發電機(俗稱電球)是将機械能轉變成交流電能的機(jī)器,是柴油發電機組的電能産生和輸出的機器。

 1、 發電機的基本結構

19世紀英國科學家法拉第通(tōng)過實驗發(fā)現了電磁(cí)感應現象;導體與磁場的磁力線相對切割運動時,導體中會感應出電動勢。如果将這根導體的兩端連接起來,則(zé)在這個閉(bì)合導體與磁場相對切割運動時,導體中就(jiù)會産生感應電流(liú)。

原線(xiàn)圈A通以直流電,則線圈因有電(diàn)流流過而産(chǎn)生直流磁場。在副線圈B的兩端接上電流表G。當線圈A穿越線圈B的中間向下運動時,電流表G的指(zhǐ)針會随之從中心點擺向一邊。向上運動(dòng)時,電流表G的指針會随之擺向另一邊。這(zhè)就是(shì)說:由線圈A的直(zhí)流磁場的磁力線切割線圈B,或者說線圈(quān)B内的磁場從無到有(yǒu)或從小到大發生變化時,它就會産生感應電動勢和感應電流。而且線圈B中的感(gǎn)應電動勢(shì)和感應電流的方向還随磁場方向的變化而變化(huà)。通過大量(liàng)的電磁感應實驗,科學家總結出了恒定磁場(chǎng)與金屬導體線圈相對切割運動時線圈内的感應電動勢為:e=-N*（ΔΦ/Δt）

式中,N代表線圈B共有多少圈(也稱匝)。ΔΦ/Δt是線圈B中(zhōng)的一圈在Δt時間(jiān)内磁通(表示磁(cí)場的強弱)的變化(huà)量ΔΦ。

可見線圈B中的(de)感應電動勢e與(yǔ)線圈A穿越其中間上(shàng)下運動形成的磁通(tōng)變化有關。而且與其運動的速度(dù)也有關,上下運動越快感應電動勢(shì)e越大。線圈繞的圈(quān)數N越多e也越大(dà)。

法拉第定律(lǜ)告訴我(wǒ)們:金屬線圈穿過磁場切割磁力線,或者線圈不動而磁場磁(cí)力線(xiàn)掃過它,都會在金屬線圈(quān)的兩個端頭間(jiān)産生電壓。發電(diàn)機就是根據這個原(yuán)理制造的(de)。

按照發(fā)電(diàn)機的基本結構,磁場固定,金屬(shǔ)線圈繞組做成可旋轉的(de)以便切割磁力線,電壓從(cóng)這個線圈繞組引出(稱為電樞(shū)繞組),這種結構的發電機叫做(zuò)旋轉電樞式發電機。因為電樞是旋轉運動的,電樞繞(rào)組的電(diàn)流要靠(kào)活動接觸的電刷和滑(huá)環引出才能供給負荷。因此輸(shū)出電流和電壓(yā)都不(bú)能太大,一般不超過500V,否則(zé)電刷和(hé)滑(huá)環之間将産生(shēng)很大的火花。這種結構形(xíng)式的發電(diàn)機已很少采用(yòng)。

常(cháng)用的同步發電機的結構形式(shì)是輸(shū)出電壓、電流的繞組(即電樞)是固定(dìng)的(de),而産生(shēng)磁力線的線圈繞組是旋轉的,其(qí)磁場(chǎng)自然也随之旋轉,這(zhè)種叫做旋(xuán)轉磁場式發電機。發(fā)電機轉子部分隻産生直流磁場,而取消了滑環和電刷。定子(zǐ)部分有更多的空間嵌放電樞繞組和絕緣材料,電樞産生的電流可以(yǐ)直接輸(shū)往負荷,其機械強度和絕緣性能都較好,可靠(kào)性也大為提高。所(suǒ)以又稱為無刷同步發電機。

同步發電機的定子(zǐ)部分(1)按照120°的空間位置分布了三(sān)個同(tóng)樣的繞組,這就是定子繞組,發電機的輸出電(diàn)壓由它們通過發電機定(dìng)子繞組(270)引出線接線端子給(gěi)出(chū),所以把它們也稱為電樞(shū)繞組(zǔ)。同步發電機轉子(4)上面安裝着(zhe)轉子繞組,它由同一軸上的勵磁機電樞繞組(zǔ)(100)輸出的交流電,經旋轉整(zhěng)流器(78)整流後的直流電供電(diàn),并形成(chéng)主磁(cí)場。主磁場和電(diàn)樞磁場(chǎng)(共同形(xíng)成一個合成磁場)的磁力(lì)線剛掃入(rù)電樞繞組時,繞組兩端的電壓小,全部掃入時電壓*大,快(kuài)掃過繞組時電壓也小。所以說(shuō),繞組兩端的電壓是交流變化的,稱之為交流電壓(yā)。這樣(yàng),同步發電機就可以産生彼此相差120°的三相交流電壓。如果按順序将這三個電樞繞組編号為(wéi)A、B、C,則它們各自的輸出電壓瞬(shùn)時值可表(biǎo)達成

uA=Umsin(2πf t+0°)

uB=Umsin(2πf t-120°)

uC=Umsin(2πf t+120°)

