1、柴油发电机的工作原理是利用电磁感应原理柴油机曲轴旋转便带动发电机转动发电，发电机有直流发电机和交流发电机。直流发电机主要由发电机壳、磁极铁芯、磁场线圈、电枢和炭刷等组成。交流发电机主要由磁性材料制造多个南北极交替排列的永磁铁（称为转子）和硅铸铁制造并绕有多组串联线圈的电枢线圈（称为定子）组成。直流发电机与交流发电机在工作原理上有所不同，但是最终达到了发电的目标。柴油发电机组是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，
2、供移动使用。 柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过 12h，其输出功率将低于额定功率约 90%。 若使用者需要长时间不间断使用，则需要配置常用型发电机组，也就是应机组应该要考虑到长时间工作机组功率下降这一点了。常用功率和备用功率的关系是：比如用户需要 100KW 柴油发电机组，常用 100KW 的柴油发电机组备用功率为100KW*110%=110KW。也就是备用 100KW 的柴油发电机组的常用功率为 90KW。尽管柴油发电机组的功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源
3、或临时电源。 柴油发电机组属自备电站交流供电设备的一种类型，是一种小型独立的发电设备，以内燃机作动力，驱动同步交流发电机而发电。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。柴油发电机组是由内燃机和同步发电机组合而成的，内燃机的最大功率受零部件的机械负荷和热负荷的限制，称为额定功率，交流同步发电机的额定功率是指在额定转速下，长期连续运转时，输出的额定功率，通常把柴油机输出额定功率与同步交流发电机输出的额定功率之间，称为匹配比。发电机电球的工作原理调控及维护同步发电机，俗称“电球”柴油
4、发电机组是常用的备用电源,由于它以柴油发动机燃烧柴油为动力,带动发电机发出与 市电 同样性质的电力,所以用在 市电断电 后需要后备电源供电几小时以上的场合。从性能价格比、对工作环境的要求、带非线性负载能力方面考虑,采用柴油发电机组比使用很多大容量蓄电池的长延时 UPS 往往具有一定的优势。但是柴油发电机组在市电断电后需要十秒钟左右才能发出稳定的电力,这就大不如 UPS 可不间断供电 的特点。因此,柴油发电机组和 UPS 通常是取其各自的优势构成一个完善的、可靠的电源系统,以确保重要设备的不间断供电。柴油发电机组一般是采用 同步发电机(也俗称 电球) 将柴油发动机的旋转机械能转为电能。各种用电设
5、备要依靠它发出的电力工作,因此对同步发电机的工作性能要求是很高的。 同步发电机的工作原理同步发电机 是根据电磁感应原理制造的。主要组成部分如图 1。现代交流发电机通常由两部分线圈构成;为了提高磁场的强度,一部分线圈绕在一个导磁性能良好的金属片叠成的圆筒内壁的凹槽内,这个圆筒固定在机座上称为定子。定子内的线圈可输出感应电动势和感应电流,所以又称其为电枢。发电机的另一部分线圈则绕在定子圆筒内的一导磁率强的金属片叠成的圆柱体的凹槽内,称为转子。一根轴穿过转子中心并将其紧固在一起,轴两端与机座构成轴承支撑。转子与定子内壁之间保持小而均匀的间隙且可灵活转动。这叫做旋转磁场式结构的无刷同步发电机。工作时,
6、转子线圈通以直流电形成直流恒定磁场,在柴油机的带动下转子快速旋转,恒定磁场也随之旋转,定子的线圈被磁场磁力线切割产生感应电动势,发电机就发出电来。 图 1 双轴承发电机剖视图转子及其恒定磁场被柴油机带动快速旋转时,在转子与定子之间小而均匀的间隙中形成一个旋转的磁场,称为转子磁场或主磁场。平常工作时发电机的定子线圈即电枢都接有负载,定子线圈被磁场磁力线切割后产生的感应电动势通过负载形成感应电流,此电流流过定子线圈也会在间隙中产生一个磁场,称为定子磁场或电枢磁场。这样在转子、定子之间小而均匀的间隙中出现了转子磁场和定子磁场,这两个磁场相互作用构成一个合成磁场。发电机就是由合成磁场的磁力线切割定子线
7、圈而发电的。由于定子磁场是由转子磁场引起的,且它们之间总是保持着一先一后并且同速的同步关系,所以称这种发电机为同步发电机。同步发电机在机械结构和电器性能上都具有许多优点。 同步发电机的调控同步发电机在其额定负载范围内允许带各种用电负荷。这些负荷的输入特性会直接影响发电机的输出电压;当负载为纯电阻性时,因为同步发电机的定子端电压电枢端电压与负载电流是同相的,所以使得转子磁场的前一半被定子磁场削弱,而后一半又被定子磁场加强,一周内合成磁场平均值不变,发电机输出电压不变。负载呈现为纯电感性时,则因负载电流滞后电枢端电压 90而使得定子磁场削弱了转子磁场,合成磁场降低,造成发电机输出电压下降。若负载是
