高則調制器(qi)輸出脈沖寬(kuan)度窄,反🈲之則(ze)寬。然後再用(yong)這些脈🔅沖去(qu)調控大功率(lǜ)半導體開關(guān)器件,控制送(song)入勵磁機定(dìng)子⛷️線圈的電(diàn)流的時間及(jí)大小。從而使(shǐ)它的磁場強(qiáng)弱随着主✍️發(fā)電機輸出電(dian)壓的變化而(ér)相反變化。即(jí)輸出電壓升(sheng)高則👨‍❤️‍👨勵磁機(jī)定子💘磁場減(jiǎn)小,輸出電壓(yā)降低則勵磁(cí)機定子磁場(chǎng)增強,從而達(da)到負反饋調(diào)控的目的。

采(cai)樣取自主發(fa)電機輸出的(de)部分電壓,從(cong)(8)、(9)兩端進入電(dian)壓測量單元(yuan)。經降壓、分壓(ya)、整流濾波後(hou),得🔴到👣與發電(dian)機輸出電壓(yā)成正比的直(zhi)流電壓。它被(bèi)R4、R5、PR1分壓後獲得(de)電壓UA,并送入(rù)脈寬調制器(qì)。出廠前或者(zhě)發電‼️機帶載(zai)正常工作時(shi),調節RHR外接電(dian)壓微調電位(wei)器使UA确定一(yī)個值作為基(jī)準。測量單元(yuán)輸出的電壓(yā)Uc則送入低頻(pin)保護單元。

脈(mò)沖寬度調制(zhi)器(PWM)的輸出調(diao)寬脈沖UB控制(zhi)調制管VT3。若由(yóu)電壓測量單(dan)元送來的🐪UA比(bǐ)基準電壓大(dà),表明主發電(dian)機輸出電壓(yā)升高,則大的(de)UA就會使脈沖(chòng)寬💋度調制器(qì)輸出的脈沖(chòng)電壓UB的寬度(dù)變窄💋。窄的脈(mo)沖就會使VT3導(dao)通時間短,通(tōng)過的電流小(xiao)❤️。反之,主發💃電(diàn)機輸出💁電壓(ya)降低,UA變小,則(ze)脈沖寬度調(diào)制器輸出UB的(de)寬🐅度随之變(biàn)寬,從而使VT3導(dao)通時間變長(zhang),通過的電流(liú)增多。

勵磁機(ji)的定子線圈(quān)一端接在端(duan)子X1上,另一端(duan)接在XX1端子上(shang)。由主發電機(jī)電樞繞組取(qu)樣的XA、XB、Xc三相💚電(dian)壓(一般為36～45V),經(jīng)過三個二極(jí)管VD10、VD11、VD12整流後,其(qi)直流電流從(cong)X1端流入勵磁(cí)機的定子線(xiàn)圈,由XX1流出,再(zài)經✏️過調制管(guǎn)VT3和XN端子流回(huí)主發電機電(dian)樞繞組,形成(cheng)一個勵磁機(ji)定子線圈的(de)勵磁電流通(tōng)路。VT3是🔞這個通(tong)路💞上的開關(guan),它導通時間(jiān)長,則定子線(xiàn)圈流過的電(dian)流💜大,勵磁機(jī)定子🛀磁場強(qiang)度變大💜。VT3導通(tong)時間短,定📱子(zi)線圈電流少(shǎo)🈲,定子磁場強(qiáng)度小。

AVR就是(shì)這樣調控主(zhu)發電機的電(dian)壓的。主發電(diàn)機由于負荷(hé)原因輸📱出電(diàn)壓升高,電壓(ya)測量單元輸(shu)出的UA随着升(sheng)高,受UA控制♋的(de)脈💞寬調制器(qi)輸出脈沖電(diàn)壓UB寬度變窄(zhai),開關管VT3導通(tong)時間短,勵磁(ci)機定子繞組(zǔ)因電流少磁(cí)場減✉️弱,勵磁(cí)機轉子電樞(shu)👣電壓及旋轉(zhuan)整流器🔴輸出(chu)電流随之減(jiǎn)小，導緻供給(gěi)主發電機轉(zhuǎn)子繞組的勵(li)磁電流變小(xiǎo)，則主發電機(ji)因其轉子磁(cí)場🔞的減小而(er)使輸出電壓(ya)降低。反之，AVR的(de)負反饋調控(kòng)功能就會使(shǐ)主發電機的(de)輸出電壓升(sheng)高。

