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柴油发电机的工作原理 工作原理 一、柴油发电机组生成机理： 柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机，是以电磁感应为基础的旋转式机械。根据其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 柴油发电机组工作结构图 二、交流发电机生成机理 以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。 旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同，都是电磁感应现象。而主要区别有两点： （1）产生感应电流的方式：旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化，从而产生感应电流；旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线，从而在定子线圈中产生感应电流。 （2）电力输出方式：旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电；而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路，因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压，适用于大型发电机。 1、电动势的产生 ● 当导体切割磁场的磁力线时，会在导体中产生感应电动势。 ● 线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端分别固定在同一转轴上的滑环1和2上，两者同轴旋转，且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。 ● 当电枢沿顺时针方向旋转，ab边处于N极下时、山边的感应电动势方向为由c至d，并设此时电动势方向为正方向;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下，cd边处于N极下，此时ab和cd边中的电动势均改变方向，显然此时电动势为负值。 由上述过程可知，对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周，在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布，则可产生正弦交流电动势。而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。 2、电动势的大小 根据电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——导体在磁场中的有效长度； ● V——导体垂直于磁场方向的运动速度。 而正弦交流电动势的有效值E计算： E=Kn ● 式中n——发电机转速； ● K——发电机的结构常数。 同步交流发电机制成后，其结构常数K已成定值。因此，可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的高傲。但是，通常情况下要求电动势的频率f恒定，而频率f与转速n成正比，所以发电机的转速是不能随便调整的。因此，主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小，达到调整其输出电压的目的。 3、电动势的频率 ● 当发电机磁极对数一定时(如P=1)，其转子每旋转一周，电枢绕组可产生一个周波的交流电动势。转子旋转两周，产生两个周波的交流电动势，苦转子每秒旋转n/60周，则产生n/60周/s的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f与发电机转速n成正比。 ● 当发电机的转速一定时(如n=1周/s)，磁极对数P=1，转子每旋转一周产生一个周波的交流电动势。磁极对数P=2，转子每旋转一周产生两个周波的交流电动势。若为P对磁极，转子每旋转一周产生P个周波的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f还与磁极对数P成正比。 综上所述，同步交流发电机电动势的频率f与其转速n 和磁极对数P成正比，因此f的计算公式为： F=P*n/60 (周/s) 改变同步交流发电机的转速n或磁极对数P,均可改变其频率f。但是，发电机制成后，其磁极对数P是不能改变的因此,只能通过改变转速n来调整频率f。一旦频率f达到额定值后，就不能再随便改变转速n。 4、改善电动势波形的措施 根据要求，同步交流发电机输出电压应为正弦波。但是，由于发电机定子铁芯结构、磁极结构、电枢绕组结构、三相发电机电枢绕组的连接形式等因素的影响，电动势的波形会产生畸变，形成非正弦交流电动势。 非正弦交流电动势中除含有基波分量外，还含有频率不同的许多高次谐波分量。不仅严重影响发电机的性能和工况，还影响用电设备的正常工作。因此，在设计、生产同步交流发电机时，采取了诸多方法，改善电动势波形，使其成为正弦波。