式中,(1)0°、-120°、+120°叫(jiào)做初(chū)相(xiàng)角,它們是由同步發電機(jī)的結構決定的。

(2) f 是電壓的頻率。它表示單位時間(jiān)内,同步(bù)發電機轉子磁(cí)場的(de)磁力線切割電樞繞組的次數。f的大小實際上是由發電(diàn)機組的柴油發動機的轉速決定的,因為是它(tā)直接帶着發電機轉子一起旋(xuán)轉,轉速越快,則 f 越高。反之亦然, f 越低。對于同一台同步發電機(jī)而言,顯然三個電壓的頻率(lǜ) f 是一樣的。2πf 則是轉(zhuǎn)子磁場的磁力線(xiàn)切割電樞繞組的角頻率,用(yòng)ω表示。從三相電壓的表達式可知:2πf t+φi(φi=0°、-120°、+120°)是正弦量變化的(de)核心,它反(fǎn)映了正弦量随時(shí)間t變化的進(jìn)程。

(3)Um是電壓的*大值。它是由同步發電機的(de)勵磁系統勵磁電(diàn)流的大小決定的(de),同步發電機的轉子磁場是由勵磁(cí)電流流過轉子繞組産生的,電流大則轉子磁場強,磁力線切割電樞繞(rào)組在繞組上産生的感應電動勢就(jiù)大。反之亦然,感應電(diàn)動勢就小。同步發電機(jī)隻有一個勵磁系統,因此三個繞組輸出電壓的*大值(zhí)Um都是一樣的。

根據設計,三個(gè)電樞繞組之間的電壓(稱為線電壓)為380～400V。由于這種同步(bù)發電機在電氣性能(néng)和機械性(xìng)能方面都具有優點,因而被柴油發電機組普遍采用。

3 、 轉子繞組的勵磁 

所謂(wèi)勵磁即是向同(tóng)步發電機轉子繞組提(tí)供直流電,使其(qí)産生直流磁場的過程(chéng)。早期的發電機是采用單獨的(de)勵磁機(jī)給轉子(zǐ)線圈提供直流電,系(xì)統龐大而複雜。随(suí)着技術(shù)的進步,現代同步發電機(jī)都是将發電機與勵磁機組裝在(zài)一起構成一個完整的(de)發電機。

勵(lì)磁機其實就是個小發電機,其工作(zuò)原(yuán)理與同步發電機一樣(yàng)。所不同的是它的(de)定子(zǐ)線圈和轉子線圈所起的作(zuò)用(yòng)與同步發電機——主發電機正好相反;勵磁機定子繞組(90)固定在主發電機定子旁,勵磁(cí)機的定子線圈通以直流電形成直流磁場。而(ér)安裝在主發電機轉子軸上的勵磁機的轉子線(xiàn)圈,勵(lì)磁機電(diàn)樞繞組(100)成為輸出電壓的繞組。勵磁機的轉子與定子内壁之(zhī)間也是保持着較小而均勻的間隙。勵磁機定子線圈的(de)直流(liú)電,是由主發電機定子(zǐ)線(xiàn)圈即電樞的部分輸出電壓經整流後而得到的。它使勵磁機定子線圈(quān)産生(shēng)直流(liú)磁場,且(qiě)該磁場是不動的。工(gōng)作時,與主發電機轉子同軸安裝(zhuāng)的勵磁機轉子(zǐ)線圈在這(zhè)個磁場内(nèi)旋轉、切割(gē)磁力線産(chǎn)生感(gǎn)應電動勢。該電(diàn)勢經同軸安裝在勵磁機電樞(shū)繞組旁邊的旋轉整流器(78)變(biàn)成(chéng)直流(liú)電流,再輸到主發電機的轉子繞組使其産生直流轉子磁場。從而達到了對主發電機轉(zhuǎn)子繞組勵磁的(de)要求。

 4 、輸出電(diàn)壓的調控 

調控(kòng)的目(mù)的就(jiù)是實現在同步發電機額定範圍内的負荷,無論其(qí)性質及大小如何變化(huà)都能穩住輸出電壓。調(diào)控的技術方式随着發電機額(é)定功率的(de)不同、每個(gè)時期技術發展程度的不同,有簡潔及**的許多類型。