在主發電(diàn)機因負荷超(chāo)出額定值而(ér)輸出極大電(dian)流時,柴油發(fā)動機也需随(suí)之輸出巨大(dà)的動力導緻(zhì)其轉📧速低🥵于(yu)♌額定值。低頻(pín)保護單元的(de)作用就是在(zài)這種🏃🏻‍♂️情況下(xià)限制勵磁機(jī)定子🤟線圈裡(lǐ)電流的超額(é)增大。它以電(diàn)阻和電容構(gou)成的充放電(dian)支路預先設(she)定一個低頻(pín)保護點,當主(zhu)發電機負荷(he)正常時🍉,從電(diàn)壓測量單元(yuán)來的Uc小于低(dī)頻保護點,則(zé)低頻保護單(dān)元輸出的電(dian)壓UD高,二⭐極管(guan)VD8被截止,UD到不(bú)了脈寬調制(zhi)器,起不了作(zuo)用。若主發電(diàn)機超🌈載則UD變(bian)低🔴,VD8導通,UD和UA就(jiu)可同時作用(yong)于脈寬調制(zhi)器,使其輸出(chū)的UB随UD的下降(jiàng)而變窄,調制(zhi)管VT3導通時間(jiān)随之變短,勵(li)磁電流減小(xiao),勵磁㊙️機定子(zi)磁場變弱。從(cóng)而導緻主發(fa)電機轉子磁(cí)場減小。發電(diàn)機輸💘出電壓(yā)下降、電流減(jiǎn)小。低頻保護(hù)單元🏃🏻‍♂️起到了(le)保護勵磁機(ji)和主發電機(ji)的作用。

 6 、同步(bu)發電機常用(yòng)技術參數

理(lǐ)解同步發電(diàn)機的技術參(can)數,對管好用(yòng)好柴油發電(diàn)機組是十分(fen)必要的。常用(yong)的參數有：

額(e)定電壓UH——同步(bu)發電機正常(cháng)工作時,定子(zi)内的三相電(dian)樞繞組🙇🏻每組(zu)線端(每㊙️組的(de)電壓輸出端(duan))之間的線電(diàn)壓。單位👨‍❤️‍👨是V或(huò)kV。一般🆚UH值為400V(線(xiàn)電壓)或230V(相電(dian)壓)。

額定電流(liú)IH——帶額定負荷(he)正常工作時(shí),流過定子繞(rào)組的線電流(liu),單位是A或🛀🏻者(zhe)kA。

額定功率因(yin)數cosφH——同步發電(diàn)機帶額定負(fù)荷正常工作(zuò)時,其每相定(dìng)子繞組内的(de)電壓與電流(liú)之間相角差(cha)φH的餘弦函數(shu)值。一般這個(ge)值是根據電(diàn)力系統的需(xū)要情況設計(jì)而❗定的。通常(chang)為0.8(滞💃🏻後)。

額定(ding)容量SH——在額定(dìng)負荷及額定(ding)功率因數情(qíng)況下正常運(yun)行時❤️,同步發(fa)⛷️電機輸出的(de)視在功率。單(dan)位是kVA。有時也(ye)用有🌂功功率(lü)PH表🆚示,其⁉️單位(wei)為kW。兩🌈者之間(jian)的關系是PH=SHcosφH。額(é)定容量是同(tóng)步發電機的(de)重要參數⁉️之(zhi)一,它表明該(gāi)機的發電能(neng)力👉。

額定頻率(lü)fH——額定運行時(shi),同步發電機(jī)輸出電壓每(měi)秒鐘内交變(bian)的次數。單🥰位(wèi)是Hz。我國制定(dìng)的工業頻率(lü)為50Hz。

效率η——同步(bù)發電機輸出(chū)的有功功率(lǜ)與輸入的有(you)功功率⁉️(柴油(you)發動機對它(tā)做的有功功(gōng)率)的比值。它(tā)是表征同步(bu)發電機運✂️行(háng)經💯濟性的重(zhòng)要參數,越高(gāo)越好。

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