發電機(俗稱(chēng)電球)是将機械(xiè)能轉變成交流(liu)電能的機器,是(shi)柴油發電機組(zǔ)的電能産生和(hé)輸出的機器。

 1、 發電機(ji)的基本結構

19世(shi)紀英國科學家(jiā)法拉第通過實(shi)驗發現了電磁(ci)感🔞應現象🤟;導🙇🏻體(tǐ)與磁場的磁力(lì)線相對切割運(yùn)動時,導🐉體中會(huì)感✍️應出電動勢(shi)。如果将這根導(dǎo)體的兩端連接(jiē)起來🚶‍♀️,則在這✍️個(ge)閉合導體與磁(cí)場相對切割運(yun)動時,導體中就(jiu)會産生🥰感應電(diàn)流。

原線圈A通以(yǐ)直流電,則線圈(quān)因有電流流過(guò)而産生直流磁(ci)場。在副線圈🙇‍♀️B的(de)兩端接上電流(liu)表G。當線圈A穿越(yue)線圈B的中間向(xiang)下運🏃🏻‍♂️動時,電流(liu)表G的指針會随(sui)之從中心點擺(bǎi)向一邊。向上運(yun)動時,電流㊙️表G的(de)指針會随之擺(bǎi)向另一邊。這就(jiù)是說:由線圈A的(de)直流磁場的磁(cí)力線📱切割線圈(quan)B,或者說線圈B内(nèi)㊙️的磁場從無到(dào)有或從小🌈到大(da)發生變化時,它(tā)就會産生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。而且線圈(quan)B中的感應電動(dòng)勢和感應電流(liú)的方📞向還随磁(cí)場方向的變化(hua)而變化。通過大(dà)量的電磁感應(yīng)實驗,科學家總(zong)結出了恒🥰定磁(cí)場與金屬導體(ti)線圈相對切割(ge)運動時線圈内(nèi)的感應電⭐動勢(shi)為:e=-N*（ΔΦ/Δt）

式中,N代表線(xian)圈B共有多少圈(quān)(也稱匝)。ΔΦ/Δt是線圈(quān)B中的一圈在🐪Δt時(shí)間㊙️内磁通(表示(shi)磁場的強弱)的(de)變化量ΔΦ。

可見線(xiàn)圈B中的感應電(diàn)動勢e與線圈A穿(chuan)越其中間上下(xià)運動形成的磁(cí)🔞通🌈變化有關。而(er)且與其運動的(de)速度也有關,上(shàng)下運動🌂越快感(gan)應🏒電動勢e越大(dà)。線圈繞的圈數(shu)N越多e也越大。

法(fǎ)拉第定律告訴(su)我們:金屬線圈(quan)穿過磁場切割(gē)磁力線,或者線(xiàn)圈不動而🚶磁場(chang)磁👨‍❤️‍👨力線掃過它(ta),都會在金屬線(xiàn)圈的兩個端頭(tou)❤️間産生電壓。發(fā)電機🔴就是根據(ju)這個原理制造(zao)的。

按照發電機(jī)的基本結構,磁(ci)場固定,金屬線(xian)圈繞組做成可(ke)旋轉的以便切(qie)割磁力線,電壓(ya)從這個線圈繞(rao)組引出(稱為電(diàn)樞繞組),這種結(jié)構的發電機叫(jiao)做旋轉電樞式(shì)發電機。因為電(diàn)樞是旋轉運動(dong)的,電樞繞組的(de)電流要靠活動(dong)接觸的電刷和(hé)滑環引出才能(neng)供給負荷。因此(cǐ)輸出電❗流和電(diàn)壓都不能太大(da),一般不超過500V,否(fǒu)🤩則電刷和滑⛹🏻‍♀️環(huan)之間将産生很(hen)大的火花。這種(zhong)結構形式的發(fa)電機已很少采(cai)用。

常用的同步(bu)發電機的結構(gou)形式是輸出電(dian)壓、電流的繞組(zǔ)(即電樞)是固定(dìng)的,而産生磁力(lì)線的線圈繞組(zu)是旋轉的,其磁(ci)場自然也随之(zhi)旋轉,這種叫做(zuo)旋轉磁場❌式發(fa)電機🌈。發電機轉(zhuan)子部分隻産生(shēng)直流磁場,而取(qǔ)消了滑環和電(dian)🔅刷。定子🤞部分有(you)更多的空間嵌(qian)放電樞繞組和(hé)絕緣材料❌,電樞(shu)産生的電流可(kě)以直接輸🈲往負(fù)荷,其機械強度(du)和絕緣性能都(dou)較♍好,可靠性也(ye)大為提高。所🚩以(yǐ)又稱為無刷同(tong)步發電機。

