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發電機(俗稱(cheng)電球)是将機械(xie)能轉變成交流(liu)電能的機器,是(shì)柴油發電機組(zu)的電能産生和(he)輸出的機器。
1、 發電機(jī)的基本結構
19世(shì)紀英國科學家(jiā)法拉第通過實(shí)驗發現了電磁(ci)感應現象;導體(tǐ)與磁場的磁力(li)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(ge)閉合導體與磁(ci)場相對切割運(yun)動🌈時,導體中就(jiù)會産生感應電(diàn)流🈚。
原線圈A通以(yi)直流電,則線圈(quān)因有電流流過(guo)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(yuè)線圈B的中間向(xiàng)下運動時,電流(liu)表G的指針會随(suí)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(bai)向另一邊。這就(jiù)是說🏒:由線圈A的(de)直流磁場的磁(ci)力線切割線圈(quān)B,或者說線圈B内(nèi)的磁場從無🤞到(dào)有或從小到大(dà)發生變化時,它(ta)就會産生感應(ying)電動勢和感應(ying)電流。而且線圈(quān)B中🙇♀️的感應電動(dong)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(da)量的電磁感應(ying)實驗,科學家總(zong)結出了恒定磁(cí)場與金屬導體(tǐ)🛀🏻線圈相對切割(gē)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(xiàn)圈B共有多少圈(quan)(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。
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(xia)運動形成的磁(cí)通變化有關。而(ér)且與其運動的(de)速度也有關,上(shàng)下運動越快感(gǎn)應電動勢e越大(dà)。線圈繞的圈數(shù)N越🐇多e也越大。
:金屬線圈(quān)穿過磁場切割(ge)磁力線,或者線(xiàn)圈不動而磁場(chǎng)磁力線掃過它(tā),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(jù)這個原理制造(zào)的。
按照發電機(jī)的基本結構,磁(cí)場固定,金屬線(xiàn)圈繞組做成可(kě)旋轉的以便切(qiē)割磁力線,電🐉壓(ya)從這個線圈繞(rào)組引出(稱為電(dian)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(dòng)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(dian)壓都💁不能太大(da),一般不超過500V,否(fou)♊則電刷和滑環(huan)之間将産生💞很(hěn)大的火花。這🏒種(zhong)結構形式的✂️發(fā)電機已很少采(cǎi)用。
(1)按照120°的空(kōng)間位置分布了(le)三個同樣的繞(rào)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(chū)線接線端子給(gei)出,所以把它們(men)也稱為電樞🔱繞(rào)組。同步發電機(jī)轉子(4)上面安裝(zhuang)着轉子繞組,它(tā)由同一軸上的(de)勵磁機電🐅樞繞(rao)組(100)輸出的交流(liu)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(ge)合成磁場🏃♂️)的磁(ci)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(dian)壓*大,快掃過繞(rao)組時電壓🔞也小(xiao)。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(zhe)樣,同步發電機(jī)就可以産生彼(bǐ)此相差120°的三相(xiàng)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(gè)自的輸出電壓(ya)瞬時☔值☔可表達(dá)成
uA=Umsin(2πf t+0°)
uC=Umsin(2πf t+120°)
(2) f 是電壓(ya)的頻率。它表示(shi)單位時間内,同(tóng)步發電機轉子(zǐ)磁場的磁力線(xian)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(yóu)發動機的轉速(sù)決定的,因為是(shi)👨❤️👨它直接帶着發(fa)🌏電機轉子一起(qi)旋轉,轉速越快(kuai),則 f 越高。反之亦(yì)然, f 越低。對于同(tong)一台同步發電(diàn)機而言,顯然三(sān)個電壓的頻率(lǜ) f 是一樣的。2πf 則是(shi)轉子磁場的磁(ci)力線🌈切割電樞(shu)繞組的💔角頻率(lǜ),用ω表示☎️。從三相(xiàng)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(ta)反映💞了正弦量(liang)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(shì)由勵磁電流流(liú)🈲過轉子繞組産(chǎn)生的,電流大則(ze)轉子磁場強,磁(ci)力線切割電樞(shū)繞組👌在繞組上(shang)産生的感應電(diàn)動勢就大。反之(zhi)亦然,感應電動(dòng)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(chu)電壓的*大值Um都(dou)是一樣的。
3 、 轉子(zi)繞組的勵磁
