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發電機(俗稱電(dian)球)是将機械能轉(zhuan)變成交流電能的(de)機器,是💁柴油發電(diàn)機組的電能産生(shēng)和輸出的機器
1、 發電機的基本(ben)結構
19世紀英國科(ke)學家法拉第通過(guò)實驗發現了電磁(ci)感☔應現象;導🐕體與(yu)磁場的磁力線相(xiang)對切割運動時,導(dǎo)體中會感✏️應出電(diàn)動勢。如果将這根(gen)導體的兩端連接(jie)起來,則在這個閉(bi)合導體與磁場相(xiàng)對切割運動時,導(dǎo)體中✊就會産生感(gǎn)應電流🧡。
原線圈A通(tōng)以直流電,則線圈(quān)因有電流流過而(er)産生直流磁場。在(zài)副線圈B的兩端接(jie)上電流表G。當線圈(quān)A穿越線圈🍓B的中間(jian)向下運動時,電流(liu)表G的指針會随之(zhī)從中心點擺向一(yi)邊。向上運動❤️時,電(dian)流表G的指針會随(suí)之擺向另一邊。這(zhè)就是說:由線圈A的(de)直流磁場的磁力(lì)線💃切割線圈B,或者(zhě)說線圈B内的磁場(chang)從無到有或從小(xiǎo)到大發生變化🐪時(shi),它就會産生感應(ying)電動勢和感應☔電(diàn)流。而且線圈B中的(de)感應⭕電動勢和感(gan)應電流的方向💚還(hái)随磁場方向的變(bian)化而變化。通過大(dà)量的電磁感應實(shí)驗,科學家總結出(chū)了恒定磁場與金(jin)屬導體線圈相對(dui)切割運動時線🐕圈(quan)内的感應電動勢(shì)為:e=-N*（ΔΦ/Δt）
B中的感應電動(dòng)勢e與線圈A穿越其(qí)中間上下運動形(xíng)成👣的磁通變化有(you)關。而且與其運動(dòng)的速度也有關,上(shang)下運動🤩越快感應(yīng)電動勢e越大。線圈(quan)繞的圈數N越多e也(yě)越大。
法拉第定律(lü)告訴我們:金屬線(xian)圈穿過磁場切割(gē)磁力線,或者線圈(quān)不動而磁場♻️磁🈲力(li)線🌈掃過它,都會在(zài)金屬線圈的兩個(gè)端頭間産生電壓(ya)。發電機就是根據(ju)這個原理制造的(de)。
,磁場固定(ding),金屬線圈繞組做(zuò)成可旋轉的以便(bian)切割磁力線,電壓(ya)從這個線圈繞組(zǔ)引出(稱為電樞繞(rao)組),這種結構的發(fā)電機叫做旋轉電(diàn)樞式發電機。因為(wéi)電樞是旋轉運🔅動(dòng)的,電樞繞組的電(dian)流♋要靠活動接🤞觸(chù)的電刷和滑環引(yin)❄️出才能供給負荷(hé)。因🐆此輸出電流和(he)電壓都不能太大(da),一般不超過500V,否📧則(ze)電刷和滑👈環之間(jiān)将産生很大的火(huo)花。這種結構形式(shì)的發電機已很少(shao)💋采用。
常用的同步(bu)發電機的結構形(xíng)式是輸出電壓、電(dian)流的❌繞組(即電樞(shū))是固定的,而産生(sheng)磁力線的線圈繞(rao)組是旋轉的,其磁(cí)場自然也随之旋(xuán)轉,這種叫做旋轉(zhuan)磁場式發電機。發(fa)電機轉子部分隻(zhi)産生直流磁場,而(ér)取消了滑環和電(dian)🔞刷。定子部分有更(geng)多的空間嵌放電(diàn)💘樞繞組和絕緣材(cái)料💔,電樞産生的電(diàn)流可以直接輸🔞往(wang)負荷,其機🈲械強度(du)和絕緣性能都較(jiao)好,可靠性也🔆大為(wei)提高。所👉以⁉️又稱為(wéi)無刷同步發電機(jī)。
uA=Umsin(2πf t+0°)
uB=Umsin(2πf t-120°)
