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發電機(俗稱(chēng)電球)是将機械(xie)能轉變成交流(liu)電能的機器,是(shi)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
原線圈A通以(yi)直流電,則線圈(quan)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(liú)表G。當線圈A穿越(yuè)線圈B的中間向(xiang)下運♋動時⛷️,電流(liú)表G的指針會随(suí)之從中心🌂點擺(bai)向🔞一邊。向上運(yùn)動時,電流表G的(de)指針會随之擺(bai)向另一邊。這就(jiu)是說:由線圈A的(de)✔️直流磁場的磁(ci)力線切割線圈(quan)B,或者說線圈B内(nei)的磁場從無到(dao)有或從小到大(dà)發生變化時,它(ta)就會産生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。而且線圈(quān)B中的感應電動(dòng)勢和感應電流(liu)的方👨❤️👨向還随磁(ci)場方向的變化(huà)而變化。通過🈲大(dà)量的電磁感應(ying)實驗,科學家總(zǒng)結出了恒☎️定磁(ci)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(shì)為:e=-N*（ΔΦ/Δt）
式中,N代表線(xian)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(xian)圈B中的感應電(dian)動勢e與線圈A穿(chuan)越其中間上下(xià)運動形成的磁(ci)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(gan)應電動勢e越大(da)。線圈繞的圈數(shù)N越多e也越⛷️大。
法(fǎ)拉第定律告訴(su)我們: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(ta),都會在金屬線(xian)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(zào)的。
按照發電機(jī)的基本結構,磁(cí)場固定,金屬線(xian)圈繞組做成可(ke)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(jie)構的發電機🍓叫(jiào)做旋轉電樞式(shì)發電機。因為電(dian)樞是旋轉運動(dòng)的,電㊙️樞繞組的(de)電流要靠活動(dòng)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(dà),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(zhǒng)結構形式的☂️發(fā)電機已很少采(cai)用。
uA=Umsin(2πf t+0°)
uB=Umsin(2πf t-120°)
式中,(1)0°、-120°、+120°叫做初(chū)相角,它們是由(yóu)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(tóng)步發電機轉子(zǐ)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(su)決定的,因為是(shì)它直接帶着發(fā)電機轉子一起(qi)旋轉,轉速越快(kuai),則 f 越高。反之亦(yi)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(cí)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(shi)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。
(3)Um是電壓的(de)*大值。它是由同(tóng)步發電機的勵(lì)磁系統勵♌磁電(diàn)流的大小決定(dìng)的,同步發電機(jī)的轉子磁場是(shi)由勵磁電流流(liu)過轉💜子繞組産(chan)生的,電流大則(ze)轉子磁場強,磁(cí)力線🔞切割電㊙️樞(shu)繞組在繞組上(shang)産生的感應電(dian)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(dōu)是一樣的。
根據(jù)設計,三個電樞(shu)繞組之間的電(diàn)壓(稱為線電壓(yā))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(ju)有優點,因而被(bèi)柴油發電機組(zu)普遍采用。
3 、 轉子(zǐ)繞組的勵磁
所(suo)謂勵磁即是向(xiàng)同步發電機轉(zhuan)子繞組提供直(zhí)流電,使其産生(shēng)直流磁場的過(guò)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(dài)同步發電機都(dōu)是将發電機與(yu)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(jiu)是個小發電機(ji),其工作原理與(yu)同步發電機一(yī)樣。所不同的是(shì)它的定子線圈(quān)和💚轉子線圈所(suo)起的作用與同(tong)步發電機——主發(fa)🌂電機正好相反(fan);勵磁機定子繞(rào)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(shang)的勵磁機的轉(zhuan)子線圈✨,勵磁機(ji)電樞繞組(100)成為(wéi)輸出電壓的繞(rao)組。勵磁機的轉(zhuan)子與定子内壁(bi)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(fā)電機定子線圈(quān)即電樞的部分(fèn)輸出電壓經整(zhěng)流後而得到的(de)。它使勵磁機定(dìng)🍉子線圈産生直(zhi)🏒流磁場,且該磁(ci)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(qie)割磁力線産生(shēng)感應電動勢。該(gai)電勢經同軸安(ān)裝在勵磁機電(dian)樞繞組旁邊的(de)旋轉整流器🐅(78)變(bian)成直流電流,再(zài)輸到主發電機(jī)的轉子繞組使(shi)其産生直流轉(zhuan)子磁場。從而達(da)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