同步(bù)發電機的定子(zǐ)部分(1)按照120°的空(kong)間位置分布了(le)三個同樣的繞(rao)組,這就是定子(zǐ)🈲繞👨‍❤️‍👨組,發電機的(de)輸出電壓由它(tā)們通過發電機(ji)🐆定子繞組(270)引出(chu)線接線端子給(gěi)出,所以把它們(men)也稱為電樞💰繞(rào)組。同步發電機(ji)轉子(4)上面安裝(zhuang)着轉子繞組,它(ta)由同一軸上的(de)🍉勵磁機電🛀樞繞(rao)組(100)輸💯出的交流(liú)電,經旋轉整流(liu)器(78)整流後的直(zhi)流電供電,并形(xing)成主磁場。主磁(cí)場和電樞磁場(chǎng)(共同形成一個(gè)合成磁場)的磁(cí)力線剛掃入✍️電(diàn)樞繞組時,繞組(zǔ)兩端的電壓小(xiao),全部掃入時電(diàn)壓*大,快掃過繞(rào)組時電壓也小(xiǎo)。所以說,繞組兩(liǎng)端的電壓是交(jiāo)流變化的,稱之(zhī)為交流電壓。這(zhè)樣,同步發電機(ji)就可🔞以産生彼(bi)此相🏃🏻‍♂️差120°的三相(xiang)交流電壓。如💚果(guo)按順序将這三(sān)個電樞繞組編(bian)号為⭐A、B、C,則它💃們各(ge)自的輸出電壓(yā)瞬時值可表達(dá)成

uA=Umsin(2πf t+0°)

uB=Umsin(2πf t-120°)

uC=Umsin(2πf t+120°)

式中,(1)0°、-120°、+120°叫做初(chū)相角,它們是由(you)同步發電機的(de)結構決定的。

(2) f 是電壓(ya)的頻率。它表示(shi)單位時間内,同(tong)步發電機轉子(zi)磁場😄的磁✔️力線(xian)切割電樞繞組(zu)的次數。f的大小(xiao)實際上🔞是由發(fā)電❗機組✏️的柴油(yóu)發動機的轉速(su)決定的,因為是(shi)它直接帶着發(fā)電機轉子一起(qǐ)旋轉,轉速越快(kuài),則 f 越高。反之亦(yì)然☎️, f 越低。對于同(tóng)一台同步發電(dian)機而言,顯然三(san)個電壓的頻🙇‍♀️率(lǜ) f 是一樣的。2πf 則是(shi)轉子磁場的磁(cí)力線切割電樞(shu)繞組的角頻率(lǜ),用ω表示。從三相(xiang)電壓的表達式(shì)可知:2πf t+φi(φi=0°、-120°、+120°)是正弦量(liàng)變化的核心,它(tā)反映了正弦量(liàng)随時間t變化的(de)進程。

(3)Um是電壓的(de)*大值。它是由同(tong)步發電機的勵(li)磁系統勵磁電(dian)流的大🔴小決定(dìng)的,同步發電機(ji)的轉子磁場是(shi)💞由勵🤞磁電流流(liú)過轉子繞組産(chan)生的,電流大則(zé)轉子👈磁場強,磁(ci)力線切割電💋樞(shu)繞組在繞組上(shàng)産生的感應電(dian)動勢就大。反之(zhī)🚩亦然,感應🧡電動(dong)勢就小。同步發(fā)電機隻有一個(ge)勵磁系統⛹🏻‍♀️,因此(cǐ)三個繞組輸出(chū)電壓🤟的*大值Um都(dou)是✨一樣的。

根據(jù)設計,三個電樞(shu)繞組之間的電(dian)壓(稱為線電壓(ya))為380～400V。由于這種同(tóng)步🐇發電機在電(diàn)氣性能和機械(xie)性能方面都具(jù)有優點,因而被(bèi)⁉️柴油發電機組(zu)普遍采用。

3 、 轉子(zi)繞組的勵磁 

所(suo)謂勵磁即是向(xiang)同步發電機轉(zhuan)子繞組提供直(zhí)流電,使其産生(sheng)直流磁場的過(guo)程。早期的發電(diàn)機是采用單獨(dú)🈚的勵磁機給轉(zhuǎn)子線圈提供直(zhí)流電,系統龐大(da)而複雜。随着技(ji)術的進步,現代(dài)同步發電機都(dou)是将發電機與(yǔ)勵磁☀️機組裝在(zai)一起構成一個(ge)完整的發電機(ji)。