式中,(1)0°、-120°、+120°叫做初相(xiàng)角,它們是由同步(bu)發電機的結構決(jue)定的⭐。
(2) f 是電壓(yā)的頻率。它表示單(dan)位時間内,同步發(fā)電機轉子磁場的(de)磁力線切割電樞(shu)繞組的次數。f的大(dà)小實🍉際上是由發(fa)電機組的柴油發(fā)動機的轉速決定(ding)的🔴,因為是它直接(jie)帶着發電機轉子(zǐ)一起🏃🏻♂️旋轉,轉速越(yuè)快,則 f 越高🐆。反之亦(yi)然, f 越低。對于👌同一(yī)台同步發電機而(er)言,顯然三個電壓(ya)的頻率 f 是一樣的(de)🙇🏻。2πf 則是轉子磁場的(de)磁力線㊙️切割電樞(shu)繞組的角頻率,用(yòng)ω表示☁️。從三相電壓(yā)的表達式可知:2πf t+φi(φi=0°、-120°、+120°)是(shi)正弦量變化的核(hé)心,它反映了正弦(xian)量随時間🎯t變化的(de)進程。
(3)Um是電壓的*大(dà)值。它是由同步發(fā)電機的勵磁系統(tong)勵👄磁電流的大小(xiao)決定的,同步發電(dian)機的轉子磁場是(shì)由勵磁電🏃♀️流流過(guo)轉子繞組産生的(de),電流大則轉子磁(cí)場強,磁力線切割(ge)電樞繞組在繞組(zǔ)上産生的感⭐應電(diàn)動勢就大。反之亦(yi)然,感應電動勢就(jiù)小。同步發電機隻(zhi)有一個勵磁系統(tong),因此三個繞組輸(shū)出電壓🚶♀️的*大值Um都(dou)是一樣的。
所謂勵磁即是(shi)向同步發電機轉(zhuan)子繞組提供直流(liu)電,使其産生直流(liu)磁場的過程。早期(qi)的發電機是采用(yong)單獨的勵磁機給(gei)轉子線圈提供直(zhí)流電,系統龐大而(ér)複雜。随着技術的(de)💃🏻進步🚶,現代同步發(fā)電機都是将發電(diàn)機☂️與勵磁機組裝(zhuang)🏃♂️在一起構成一個(ge)完整的發電機。
勵(lì)磁機其實就是個(gè)小發電機,其工作(zuò)原理與同步發電(diàn)機一樣。所不同的(de)是它的💋定子線圈(quān)和🎯轉子線圈所起(qi)的作用與同步發(fa)電機——主發電機正(zheng)好相反;勵磁機定(dìng)子繞組(90)固定在主(zhǔ)發電機定子旁,勵(li)磁機的✌️定子線圈(quan)通以直流電形成(cheng)直流磁場。而安裝(zhuang)在主發電機轉子(zi)軸上㊙️的勵磁機的(de)轉子線圈,勵磁機(ji)電樞繞組(100)成為輸(shu)出電壓的繞組。勵(lì)磁機的轉子與定(ding)子内壁之間也是(shì)保持着較小而均(jun)勻的間隙。勵磁機(jī)定子線圈的直流(liu)電,是由主發電機(ji)定子線圈🤩即電樞(shū)的部分輸🈲出電壓(ya)經整流後而得到(dào)的。它使勵磁機定(ding)子線圈産生直🎯流(liu)磁🥵場,且該磁場是(shì)不🐆動的。工作時,與(yu)主發電機轉子同(tóng)👌軸安裝的勵磁機(jī)轉子線圈在這個(ge)磁場内旋轉、切割(ge)磁力線産生感應(ying)電動🍓勢。該電勢經(jing)同軸安裝在勵磁(ci)機電樞繞組旁邊(biān)的旋轉整流器(78)變(bian)成直流電流,再輸(shū)到主發㊙️電機的轉(zhuan)子繞組使其産生(shēng)直流轉🏃♀️子磁場。從(cong)而達到了對主發(fā)電機轉子🔴繞組勵(lì)磁的⛹🏻♀️要求。
4 、輸出電(dian)壓的調控
,無(wú)論其性質及大小(xiao)如何變化都能穩(wen)住輸出電壓。調控(kong)的技術方式随着(zhe)發電機額定功率(lǜ)的不同、每☀️個時期(qī)技術發展程度的(de)不同,有簡潔及**的(de)許多類型。