但總的理念(niàn)都是:實時從主發電機電樞取(qǔ)得電壓(yā)和電流,經自動電壓調節器整流和負反饋調理後供給勵磁機的定子線圈(quān),使其産生變化規律與主發電機輸出電壓變(biàn)化規律相反的直流(liú)電磁場。這個磁場(chǎng)也必然使勵(lì)磁機(jī)轉子(zǐ)電樞的輸出電壓以及旋轉整流器供給主發電機轉子線圈的直流電流按同樣的規律而變化。從而起到實(shí)時調節主發電機轉子磁場大小,使主發電機在額定負荷範圍内保持良好輸出特性的作用。

對發電機(jī)輸出電壓的調控過程,自動電(diàn)壓調節器起着重要作用。

可見(jiàn),通過勵磁機實時調控(kòng)主發電機轉子繞組磁場的大小,就可以穩住輸出電(diàn)壓。這其中起重要(yào)作用的是具有負反饋功能的自(zì)動電壓調節器。通常也稱其為恒壓勵磁(cí)裝置。

 5 、自動(dòng)電壓(yā)調節器 

在柴油(yóu)發(fā)電機組的額定負荷範圍之(zhī)内,無論負荷是(shì)電阻、電容、電感性或(huò)兼而有(yǒu)之,也無論它們的(de)大小怎樣變化,對(duì)柴油機的主要要求是穩住轉速(通常柴油發動機的額定轉速為每分(fèn)鐘1500轉)。而對同步發(fā)電機的主要要求則是穩住輸出(chū)電壓。為此,一般都采用以**電子裝置為(wéi)核心的自動電壓調控系統。

現代交流同(tóng)步發電機常用自動電壓(yā)調節器(qì)(AVR)這種電(diàn)子部件,調節(jiē)勵磁機定子(zǐ)磁場的強弱。進而達到(dào)穩住輸出電(diàn)壓的目的。雖然AVR的種類很(hěn)多,但性能(néng)大同小異。都是(shì)實(shí)時采樣(yàng)主發電機的輸出電壓(yā)值與預先設定的(de)值相比較,用比較的結果(guǒ)去調節脈沖寬(kuān)度調制(zhì)器(PWM)。輸出電壓值高則調制(zhì)器輸出(chū)脈沖寬度窄,反之則(zé)寬。然後再(zài)用(yòng)這些脈沖去調控大功率半導體(tǐ)開關器件,控制送(sòng)入勵磁機定(dìng)子線圈的電流(liú)的時間(jiān)及大小。從而使它的磁場強弱随着主發電機(jī)輸出電壓的變化而相反變化。即輸出電壓升高則勵磁機定(dìng)子磁場減小,輸出(chū)電壓降低則勵磁機定子磁場增強(qiáng),從而達到負反饋(kuì)調控的目的。

采樣取自主發電機輸出(chū)的部分電壓,從(8)、(9)兩端進入電壓(yā)測量單元。經降壓、分壓、整流濾波後,得到(dào)與發電機輸出(chū)電壓(yā)成正比的直流電壓(yā)。它被R4、R5、PR1分壓後獲得電壓UA,并送(sòng)入脈寬調制器。出廠前或者發電(diàn)機帶載正常工作時,調節RHR外接電壓微調電位器使UA确(què)定一個值作為基準。測量單(dān)元輸出的電壓Uc則送(sòng)入低(dī)頻保護單元。

脈(mò)沖寬度調制器(PWM)的輸出調寬脈沖UB控制調(diào)制管VT3。若由電壓測量單元送來的UA比基準(zhǔn)電壓大,表明(míng)主發電機輸出電壓升高,則大的UA就(jiù)會使脈沖寬度調(diào)制器(qì)輸出的脈沖電壓UB的寬度變(biàn)窄(zhǎi)。窄的脈沖就會使VT3導通時間短,通過(guò)的電流小。反之,主(zhǔ)發電機輸出電壓(yā)降低,UA變小,則脈沖寬度調(diào)制器輸出UB的寬度随之變寬,從而使VT3導通時間變長,通過的電流增多。