勵磁機其實就(jiù)是個小發電機(jī),其工作原理與(yu)同步發電機一(yi)樣。所不同的是(shi)它的定子線圈(quān)和轉子線圈所(suo)起的作用與同(tóng)步發電機——主發(fā)電機正好相反(fǎn);勵磁機定子繞(rao)組(90)固定在主發(fa)電機定子旁,勵(lì)磁機的定子線(xiàn)圈通以直流電(diàn)形成直流磁場(chǎng)。而安裝在主發(fa)電機轉子軸上(shàng)的勵磁機的轉(zhuan)子線圈,勵磁機(jī)電樞繞組(100)成為(wei)輸出電壓的繞(rao)組。勵磁機的轉(zhuǎn)子與定子内壁(bì)之間也是保持(chi)着較小而均勻(yun)的間隙☁️。勵磁機(ji)定子線圈的直(zhí)流電,是由主發(fa)電機定子線圈(quān)✍️即電樞的部分(fèn)輸出電壓經整(zheng)流後而得到的(de)。它使勵磁機定(ding)子線圈産生直(zhi)流磁💰場,且該磁(cí)場是不動的。工(gōng)作時,與主發電(diàn)機轉子同軸安(ān)裝的勵磁機轉(zhuǎn)子線🌈圈🐉在這個(ge)磁場内旋轉、切(qiē)割磁力線産生(sheng)感應電動勢。該(gai)電勢經同軸安(ān)裝在勵磁機電(diàn)🛀樞繞組旁邊的(de)旋轉整🌈流器(78)變(biàn)成直流電流,再(zai)輸到主發💁電機(jī)的轉子繞組使(shǐ)其産生直流轉(zhuǎn)子磁場。從而達(dá)到了對主發電(dian)機轉子繞組勵(lì)磁的要求。

 4 、輸出(chu)電壓的調控 

調(diào)控的目的就是(shì)實現在同步發(fā)電機額定範圍(wéi)内‼️的負荷,無論(lun)其性質及大小(xiǎo)如何變化都能(néng)穩住輸出電壓(yā)❌。調控的技術方(fang)式随着發電機(jī)額定功率的不(bu)同、每個時期技(jì)♉術發展程度的(de)不同,有簡潔及(jí)**的許多類型。

但(dàn)總的理念都是(shi):實時從主發電(diàn)機電樞取得電(dian)壓和電流,經自(zì)動電壓調節器(qi)整流和負反饋(kui)調理後供給勵(li)磁機的定子線(xiàn)圈,使🙇🏻其産生變(biàn)化規㊙️律與主發(fa)電機輸出電壓(yā)變化規律相反(fǎn)的直流電磁場(chang)✌️。這個磁場也必(bi)然使勵磁機轉(zhuǎn)子電樞的輸出(chū)電壓以及旋轉(zhuǎn)整流器供給主(zhǔ)發電機轉子線(xian)圈的直流電流(liú)按♉同樣的規律(lü)而變化。從而起(qi)到實時調節主(zhu)發電機轉子磁(ci)場大小,使主發(fā)電機在額定負(fù)荷範圍内保持(chi)良好輸出🚩特性(xìng)的作用。

對發電(diàn)機輸出電壓的(de)調控過程,自動(dòng)電壓調節器起(qi)着重要作用。

可(kě)見,通過勵磁機(ji)實時調控主發(fa)電機轉子繞組(zǔ)磁場的大小,就(jiù)🌈可以穩住輸出(chu)電壓。這其中起(qi)重要作用的✨是(shi)具有負反饋功(gong)能的自動電壓(ya)調節器。通常也(yě)稱其為恒壓勵(li)磁裝置。

 5 、自動電(dian)壓調節器 

在柴(chai)油發電機組的(de)額定負荷範圍(wéi)之内,無論負荷(hé)是電阻、電容、電(diàn)感性或兼而有(yǒu)之,也無論它們(men)的大小怎樣變(bian)化,對柴油機的(de)主要要求是穩(wen)住轉速(通常柴(chái)油發動機的額(é)定轉速為每分(fen)鐘1500轉)。而對同🆚步(bù)發電機的主要(yào)要求🏒則是穩住(zhù)輸出電壓。為此(ci),一般都采用以(yǐ)🏒**電子裝置為核(he)心的自動電壓(yā)🌈調控系統。