8、纯电容性的,负载电流就会超前电枢端电压 90,从而使定子磁场加强了转子磁场,合成磁场增大,发电机输出电压上升。可见;合成磁场是使发电机性能变化的一个重要因素。而合成磁场中起主要作用的是转子磁场即主磁场,因此,调控转子磁场就可以调节同步发电机的输出电压改善其带负载能力,从而达到在额定负荷范围内稳住发电机输出电压的目的。同步发电机转子的励磁所谓励磁即是向同步发电机转子提供直流电使其产生直流电磁场的过程。同步发电机转子凹槽内的线圈就是由称做励磁机的一个专门的设备为其供以直流电形成直流磁场的。早期的发电机是采用单独的励磁机给转子线圈提供直流电的,系统庞大而复杂。随着技术的进步,现代同步发电机都是将发电
9、机与励磁机组装在一起构成一个完整的发电机。励磁机其实就是个小发电机,它的工作原理与同步发电机一样。所不同的是它的定子线圈和转子线圈所起的作用与同步发电机主发电机正好相反;固定在主发电机定子旁的励磁机的定子线圈通以直流电形成直流磁场,而安装在主发电机转子轴上的励磁机的转子线圈成为输出电动势的电枢。励磁机的转子与定子内壁之间也是保持着小而均匀的间隙。这也称为旋转电枢式结构的无刷同步发电机。安装在主发电机定子旁的励磁机定子线圈的直流电,是由主发电机定子线圈即电枢的部分输出电压经整流后而得到的。与主发电机转子同轴安装的励磁机转子线圈在其定子线圈产生的磁场内旋转、切割磁力线所产生的感应电动势,经同轴安装
10、在它旁边的整流器也就是旋转整流器变成直流电流,输到主发电机的转子线圈使其产生直流转子磁场。从而达到了对主发电机转子线圈励磁的要求。同步发电机输出电压的调控调控的目的就是实现在同步发电机额定负荷范围内稳住输出电压。调控技术的理念是实时地从主发电机电枢取得电压和电流,经整流和负反馈调理后供给励磁机的定子线圈,使其产生变化规律与主发电机输出电压变化规律相反的直流电磁场,这个磁场也必然使励磁机转子电枢的输出电压及旋转整流器供给主发电机转子线圈的直流电流按同样的规律而变化。从而起到实时调节主发电机转子磁场大小,使主发电机在额定负荷范围内保持良好输出特性的作用。对发电机输出电压的调节过程,可以用以下的流程
11、表示;由于负荷增加使主发电机电枢电压(降) 经负反馈调理后励磁机定子电流及磁场励磁机转子电枢输出电压旋转整流器输出电流主发电机转子磁场使主发电机电枢电压若主发电机电压升高,则其反馈调控使以上各环节作用降低,导致电压回到额定值。可见通过励磁机实时调控主发电机转子磁场的大小,就可以稳住输出电压。这其中起重要作用的是负反馈调节单元,通常称其为恒压励磁装置和自动电压调节器。自动电压调节器现代交流同步发电机常用自动电压调节器 AVR 这种电子部件调节励磁机定子磁场的强弱。虽然 AVR 的种类很多,但性能大同小异;都是实时采样主发电机的输出电压值与预先设定的值相比较,用比较的结果去调节脉冲宽度调制器 PW
12、M;输出电压值高则调制器输出脉冲宽度窄,反之则宽。然后再用这些脉冲去调控大功率开关器件即三极管或场效应管控制送入励磁机定子线圈的电流的时间。从而使它的磁场强弱随着主发电机输出电压的变化而相反变化;即输出电压升高则励磁机定子磁场减小,输出电压降低励磁机定子磁场增强。从而达到负反馈调控的目的。图 2 自动电压调节器电路原理方框图图 2 是常用的一种 AVR 类型。取样自主发电机输出电压的信号从 8、9 两端输入到电压测量比较单元,与内部预先设定的电压值(例如 380V)相比较。比较结果以输出电压 UA 送入脉冲宽度调制单元 PWM,输出电压 UC 送入低频保护单元。电压测量比较单元的 L、S、H
13、是连接主发电机输出电压幅值调节电位器的三个端子。脉冲宽度调制器由稳压器输出的直流电压 UCC 作为工作电源,以确保其性能稳定。它的输出电压 UB 控制调制管 VT3。若由电压测量比较单元送来的 UA 大,表明主发电机输出电压升高,则大的 UA 就会使脉冲宽度调制器输出的脉冲 UB 的宽度变窄。窄的脉冲就会使 VT3 导通时间短,通过的电流少。反之,主发电机电压降低 UA 变小,脉冲宽度调制器输出的脉冲 UB 的宽度随之变宽,从而使 VT3 导通时间变长,通过的电流增多。励磁机定子线圈一端接在端子 X1 上,另一端接在 XX1 端子上。由主发电机电枢送来的 EA、EB、Ec 三相电压,经过三个二
14、极管 VD10、VD11、VD12 整流后,电流从 X1 端流入励磁机的定子线圈,由 XX1 流出,再经过调制管 VT3 和 XN 端子流回主发电机电枢,形成励磁机定子线圈的励磁电流通路。VT3 是这个通路上的开关,它导通时间长,则定子线圈流过电流时间长,定子磁场强度大；VT3 导通时间短,定子线圈电流少,定子磁场强度小。AVR 就是这样调控主发电机的电压的;主发电机由于负荷原因输出电压升高,电压测量比较单元输出的 UA 随着升高,受 UA 控制的脉宽调制器输出脉冲 UB 宽度变窄,开关管 VT3 导通时间短,励磁机定子磁场减弱,转子电枢电压及旋转整流器输出电流随之减小,导致供给主发电机转子的
15、励磁电流变小,则主发电机因其转子磁场的减小而使输出电压降低。反之,AVR 的负反馈调控功能就会使主发电机的输出电压升高。在主发电机因负荷超出额定值而输出极大电流时,柴油发动机也需随之输出巨大的动力以致导致其转速低于额定值。低频保护单元的作用就是在这种情况下限制励磁机定子线圈里电流的超额增大。它以电阻和电容构成的充放电支路预先设定一个低频保护点,当主发电机负荷正常时,从电压测量单元来的 UC 小于低频保护点,则低频保护单元输出的电压 Ud 高,二极管 VD8 被截止,Ud 到不了脉宽调制器,起不了作用。若主发电机超载则 Ud 变低,VD8 导通,Ud 和 UA 就可同时作用于脉宽调制器,使其输出