,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(fāng)式随着發電機(ji)額定功率的不(bú)同、每個時期技(ji)👌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(dian)機電樞取得電(diàn)壓和電流,經自(zì)動電壓調節器(qì)整流和負反饋(kui)調理後供給勵(li)磁機的定💃子線(xian)圈,使其産生變(bian)化規律與主發(fā)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(bì)然使勵磁機轉(zhuan)🌈子電樞的輸出(chu)電壓以及旋轉(zhuan)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(zhǔ)發電機轉子磁(ci)場大小,使主發(fā)電機在✨額定負(fu)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(dong)電壓調節器起(qi)着重要作用。
可(kě)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(jiù)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(gōng)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(dian)壓調節器
在柴(chái)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(biàn)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(bu)發電機的主要(yào)要求則是穩住(zhu)輸出電壓。為此(ci),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。
現代(dài)交流同步發電(dian)機常用自動電(diàn)壓調節器(AVR)這種(zhǒng)電子部件,調節(jiē)勵磁機定子磁(ci)場的強弱。進而(er)達到穩住輸出(chu)電壓的目的。雖(sui)然AVR的種類很多(duō),但性能大💯同小(xiao)異。都是實時采(cǎi)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(jiao)的結果去調節(jiē)脈沖寬度調制(zhì)器(PWM)。輸出電壓值(zhí)高則調制器輸(shu)出脈沖寬度窄(zhǎi),反☎️之則寬。然後(hou)再用這些脈☀️沖(chòng)去調控大功率(lü)半導體開關器(qi)件,控制送入勵(lì)磁機定子線圈(quan)♉的電流的時間(jian)及大小。從而使(shǐ)它的磁場強弱(ruò)随着主發電機(jī)輸出電壓的變(bian)化而相反變化(huà)。即輸出電壓升(shēng)高則勵磁機定(dìng)子磁場減小,輸(shu)出電壓降低則(zé)👈勵磁機定子磁(ci)場增強,從而達(dá)到負反饋調控(kòng)的目🐅的。
(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(diàn)壓大,表明主發(fa)電機輸出電壓(yā)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(mo)沖就會使VT3導通(tong)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(zé)脈沖寬度調制(zhì)器輸出UB的寬度(du)随之變寬,從而(er)使VT3導通時間變(bian)長,通過的電流(liú)增多。
AVR就是這(zhè)樣調控主發電(dian)機的電壓的。主(zhu)發電機由于負(fu)‼️荷原因輸♻️出電(diàn)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(zi)繞組因電流少(shǎo)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(suí)之減小，導緻供(gong)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(xiǎo)而使輸💃🏻出電壓(ya)降低。反之，AVR的負(fu)反饋調控功能(néng)就會使主發電(diàn)機的輸💞出電壓(yā)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(chái)油發動機也需(xū)随之輸出巨大(dà)的動力導緻其(qi)轉速低于額定(dìng)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(dìng)子線圈裡電流(liu)的超額增大。它(ta)以電阻和電🚶容(róng)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(cóng)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(ji)管VD8被截止,UD到不(bú)了脈寬調制器(qì),起不了作用。若(ruò)主發🐇電機超🌈載(zǎi)則UD變低,VD8導通,UD和(he)UA就可同時作用(yòng)于脈寬調制器(qi),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(chǎng)變弱。從而導緻(zhi)主發電機轉子(zi)磁場減❄️小。發電(dian)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(shù)參數
理解同步(bù)發電機的技術(shu)參數,對管好用(yong)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(tong)步發電機正常(chang)工作時,定子内(nèi)的三相電樞繞(rao)組每組線端(每(měi)組的電壓輸出(chū)端)之間的線電(diàn)壓。單位是V或kV。一(yi)般UH值為400V(線電壓(yā))或230V(相電壓)。
額定(dìng)電流IH——帶額定負(fu)荷正常工作時(shi),流過定子繞組(zǔ)的線電流,單位(wei)是A或者kA。
cosφH——同步發(fā)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(zhi)是根據電力系(xì)統的需要情況(kuàng)設計而定的。通(tōng)常為0.8(滞後)。
額定頻率(lü)fH——額定運行時,同(tong)步發電機輸出(chu)電壓每秒鐘内(nèi)交變的🚶次數🌂。單(dān)位是Hz。我國制定(dìng)的工業頻率為(wei)50Hz。
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