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發電機(俗稱(cheng)電球)是将機械(xiè)能轉變成交流(liú)電能的機器,是(shì)柴油🏃♂️發🧡電機組(zu)的電能産生和(hé)輸出的機器。
1、 發電機(jī)的基本結構
19世(shi)紀英國科學家(jiā)法拉第通過實(shí)驗發現了電磁(cí)感應現象;導體(tǐ)與磁場的磁力(lì)線相對切割運(yun)動時,導體中會(huì)感應出🐆電動勢(shì)。如果将這根導(dǎo)體的兩端連接(jie)起來⛱️,則在這個(gè)閉合導體與磁(ci)場相對切割運(yun)動時,導體中🈚就(jiu)會産生感應電(dian)流。
式中,N代表線(xian)圈B共有多少圈(quān)(也稱匝)。ΔΦ/Δt是線圈(quan)B中的一圈在🏃Δt時(shí)🈲間内磁㊙️通(表示(shì)磁場的強弱)的(de)變化量ΔΦ。
法(fǎ)拉第定律告訴(sù)我們:金屬線圈(quān)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(xian)圈的兩個端頭(tóu)間産生電壓。發(fā)🔞電機就是根據(jù)這個原理制造(zao)的。
常用的同步(bu)發電機的結構(gòu)形式是輸出電(diàn)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(zǔ)是旋轉的,其磁(cí)🏒場自然也随之(zhi)旋轉,這種叫做(zuò)旋轉磁場式發(fa)電機。發電機轉(zhuǎn)子部分隻産生(sheng)直流磁場,而取(qǔ)消了滑環和電(diàn)刷。定子部分有(yǒu)更多的空間嵌(qian)放電樞繞組和(hé)絕緣材料,電樞(shū)産生的電流可(kě)以直接輸👨❤️👨往負(fù)荷,其機械強度(dù)和絕緣性能都(dōu)較好,可靠性也(yě)㊙️大為提高。所📐以(yǐ)又稱為無刷同(tong)步發電機。
同步(bu)發電機的定子(zi)部分(1)按照120°的空(kōng)間位置分布了(le)三個同樣的繞(rao)組,這就是定子(zi)繞組,發電機的(de)輸出電壓由它(ta)們通過發電機(jī)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(rao)組。同步發電機(ji)轉子(4)上面安♈裝(zhuāng)着轉子繞組,它(tā)由同一軸上的(de)勵磁機電🐉樞繞(rào)組(100)輸🚶出的交流(liu)📱電,經旋轉整流(liú)器(78)整流後的直(zhí)流電供電,并形(xing)成主磁場。主磁(ci)場🐆和電樞磁場(chang)(共同形成一個(ge)合成磁場)的磁(ci)力線⭕剛掃入電(dian)樞繞組時,繞組(zǔ)兩端的電壓小(xiǎo),全部掃入時電(diàn)壓*大,快掃過繞(rào)組時電壓也小(xiao)。所以說,繞組兩(liang)端的電壓是交(jiāo)流變化的,稱之(zhi)為交流電壓。這(zhe)樣,同步發電機(jī)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(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(yā)的頻率。它表示(shì)單位時間内,同(tong)步發電機轉⭕子(zi)📧磁場的磁力線(xiàn)切割電樞繞組(zǔ)的次數。f的大小(xiao)實📧際上是由發(fā)電♉機組的柴油(you)發動機的轉速(sù)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(kuai),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(sān)個電壓的頻率(lü) f 是一樣的。2πf 則是(shi)轉子磁場的磁(ci)力線切割電樞(shū)繞組的🔱角頻率(lü),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(liang)變化的核心,它(tā)反映👣了正弦量(liang)随時間t變化的(de)進程。
根據(jù)設計,三個電樞(shū)繞組之間的電(diàn)壓(稱為線電壓(yā))為380～400V。由于這種🤩同(tong)步發電💚機在電(diàn)氣性能和機械(xie)性能方面都具(ju)有優點,因而被(bèi)柴油🧑🏽🤝🧑🏻發電機組(zǔ)普遍采用。
3 、 轉子(zi)繞組的勵磁
所(suǒ)謂勵磁即是向(xiang)同步發電機轉(zhuan)子繞組提供直(zhi)流電,使其産生(shēng)直流磁場的過(guò)程。早期的發電(dian)機是采用單獨(dú)的勵👨❤️👨磁🔞機給轉(zhuan)子線圈提供直(zhi)流電,系統龐大(dà)而複雜。随🔴着技(ji)術的進步,現代(dai)同步發電機都(dou)是将發電機📞與(yǔ)勵磁機組裝在(zài)一起構成一個(ge)完整的發電機(jī)。