但總的(de)理念都是:實時從(cong)主發電機電樞取(qu)得電壓和電流,經(jīng)自動電✂️壓🌏調節👅器(qì)整流和負反饋調(diao)理後供給勵磁機(jī)的定子線圈,使其(qi)産生變化規律與(yǔ)主發電機輸出電(dian)壓變化規律相反(fan)的直流電磁場。這(zhè)個磁💞場也必然使(shi)勵磁機轉子電樞(shū)的輸出電壓🐆以及(ji)旋轉整流器供☁️給(gěi)主發電機轉子線(xian)圈的直流電流按(an)同樣的規律而變(biàn)化。從而起到實時(shi)調節主發電機轉(zhuan)子磁場大小,使主(zhu)發電機在額定負(fu)荷範圍内保持良(liang)好輸出特性的作(zuo)用。
對發電機輸出(chu)電壓的調控過程(chéng),自動電壓調節器(qi)起着重要作用。
5 、自(zi)動電壓調節器
在(zài)柴油發電機組的(de)額定負荷範圍之(zhī)内,無論負荷是電(dian)阻、電容、電感性或(huò)兼而有之,也無論(lùn)它們的大小怎樣(yàng)變化,對柴油機的(de)主要要求是穩住(zhù)轉速(通常柴油發(fa)動機的額定轉速(su)為每分鐘1500轉)。而對(duì)同步發電機的主(zhu)要要求則是穩住(zhù)輸出電壓。為此,一(yī)般都采用以**電子(zǐ)裝置為核心的自(zi)動電壓調控系統(tong)。
現代交流同步發(fa)電機常用自動電(diàn)壓調節器(AVR)這種電(diàn)子部件,調節勵磁(cí)機定子磁場的強(qiáng)弱。進而達到穩住(zhù)輸出電壓的目的(de)。雖然AVR的種類很多(duō),但性能大🔅同小異(yì)。都是實時采樣主(zhǔ)發電機的輸出電(dian)壓🌏值與預先設定(ding)的值相比較,用比(bi)較的👈結果去調節(jiē)脈沖寬度調制器(qi)(PWM)。輸出電壓值高則(zé)調制器輸出脈沖(chong)寬度窄,反之則寬(kuan)。然後再用這些脈(mo)❄️沖去調控大功率(lǜ)半導體開關器件(jian),控制送入勵磁機(jī)定子線圈的電流(liú)的時間及大小。從(cong)而使它的磁場強(qiáng)弱随着主發電機(ji)輸出電壓的變化(huà)而相反變🍉化。即輸(shu)出電🍉壓升高則勵(lì)磁機定子♈磁場減(jiǎn)小,輸出電壓降💘低(dī)則勵磁機定子磁(cí)場增強,從而達到(dao)負反饋調控的目(mù)的。
采樣取自主發(fā)電機輸出的部分(fen)電壓,從(8)、(9)兩端進入(rù)電壓測量單元。經(jing)降壓、分壓、整流濾(lǜ)波後,得到與發🛀🏻電(dian)機輸出電壓成正(zheng)比的直流電壓。它(ta)被R4、R5、PR1分壓後獲得電(dian)壓UA,并送入脈寬調(diào)制器。出廠前或者(zhe)發電🔴機帶載正常(chang)工作時,調👅節RHR外接(jiē)💃電壓微調電位器(qì)使UA确定一個值作(zuo)為基準。測量單元(yuan)輸出的電壓Uc則送(sòng)入低頻保護單元(yuan)☎️。
脈沖寬度調制器(qì)(PWM)的輸出調寬脈沖(chòng)UB控制調制管VT3。若由(you)電壓測量單元送(sòng)來的UA比基準電壓(ya)大,表明主發電機(jī)輸出電壓升高,則(zé)大的UA就會使脈沖(chong)寬度調制器輸出(chu)的脈沖電壓UB的寬(kuan)度變窄🔴。窄的脈沖(chong)就會使VT3導通時間(jiān)短,通過的電流小(xiǎo)。反之,主發電機輸(shū)出電壓降低✍️,UA變小(xiǎo),則脈🔞沖寬度調制(zhì)器輸出UB的寬度随(suí)之變寬,從而使VT3導(dǎo)通時間變長,通過(guò)的電流增多。