勵磁機的定(dìng)子線圈一端接在端子X1上,另一端接在XX1端子上。由主發電機電樞繞(rào)組取(qǔ)樣的XA、XB、Xc三相電壓(一般為36～45V),經過三個二(èr)極管VD10、VD11、VD12整流後,其直(zhí)流電流從X1端流入勵(lì)磁(cí)機的定子線圈,由XX1流出,再經過調制管VT3和XN端(duān)子流回(huí)主發電機電樞(shū)繞組,形成一個勵(lì)磁機定子線圈的勵磁電流通路。VT3是這個通路上的開(kāi)關,它導通時間長,則定子線圈流過的電流大,勵磁機定子磁場強(qiáng)度變大。VT3導通時間短,定子線圈電流少,定子磁(cí)場強(qiáng)度小。

AVR就是(shì)這樣調控(kòng)主發電機的電壓(yā)的。主發(fā)電機由(yóu)于負荷原因輸出電(diàn)壓升高,電壓測量(liàng)單元輸出的UA随着升(shēng)高,受UA控制的脈(mò)寬調制器(qì)輸出脈沖電壓(yā)UB寬度變窄(zhǎi),開關管VT3導通時間短(duǎn),勵磁機定(dìng)子繞組因電流少磁場(chǎng)減弱,勵磁機(jī)轉子(zǐ)電樞電壓(yā)及旋轉整(zhěng)流器輸出電流(liú)随之(zhī)減小，導緻供給主發電機轉子繞組的勵磁電流變小，則主發電機因其轉子磁場的減小而(ér)使輸出電(diàn)壓降低。反之，AVR的負反饋調控功能就會使主發電機的輸出電壓升(shēng)高。

在主(zhǔ)發電機因負荷超出額定值而輸(shū)出極大電流時(shí),柴油發動機也需随(suí)之輸出巨大的動力(lì)導緻其轉(zhuǎn)速低于額定值。低頻保護單元的作用就(jiù)是在這種情況下限制勵磁機定子線圈裡電流的(de)超(chāo)額增大。它以電阻(zǔ)和電容構(gòu)成的充放(fàng)電支路預先設(shè)定一個低頻(pín)保護點,當(dāng)主發電機負(fù)荷正常時(shí),從電壓測量單元來的Uc小于低頻(pín)保護點,則低頻保護單元輸出的電壓UD高,二極管(guǎn)VD8被截止,UD到不了脈寬調制器,起不了作用。若主發電機超載則UD變低,VD8導通,UD和UA就可同(tóng)時作用于(yú)脈寬調制器,使其輸出的UB随UD的下降而變窄,調制管VT3導通時間随之(zhī)變(biàn)短,勵磁電流減小,勵磁機定子磁場變弱。從而導緻主發電機轉子磁(cí)場減小。發電機輸出電壓下降、電流減小。低頻保護單元起(qǐ)到了保護勵磁機(jī)和主發電機的作用。

 6 、同步(bù)發電(diàn)機常用技術參數

理解同步發電機(jī)的技術參數,對管好用好柴(chái)油發電(diàn)機組(zǔ)是十分必要的。常用的參數有：

額定電壓UH——同步(bù)發(fā)電機正常工作時(shí),定子内的三相電樞繞組每組線端(每組的電壓(yā)輸出端)之間的線電壓(yā)。單位是V或kV。一般UH值(zhí)為400V(線電壓)或230V(相電(diàn)壓)。

額定電流IH——帶額定負荷(hé)正常工作時,流過定子繞組的線電流,單位是A或者kA。

額定功率因數cosφH——同步發電機帶額定負荷正常工作(zuò)時,其(qí)每相定子繞組内的電壓與電流之間(jiān)相角差(chà)φH的餘弦函數值。一般這個值是根據(jù)電(diàn)力系統的需(xū)要情況設計而定的。通常為0.8(滞後(hòu))。

額(é)定容(róng)量SH——在額定(dìng)負荷及額(é)定功率因數情況下正常運行時,同步發電機輸出的視在功率。單(dān)位是kVA。有時也用有(yǒu)功功率PH表示,其單位為kW。兩者之間的關系是PH=SHcosφH。額定容量是(shì)同步發電機的重要參數之一,它(tā)表明該機的發電能力。

額定頻率fH——額定運行時,同步(bù)發電機輸出電壓每秒鐘内(nèi)交變的次數(shù)。單位是Hz。我國制(zhì)定的工業頻率為(wéi)50Hz。

效率η——同步發電機(jī)輸出的有功功率與輸入的有功功率(柴油發動機對它做的有功功率)的比(bǐ)值。它是表征同(tóng)步發電機運行經濟性的重要參數,越高(gāo)越好。

蘭州(zhōu)玉柴电机有限公司組，請認準蘭州玉柴电机有限公司，如果(guǒ)您有需要，我們将以專業的角度給出您(nín)合理的建議，**産品質優價良。歡迎撥(bō)打我公司範經理(lǐ)電話18294441612、17794248953進行咨詢。