現代(dai)交流同步發電(diàn)機常用自動電(diàn)壓調節器(AVR)這種(zhǒng)電子部件,調節(jie)勵磁機定子磁(cí)場的強弱。進而(er)達到穩📧住輸出(chu)電壓的目的。雖(suī)然AVR的種類很多(duo),但性能大💃同小(xiao)異。都🚶‍♀️是實時采(cai)樣主發電機的(de)輸出電壓值與(yu)預先設定的值(zhi)相比較,用比較(jiào)的結果去調節(jiē)脈沖寬度調制(zhi)器(PWM)。輸出電壓值(zhi)高則調制器輸(shu)出脈沖寬度窄(zhai),反之則寬。然後(hou)再用這些脈沖(chong)去調控大功率(lü)半導體開關器(qì)件,控制送入勵(lì)磁機定子☂️線圈(quān)的電流的時間(jiān)及大小。從而使(shǐ)它的㊙️磁場強弱(ruo)随着主發電機(ji)輸出電壓✂️的變(bian)化而相反變化(hua)。即輸出電壓升(sheng)高則勵磁機定(dìng)子磁場減小,輸(shū)出電壓降低則(ze)☁️勵磁機定子磁(ci)場增強,從而達(dá)到負反饋調控(kòng)的目的。

采樣取(qu)自主發電機輸(shu)出的部分電壓(ya),從(8)、(9)兩端進入電(diàn)壓測量單元。經(jīng)降壓、分壓、整流(liú)濾波後,得到⚽與(yǔ)發電機輸出電(dian)壓成正比的直(zhi)流電壓。它被R4、R5、PR1分(fen)壓後獲得電壓(ya)UA,并送入脈寬調(diao)制器。出廠前或(huo)者發電機帶載(zai)正常工作時,調(diao)節RHR外接電壓微(wēi)調電🏃‍♀️位器使UA确(què)定一個值作為(wei)基準。測量單元(yuan)輸出的電⭐壓Uc則(ze)送入低頻保護(hù)單元。

脈沖寬度(du)調制器(PWM)的輸出(chu)調寬脈沖UB控制(zhi)調制管VT3。若由電(dian)壓測量單元送(sòng)來的UA比基準電(dian)壓大,表明主發(fa)電機輸出電壓(ya)升高,則大的UA就(jiu)會‼️使脈沖寬度(dù)調制器輸出的(de)脈沖電🐉壓UB的寬(kuān)🍓度變窄。窄的脈(mò)沖就會使VT3導通(tōng)時間短,通過的(de)電流小。反之,主(zhǔ)發電機輸出電(diàn)壓降低,UA變小,則(ze)脈☂️沖寬度調制(zhi)器輸出UB的寬度(dù)随之變寬,從而(ér)使VT3導通時間變(biàn)長,通過💯的電流(liú)增多。

勵磁機的(de)定子線圈一端(duān)接在端子X1上,另(ling)一端接在XX1端子(zi)上。由主發電機(jī)電樞繞組取樣(yang)的XA、XB、Xc三相電壓🐕(一(yī)般為36～45V),經過三個(ge)二極管VD10、VD11、VD12整流後(hòu),其直🏒流電流從(cong)X1端流入勵磁機(ji)的定子線圈,由(yóu)XX1流出,再經過調(diào)制管VT3和XN端♌子流(liu)回主發電機電(diàn)樞繞組,形成一(yī)個勵磁機定子(zǐ)線圈💁的勵磁電(diàn)流通路。VT3是這個(ge)通路📐上的開關(guān),它導通時間長(zhǎng),則定子線圈流(liú)過的電流💜大,勵(li)磁機定子磁場(chang)強度變大🆚。VT3導通(tong)時間短,定⚽子線(xian)圈電流少,定子(zi)磁場強度🔴小。

AVR就是這(zhe)樣調控主發電(diàn)機的電壓的。主(zhu)發電機由于負(fù)荷原☔因輸出電(dian)壓升高,電壓測(ce)量單元輸出的(de)UA随着升💃🏻高,受⚽UA控(kong)制的脈寬調💘制(zhì)器輸出脈沖電(diàn)壓UB寬度變窄,開(kāi)關管VT3導🌐通時間(jian)短,勵磁機定子(zǐ)繞組因電流少(shao)磁場減弱,勵磁(cí)機轉子電樞電(dian)壓及旋轉整流(liu)器輸出電流随(sui)🌐之減小，導緻供(gòng)給主發電機轉(zhuan)子繞組⚽的勵磁(cí)電流變小，則主(zhǔ)發電機🌂因其轉(zhuan)子磁場的減小(xiao)而使輸出電壓(ya)降低。反🥰之，AVR的負(fù)反饋調控功能(neng)就會使主發電(diàn)機的輸出電壓(ya)升高。