其具体方法有：改善磁极形状、采用斜槽定子、改善定子绕组结构和三相发电机采用星形接法。 （1）改善磁极形状：磁极的分布规律由磁极的形状决定，将磁极尖削尖或采用扭斜磁极，使磁通密度B近似按正弦规律分布，进而使电动势成为正弦波； （2）采用斜槽定子：将定子铁芯扭斜一个槽距的位置，使其成为斜糟定子，无论转子旋转至何种位置，磁极端画所覆盖的铁芯齿面积始终保持不变，这样可消除齿谐波的影响； （3）改善定子绕组结构：同步交流发电机通常采用短距分布式绕组结构，可消除或削弱许多高次谐波分量，使电动势接近于正弦波； （4）三相发电机采用星形接法：三相同步发电机的三相电枢绕组采用星形接法，其线电压中将不再含有三次及三的整倍数次谐波分量·改善线电压的波形。 5、同步交流发电机励磁方式 发电机励磁功率的产生方式，称为其励磁方式。同步交流发电机的励磁方式有他励式和自励式两种。 （1）他励式：励磁功率由本身以外的其他电源供给，这种发电机称为:他励式发电机。根据获得励磁功率形式的不同，他励式交流发电机又有采用血流励磁机励磁和采用无刷交流励磁机励磁之分。其中、采用直流励磁机励磁是靠同轴转动的并励直流发电机供给励磁功率的；采用无刷交流励磁机励磁是由同轴转动的交流励磁发电机供给励磁功率的。 （2）自励式：励磁功率由本身供给的发电机称为自励式发电机。其励磁功率一般由以下三种方法获得：直接从同步交流发电机输出端取得，由安装在同步交流发电机的定子槽中的副绕组供给；发电机电枢绕组为带抽头式的，由抽头处引出部分电枢绕组供给。 综上所述，无论是他励式同步交流发电机，还是自励式同步交流发电机，改变励磁电流的大小，均可调整发电机的输出电压。
柴油发电机组有什么特性 介绍柴油机特性的目的在于通过分析柴油机特性曲线的变化规律，了解柴油机在各种调整情况和工况(即各种转速及负荷)下的动力性和经济性，从而分析影响特性的各种因素，以便合理使用柴油机，了解它在什么情况下动力性 ，在什么情况下经济性 。当需要 功率输出时，就充分发挥它的动力性能，在其他情况下工作时，则尽可能使它的经济性 。 柴油机特性内容较多，其中主要是使用特性。实际上，柴油机经常在类似于使用特性工况下工作，因此，这里仅介绍它的使用特性。 (1)速度特性柴油机在保持供油量不变的情况下(即高压油泵调节齿条位置固定)，其功率、扭矩、油耗率等性能参数随转速的变化关系，称为速度特性。油量调节机构固定在标定功率循环供油量位置时的特性称为柴油机全负荷速度特性(一般称外特性)。它代表该柴油机在使用中允许达到的 性能。 速度特性是通过试验测得的，试验时应将供油提前角、冷却水温度、润滑油温度等调整到 值，油量调整机构的齿条固定在 供油的位置上，然后逐渐增加柴油机的负荷，使转速改变，分别在几种转速下测定柴油机的有效功率Ne、扭矩Me、燃油消耗率ge等参数，即得柴油机的外特性。 ①扭矩Me曲线的变化规律：循环供油量不变时，扭矩Me与指示效率ni、机械效率nm。及充气系数书nv正比，若知道ni、nv及nm随转速而变化的关系，即可知道Me随转速变化的关系。 高转速时，充气系数nv降低，而且燃烧过程经历的时间缩短，不完全燃烧现象增加，致使ni有些下降，nm也下降，而每循环的供油量g，由于喷油泵在喷油过程中，溢流的燃油通过油孔时发生节流，转速较高时，节流作用增强。因此，g增加。 当转速过低时，由于空气涡流减弱，燃烧不良及散热漏气损失增加，使ni降低，扭矩Me也降低。因此，速度特性曲线中，扭矩随转速变化形成两头低(即高速和低速)，中间凸起的形状。 ②功率戈曲线的变化规律从功率Ne=Ne2πn/60×1/1000关系式可知，在一定转速范围内，扭矩Me随转速n变化不大，因此，功率Ne几乎随转速n成正比增加。外特性中Ne曲线几乎一斜率直线段，故在 转速下有效 功率。 (2)柴油机的调速特性调速器的作用是根据负荷变化自动调节供油量而改变扭矩，使柴油机转速变化不超过允许范围。在调速器的作用下，柴油机的扭矩、功率、燃油消耗率等性能参数的变化关系称为调速特性。 调速特性曲线由实验而得，由调速器控制喷油泵齿条移动，使负荷由零变到 ，测取其扭矩、功率、油耗率等参数，然后绘成曲线。曲线1为柴油机的外特性曲线，曲线2到曲线7是调速器手柄处于不同位置的调速特性 (3)柴油机的负荷特性柴油机的负荷特性是在转速保持一定数值不变时，通过改变喷油泵调节杆的位置，用增加或减少供油量的方法来改变载荷。在这种情况下，每小时燃料消耗量GT和燃料消耗率g，和排气温度Tr,及排气烟度随柴油机负荷(Pe或Nn)改变而变化的关系，即GT=f(Ne)、gg=f(Ne)称为柴油机的负荷特征。 从小负荷区域，燃油消耗率gg随负荷增大逐渐减少，当减小到一定程度时，便不再减小，反而随负荷增加而升高。这是因为随负荷增加机械效率nm迅速增加，同时热损失也随负荷增加而相对减小，指示效率nm随之增加，当负荷达某值时，ni、nm的乘积达 值，因而出现 油耗率。然而负荷再增加，供油量增加，使热损失增大，燃烧情况恶化，使ni减小，因而油耗率增大，当供油量超过点2时，排气出现黑烟，故2点称为“冒烟界限”点。当喷油量增到点3时，功率达到 值，继续增大喷油量，gg显著增加，而功率Ne反而降低。这是因为喷油量超过。“冒烟界限”时，由于燃烧不完全，排气冒烟，不仅使燃料消耗率ge增大，而且使柴油机过热，影响柴油机寿命，容易引起故障，因此，标定的循环供油量一般限制在“冒烟界限”范围内。6135G型柴油机在不同转速下的负荷特性。