16、的脉冲 UB 随 Ud 的下降而变窄,调制管 VT3 导通时间随之变短,励磁电流减小励磁机定子磁场变弱,从而导致主发电机转子磁场减小。发电机输出电压下降、电流减小。低频保护单元起到了保护励磁机和主发电机的作用。同步发电机的维护同步发电机是柴油发电机组的关键部分。为柴油发电机组建立一个合适的工作环境,做好日常维护是十分必要的。发电机房内的高温、潮湿和空气污染物是引起发电机故障的最常见因素。粉尘、灰尘和其它空气污染物的积累会引起绝缘层的性能变坏,不仅易形成对地的导电通路,还会使转子轴承部分的摩擦力增大而发热。湿气以及空气污染物中的湿气极易在发电机内形成对地的漏电通路,引起发电机故障。机房内温度过高
17、会使发电机组工作时产生的热量难以散出,造成其输出功率下降、机组过热。所以机房的防尘、防潮湿、通风降温就必须引起足够的重视。无论是单轴承发电机还是双轴承发电机,它们的转子轴与柴油发动机主轴之间连接的同轴度要求很高。长时期运行后的机组有时同轴度可能降低,导致发电机燥声增大,温度过高。应定期检查、维护以保持同轴度良好。负荷超出发电机的额定负载范围,或三相负荷很不平衡,也会造成发电机效率降低和过热。柴油发电机十万个为什么（110） 本文的内容有： 1.什么是“同步“发电机？同步转速是如何确定？ 2.什么是发电机的飞轮力矩？它在电气上有什么意义？ 3.什么是发电机的短路比 Kc？Kc 与发电机结构有什么
18、关系？ 4.什么是发电机的直轴瞬变电抗 Xd？与发电机结构有什么关系？ 5.什么是发电机的直轴超瞬变电抗 Xd？与发电机结构有什么关系 Xd的大小对系统有什么影响？ 6.阻尼绕组的作用是什么？ 7.3Y 接线是什么含义？发电机为何多采用星形接线？ 8.什么是励磁绕组？什么是电枢绕组？ 9.什么是叠绕组？有何特点？什么是波绕组？有何特点？ 10.什么是每极每相槽数 g？什么是整数槽绕组？什么是分槽绕组？ 1.什么是“同步“发电机？同步转速是如何确定？答: 发电机 是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大致可分为水轮发电机(水力)和汽轮发电机(蒸汽)。本文所涉及的内容均是指同步发电机(限于立式水
19、轮发电机)。发电机在正常运行时，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这个磁场由两个磁场合成:转子磁场和定子磁场。所谓“同步“发电机，就是指发电机转子磁场的转速(原动机产生)与定子磁场的转速(电力系统频率决定)相等。转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组(磁极)产生，转子磁场的转速也就是转子的转速，也即整个机组的转速。转子由原动机驱动，转速由机组调速器进行调节，这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示。定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组(按 120对称布置)产生，其转速由式确定(式中:p为转子磁极对数;f 为电力系统频率;n 为机组转速)。从式中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固
20、定不变的，而我国电力系统的频率也是固定的，即50Hz(也称工频)，可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的转速在发电机制造完成后就是“定值“。当然，电力系统的频率并不能真正稳定在 50Hz 的理论值，而是允许在这个值的上下有微小的波动，也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的。转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动态的调整。如果转速不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机“失步“了。2.什么是发电机的飞轮力矩？它在电气上有什么意义？答:发电机飞轮力矩，是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积。看起来它是一个与电气参数无关的量，其实不然，它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大。它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升，它首先应满足输水系统调节保证计算的要求。当电力系统