勵磁機其實就(jiù)是個小發電機(ji),其工作原理與(yǔ)同步發電機一(yī)樣。所不同的是(shi)它的定子線💛圈(quan)和轉子線圈所(suo)起的作用與同(tong)步發電機——主發(fā)電機正好相反(fan);勵磁機定子繞(rao)組(90)固定在主發(fā)🧑🏾🤝🧑🏼電機定子旁,勵(li)磁機的定子線(xiàn)圈通以直流電(diàn)形成直流磁場(chang)。而安裝在主發(fā)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(wéi)輸出電壓的繞(rào)組。勵磁機的轉(zhuan)㊙️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(jī)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(fen)輸出電壓經整(zhěng)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(gong)作時,與主發電(dian)機轉子同軸安(an)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(shēng)感應電動勢。該(gāi)電勢經同軸安(an)裝在勵磁機電(diàn)樞繞組旁邊的(de)旋轉整流器(78)變(bian)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(diàn)🐆機轉子🏃♂️繞組勵(lì)磁的要求。
4 、輸出(chu)電壓的調控
調(diao)控的目的就是(shi)實現在同步發(fa)電機額定範圍(wéi)内的負荷,無論(lùn)其性質及大小(xiao)如何變化都能(neng)穩住輸出電壓(yā)。調控的技術方(fāng)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(ji)**的許多類型。
但(dan)總的理念都是(shi):實時從主發電(dian)機電樞取得電(diàn)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(lì)磁機的定子線(xian)👣圈,使🙇♀️其産生變(biàn)化規律與主發(fā)電機輸出電壓(yā)變化規律相反(fan)的直流電磁場(chǎng)。這個磁場也必(bi)然使🏒勵磁機轉(zhuan)子電樞的輸出(chū)電壓以及旋轉(zhuǎn)整流器供給主(zhu)發電機轉子線(xian)圈的直流電流(liú)按同樣的規律(lǜ)而變化。從而🌈起(qi)到實時調節主(zhǔ)發電機轉子磁(cí)🏃🏻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(xing)的作用。
對發電(diàn)機輸出電壓的(de)調控過程,自動(dong)電壓調節器起(qǐ)着重要作用。
可(ke)見,通過勵磁機(jī)實時調控主發(fā)電機轉子繞組(zu)磁場的💚大🐅小,就(jiu)可以穩住輸出(chū)電壓。這其中起(qǐ)重要作用的🙇♀️是(shì)具有負反饋功(gong)能的自👌動電壓(yā)調節器。通常也(yě)稱其為恒壓勵(li)磁裝置。
5 、自動電(diàn)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(you)之,也無論它們(men)的大小怎樣變(biàn)化,對柴油機的(de)主要要求是穩(wen)👄住轉速(通常柴(chai)油發動機的額(e)定轉速為每分(fèn)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(cǐ),一般都采用以(yǐ)**電子裝置為核(hé)心的自動電壓(yā)調控系統。
采樣取(qu)自主發電機輸(shu)出的部分電壓(yā),從(8)、(9)兩端進入電(dian)壓測量單元。經(jing)降壓、分壓、整流(liu)濾波後,得到♈與(yǔ)發電機輸出電(diàn)壓成正比的直(zhí)流電壓。它被R4、R5、PR1分(fèn)壓後獲得電壓(yā)💁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(diào)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(yuán)㊙️輸出的電🈚壓Uc則(ze)送入低頻保護(hù)單元💜。