在主發電(dian)機因負荷超出(chu)額定值而輸出(chū)極大電流時,柴(chai)油發動機也需(xū)随之輸出巨大(dà)的動力導緻其(qí)轉💯速低于🐪額🏃‍♀️定(ding)值。低頻保護單(dan)元的作用就是(shì)在這種情況下(xià)限制勵磁機定(ding)子線圈裡電流(liú)的超額增大。它(ta)以電阻和電容(rong)構成的充放電(diàn)支路預先設定(ding)一個低頻保護(hu)點,當主發電機(ji)負荷正常時,從(cong)電壓測🈚量單元(yuán)來的Uc小于低頻(pin)保護點,則低頻(pín)保護單元輸出(chu)的電壓UD高,二極(jí)管VD8被截止,UD到不(bu)了脈寬調制器(qi),起不了作用。若(ruò)主發電機超載(zai)則UD變低🔱,VD8導通,UD和(hé)UA就可同時⭕作用(yòng)于脈寬調制🐪器(qi),使其輸出的UB随(sui)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻UD的下降而變窄(zhai),調制管VT3導通時(shí)間随之變短,勵(lì)磁電流減小,勵(li)磁機定子磁場(chǎng)變弱㊙️。從而導緻(zhì)主發電機轉子(zi)磁場減小。發電(diàn)機輸出電壓下(xià)降🚶‍♀️、電流減小。低(di)頻保護單元🐅起(qǐ)到了保護勵磁(cí)機和主🔱發電機(jī)的作用。

 6 、同步發(fā)電機常用技術(shu)參數

理解同步(bu)發電機的技術(shu)參數,對管好用(yòng)好柴油發電機(jī)組是十分必要(yao)的。常用的參數(shu)有：

額定電壓UH——同(tóng)步發電機正常(cháng)工作時,定子内(nèi)的三相電樞繞(rào)組每組線端(每(mei)組的電壓輸出(chu)端)之間的線電(diàn)壓。單位是V或kV。一(yī)般UH值為400V(線電🏒壓(yā))或❤️230V(相電壓)。

額定(ding)電流IH——帶額定負(fu)荷正常工作時(shi),流過定子繞組(zu)的線電流🏃‍♀️,單位(wèi)🚶‍♀️是A或🌈者kA。

額定功(gōng)率因數cosφH——同步發(fā)電機帶額定負(fù)荷正常工作時(shi),其每相定子繞(rào)組⛹🏻‍♀️内的♻️電壓與(yǔ)電流之間相角(jiao)差φH的餘弦函數(shù)值。一般這個值(zhí)是根據電力系(xi)統的需要情況(kuang)設計而定的。通(tong)常為0.8(滞後)。

額定(dìng)容量SH——在額定負(fu)荷及額定功率(lǜ)因數情況下正(zhèng)常運行時,同步(bu)🏃🏻‍♂️發電機輸出的(de)視在功率。單位(wèi)是kVA。有時也用有(you)功功🙇‍♀️率PH表☀️示,其(qí)單位為kW。兩✍️者之(zhī)間的關系是PH=SHcosφH。額(é)定容量是同步(bu)發電機的重🏒要(yao)參數之一,它表(biǎo)明該機的發電(diàn)能力。

額定頻率(lǜ)fH——額定運行時,同(tóng)步發電機輸出(chū)電壓每秒鐘内(nèi)交變的🛀次💜數。單(dān)位是Hz。我國制定(ding)的工業頻率為(wéi)50Hz。

效率η——同步發電(diàn)機輸出的有功(gōng)功率與輸入的(de)有功功率(柴🐆油(you)發動機☔對它做(zuò)的有功功率)的(de)比值。它是表征(zhēng)同步發電機運(yùn)🌍行經🈲濟性的重(zhòng)要參數,越高越(yuè)好。

甘(gan)肅潮州晶安矿山机械集团(AI智能站)組，請認準甘(gān)肅潮州晶安矿山机械集团(AI智能站)，如果您有需(xū)要，我們将以專(zhuān)業的角度😄給出(chu)您合理的建議(yì)，**産品質優價良(liáng)。歡迎撥打我⁉️公(gōng)司🌍範經理電話(hua)18294441612、17794248953進行咨詢。