所(suo)謂勵磁即是向(xiàng)同步發電機轉(zhuǎn)子繞組提供直(zhí)流電,使其産生(shēng)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(zhi)流電,系統龐大(da)而複雜。随着技(jì)術的進步,現代(dai)同步發電機都(dōu)是将發電機與(yu)勵磁❗機組裝在(zài)一起構成一個(ge)完整的發電機(jī)。
4 、輸出(chū)電壓的調控
調(diào)控的目的就是(shi)實現在同步發(fa)電機額定範圍(wei)内🚩的😄負荷,無論(lùn)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(bú)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(dian)壓和電流,經自(zi)動電壓調節器(qi)整🔴流和負反饋(kuì)調理後供給勵(lì)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(ya)變化規律相反(fǎn)的直流💁電磁場(chǎng)。這個磁場也必(bi)然使勵磁機轉(zhuǎn)子電樞的輸出(chu)電壓以及旋轉(zhuǎn)整流器供給主(zhǔ)發電機轉子線(xiàn)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(zhǔ)發電機轉子磁(cí)場大小,使主發(fā)電機在額定負(fu)荷範圍内保持(chí)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(dòng)電壓調節器起(qǐ)着重要作用。
在柴(chai)油發電機組的(de)額定負荷範圍(wei)之内,無論負荷(he)是電阻、電容、電(dian)感性或兼而有(you)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(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(zhu)輸出電壓。為此(cǐ),一般都采用以(yi)**電子裝置為核(hé)心的自動電壓(ya)調控系統。
脈沖寬度(du)調制器(PWM)的輸出(chū)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(jiù)會使脈沖寬度(du)調制器輸出的(de)脈沖電壓UB的寬(kuān)🐆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(zhǔ)發💚電機輸出電(dian)壓降低🌈,UA變小,則(ze)脈沖寬度調制(zhì)💘器輸出UB的寬度(dù)随之變寬,從而(er)使VT3導通🌈時間變(bian)長,通過🐆的電流(liu)增多。
勵磁機的(de)定子線圈一端(duān)接在端子X1上,另(lìng)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(yi)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(diàn)樞繞組,形成一(yi)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(guan),它導通時間長(zhang),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(xiàn)圈電流少,定子(zǐ)磁場強度小。
AVR就是這(zhè)樣調控主發電(diàn)機的電壓的。主(zhǔ)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(zhì)器輸出脈沖電(diàn)壓UB寬度變窄,開(kai)關管VT3導通時間(jiān)🙇🏻短,勵磁機定子(zi)繞組因電流📱少(shao)磁場減弱,勵磁(ci)機轉子電樞電(dian)壓及旋轉整流(liú)器輸出電流随(sui)之減小，導緻供(gòng)給主發電🥰機轉(zhuǎn)子繞組🔆的勵磁(cí)電流變小，則主(zhu)發電機因其轉(zhuǎn)子磁場的減小(xiao)而使輸♊出電壓(ya)降低。反♋之，AVR的負(fu)反饋調控功能(neng)就🌂會使主發電(diàn)機的輸出電壓(ya)升高。
,對管好用(yòng)好柴油發電機(jī)組是十分必要(yào)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(nei)的三相電樞繞(rao)組每組線端(每(měi)組的電壓輸出(chu)端)之間的線電(dian)壓。單位是V或🧡kV。一(yī)般UH值為400V(線電壓(ya))或230V(相電壓)。
額定(ding)電流IH——帶額定負(fu)荷正常工作時(shí),流過定子繞組(zu)的線電流,單😍位(wei)是A或者kA。
額定功(gōng)率因數cosφH——同步發(fa)電機帶額定負(fu)荷正常工作時(shí),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(shu)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(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(zheng)常運行時,同步(bù)發電機輸出的(de)視在功率。單位(wèi)是kVA。有時也用有(yǒu)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(yao)參數之一,它表(biao)明該機的發電(dian)能力。
額定頻率(lü)fH——額定運行時,同(tong)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(gong)功率與輸入的(de)有功功率(柴油(yóu)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。