AVR就是這(zhè)樣調控主發電機(jī)的電壓的。主發電(diàn)機由于負荷原因(yin)輸出電壓升高,電(diàn)壓測量單元輸出(chu)的UA随着升高,受UA控(kòng)制的脈寬調✂️制器(qì)輸出脈沖電壓UB寬(kuān)度變窄,開關管VT3導(dǎo)通時間🔞短,勵磁🈲機(ji)定子繞組因電流(liu)🔆少磁場減弱,勵磁(cí)機轉子電樞👣電壓(ya)及旋轉整流器輸(shū)出電流随之減小(xiao)，導緻供給主發電(diàn)機轉子繞組的勵(li)磁電流🧡變⚽小，則主(zhǔ)發電機💃🏻因其轉子(zi)磁場的減小而使(shǐ)輸出電壓降低。反(fan)之，AVR的負反饋調控(kòng)功能就⛷️會使主發(fā)電機的輸出電壓(ya)升高。
在主發電機(ji)因負荷超出額定(dìng)值而輸出極大電(dian)流時,柴油發動機(ji)也需随之輸出巨(ju)大的動力導緻其(qí)轉速低于額定☁️值(zhi)。低頻保護單元的(de)作用就是在這種(zhong)情況💞下限💚制勵磁(ci)機定子線圈裡電(dian)流的超額增大。它(tā)以電阻和電容構(gòu)成🐅的充放電支路(lù)預先設定一個低(dī)頻保🌏護點,當主發(fā)電機負荷正常時(shi),從電壓測量單元(yuan)來的Uc小于低頻保(bao)護點,則低頻保護(hu)單元輸出的電壓(ya)UD高,二極管VD8被截止(zhi),UD到🏃♀️不了脈寬調制(zhì)器,起不了作用。若(ruo)主發🏃🏻♂️電機超載則(ze)UD變低,VD8導通,UD和UA就可(ke)同📐時作用于脈寬(kuān)調制器,使其輸出(chū)的UB随UD的下降而變(biàn)窄,調制管VT3導通時(shi)間随之變短,勵磁(ci)電流減小,勵磁機(jī)定子磁場變弱。從(cóng)而導緻主發電機(jī)轉子磁場減小。發(fa)電機輸出電壓下(xia)降、電流減小。低頻(pín)保護單元起到了(le)保護勵磁機和主(zhǔ)發電❄️機的作用。
6 、同(tong)步發電機常用技(jì)術參數
理解同步(bù)發電機的技術參(can)數,對管好用好柴(chái)油發電機組是十(shi)分必要的。常用的(de)參數有：
額定電壓(ya)UH——同步發電機正常(chang)工作時,定子内的(de)三相電樞繞組每(mei)組線🐅端❄️(每組的電(dian)壓輸出端)之間的(de)線電壓。單位是V或(huo)kV。一般UH值為400V(線電壓(yā))或230V(相電壓)。
額定電(diàn)流IH——帶額定負荷正(zhèng)常工作時,流過定(dìng)子繞組的線電流(liú)🤟,單位👈是🔞A或者kA。
cosφH——同步發(fa)電機帶額定負荷(he)正常工作時,其每(mei)相定子📞繞組内✏️的(de)電壓與電流之間(jiān)相角差φH的餘弦函(han)數值。一般這個⛷️值(zhi)是根據✂️電力系統(tǒng)的需要情況設計(ji)而定的。通常為0.8(滞(zhì)後)。
額定容量SH——在額(é)定負荷及額定功(gōng)率因數情況下正(zheng)常運行時,同⭕步發(fa)電機㊙️輸出的視在(zài)功率。單位是kVA。有時(shi)也用有功功✏️率PH表(biao)示,其單位為kW。兩者(zhe)之間的關系是PH=SHcosφH。額(e)定容量是同🐕步發(fa)電機的重要參數(shù)之一,它表明該機(jī)的⭕發電能力。
η——同步(bù)發電機輸出的有(you)功功率與輸入的(de)有功功率(柴油發(fā)動機對它做的有(yǒu)功功率)的比值。它(ta)是表征💃同步發電(dian)機運行經🧡濟性的(de)重要參數,越高越(yue)好。
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