脈沖寬度(dù)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(diàn)壓大,表明主發(fa)電機輸出電壓(ya)升高,則大的UA就(jiù)會使脈沖寬度(du)調制器輸出的(de)脈沖電💃壓UB的寬(kuan)度變窄。窄的脈(mo)沖就會使VT3導通(tōng)時間短,通過的(de)電流小。反之,主(zhu)發電機輸出⁉️電(dian)壓降低,UA變小,則(ze)脈沖寬度調制(zhi)器輸出UB的寬度(du)随之變寬🍉,從而(ér)使VT3導通時間變(bian)長,通過🙇♀️的電流(liú)增多。
X1上,另(ling)一端接在XX1端子(zǐ)上。由主發電機(ji)電樞繞組取樣(yàng)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(hou),其直流電流從(cóng)X1端流👅入勵磁機(jī)的定子線圈,由(you)XX1流出,再經過調(diao)制管VT3和XN端子流(liú)回主發電機電(dian)樞繞組,形成一(yī)個勵磁機定子(zi)線圈的勵磁電(diàn)流通路。VT3是這個(gè)通路上的開關(guān),它導通時間長(zhang)🔅,則定子線圈流(liu)過的電流大,勵(lì)磁機定子磁場(chǎng)強度變大。VT3導通(tong)時間短,定子線(xiàn)圈電流少,定子(zǐ)磁場強度小。
AVR就是這(zhe)樣調控主發電(dian)機的電壓的。主(zhu)發電機由于負(fù)荷原因輸出電(diàn)壓升高,電壓測(cè)量單元輸出的(de)UA随着升高,受🚩UA控(kong)制的脈寬調制(zhi)器輸出脈沖電(diàn)壓UB寬度變窄,開(kai)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(diàn)壓及旋轉整流(liú)器🏃🏻輸出電流随(sui)之減小，導緻供(gong)給主發電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁(ci)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(yā)✨降低。反之，AVR的負(fù)反饋調控功能(néng)就會使主發電(dian)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(chu)極大電流時,柴(chai)油發動機也需(xū)随之輸出巨大(da)的動力導緻其(qi)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(xia)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(dian)支路預先設定(ding)一個低頻保護(hù)點,當主發電機(ji)負荷正常時,從(cong)電壓測量單元(yuan)來的🌈Uc小于低頻(pin)保護點,則低頻(pín)㊙️保護單元輸出(chū)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(qì),使其輸出的UB随(suí)❗UD的下降而變窄(zhǎi),調制管VT3導通時(shí)間随之變短,勵(li)磁電流減小,勵(li)磁機定子磁場(chang)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(xia)降、電流減小。低(di)頻保護單元起(qi)到了保護勵磁(ci)機和主發電機(jī)的作用。
6 、同步發(fa)電機常用技術(shu)參數
,對管好用(yong)好柴油發電機(ji)組是十分必要(yào)的。常用的參數(shu)有：
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(fa)電機帶額定負(fù)荷正常工作時(shi),其每相定子🙇🏻繞(rao)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(kuàng)設計而定的。通(tōng)🔆常為0.8(滞後)。
額定(dìng)容量SH——在額定負(fù)荷及額定功率(lü)因數情況下正(zheng)常運行時,同步(bù)發電機輸出的(de)視在功率。單位(wei)是kVA。有時也用有(you)功功率PH表示,其(qí)單位🏃🏻♂️為kW。兩者之(zhi)間的關系是PH=SHcosφH。額(e)定容量是同步(bu)發電機的重❗要(yào)參數之一,它表(biao)明該機的🌈發電(diàn)能力。
效率η——同步發電(dian)機輸出的有功(gong)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(zhong)要參數,越高越(yuè)好。
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