柴油發(fā)電機(jī)的工作原理 工作原理 一、柴油發(fā)電機(jī)組生成機(jī)理： 柴油發(fā)電機(jī)組中常用的發(fā)電機(jī)為同步交流發(fā)電機(jī)，是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。 在柴油機(jī)汽缸內(nèi)，經(jīng)過(guò)空氣濾清器過(guò)濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過(guò)連桿變成了推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。 將無(wú)刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用‘電磁感應(yīng)’原理，發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。 柴油發(fā)電機(jī)組工作結(jié)構(gòu)圖 二、交流發(fā)電機(jī)生成機(jī)理 以旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)為例介紹柴油機(jī)組中發(fā)電機(jī)的工作原理。 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的原理與旋轉(zhuǎn)電樞式相同，都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點(diǎn)： （1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過(guò)電樞的旋轉(zhuǎn)使閉合線圈的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則通過(guò)磁極的旋轉(zhuǎn)使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 （2）電力輸出方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過(guò)電刷和集電環(huán)向外接電路供電；而旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則直接將電力送往外接電路，因此相對(duì)于旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)可提供電高的電壓，適用于大型發(fā)電機(jī)。 1、電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 ● 當(dāng)導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的磁力線時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 ● 線圈abcd代表整個(gè)電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)1和2上，兩者同軸旋轉(zhuǎn)，且相對(duì)位置和連接關(guān)系不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。電刷A和B通過(guò)刷架固定在發(fā)電機(jī)的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動(dòng)接觸關(guān)系不變。 ● 當(dāng)電樞沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，ab邊處于N極下時(shí)、山邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛蒫至d，并設(shè)此時(shí)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)檎较?當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時(shí)ab和cd邊中的電動(dòng)勢(shì)均改變方向，顯然此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值。 由上述過(guò)程可知，對(duì)于一對(duì)磁極的單向同步交流發(fā)電機(jī)、其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，在電樞繞組中產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布，則可產(chǎn)生正弦交流電動(dòng)勢(shì)。而對(duì)于三相同步交流發(fā)電機(jī)、其各項(xiàng)繞組產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)的原理與單項(xiàng)同步交流發(fā)電機(jī)完全相同。 2、電動(dòng)勢(shì)的大小 根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)、導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度； ● V——導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)速度。 而正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值E計(jì)算： E=Kn ● 式中n——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速； ● K——發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 同步交流發(fā)電機(jī)制成后，其結(jié)構(gòu)常數(shù)K已成定值。因此，可通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或每極磁通來(lái)調(diào)整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動(dòng)勢(shì)的頻率f恒定，而頻率f與轉(zhuǎn)速n成正比，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不能隨便調(diào)整的。因此，主要通過(guò)調(diào)節(jié)同步交流發(fā)電機(jī)磁通量的大小，達(dá)到調(diào)整其輸出電壓的目的。 3、電動(dòng)勢(shì)的頻率 ● 當(dāng)發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)一定時(shí)(如P=1)，其轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，電樞繞組可產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周，產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)，苦轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)n/60周，則產(chǎn)生n/60周/s的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知，交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。 ● 當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)(如n=1周/s)，磁極對(duì)數(shù)P=1，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。磁極對(duì)數(shù)P=2，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若為P對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生P個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知，交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f還與磁極對(duì)數(shù)P成正比。 綜上所述，同步交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的頻率f與其轉(zhuǎn)速n 和磁極對(duì)數(shù)P成正比，因此f的計(jì)算公式為： F=P*n/60 (周/s) 改變同步交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或磁極對(duì)數(shù)P,均可改變其頻率f。但是，發(fā)電機(jī)制成后，其磁極對(duì)數(shù)P是不能改變的因此,只能通過(guò)改變轉(zhuǎn)速n來(lái)調(diào)整頻率f。一旦頻率f達(dá)到額定值后，就不能再隨便改變轉(zhuǎn)速n。 4、改善電動(dòng)勢(shì)波形的措施 根據(jù)要求，同步交流發(fā)電機(jī)輸出電壓應(yīng)為正弦波。但是，由于發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)、磁極結(jié)構(gòu)、電樞繞組結(jié)構(gòu)、三相發(fā)電機(jī)電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動(dòng)勢(shì)的波形會(huì)產(chǎn)生畸變，形成非正弦交流電動(dòng)勢(shì)。 非正弦交流電動(dòng)勢(shì)中除含有基波分量外，還含有頻率不同的許多高次諧波分量。不僅嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的性能和工況，還影響用電設(shè)備的正常工作。因此，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機(jī)時(shí)，采取了諸多方法，改善電動(dòng)勢(shì)波形，使其成為正弦波。其具體方法有：改善磁極形狀、采用斜槽定子、改善定子繞組結(jié)構(gòu)和三相發(fā)電機(jī)采用星形接法。 （1）改善磁極形狀：磁極的分布規(guī)律由磁極的形狀決定，將磁極尖削尖或采用扭斜磁極，使磁通密度B近似按正弦規(guī)律分布，進(jìn)而使電動(dòng)勢(shì)成為正弦波； （2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個(gè)槽距的位置，使其成為斜糟定子，無(wú)論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至何種位置，磁極端畫(huà)所覆蓋的鐵芯齒面積始終保持不變，這樣可齒諧波的影響； （3）改善定子繞組結(jié)構(gòu)：同步交流發(fā)電機(jī)通常采用短距分布式繞組結(jié)構(gòu)，可或削弱許多高次諧波分量，使電動(dòng)勢(shì)接近于正弦波； （4）三相發(fā)電機(jī)采用星形接法：三相同步發(fā)電機(jī)的三相電樞繞組采用星形接法，其線電壓中將不再含有三次及三的整倍數(shù)次諧波分量·改善線電壓的波形。 5、同步交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率的產(chǎn)生方式，稱為其勵(lì)磁方式。同步交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式有他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種。 （1）他勵(lì)式：勵(lì)磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發(fā)電機(jī)稱為:他勵(lì)式發(fā)電機(jī)。根據(jù)獲得勵(lì)磁功率形式的不同，他勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)又有采用血流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁和采用無(wú)刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁之分。其中、采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是靠同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的；采用無(wú)刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是由同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的。 （2）自勵(lì)式：勵(lì)磁功率由本身供給的發(fā)電機(jī)稱為自勵(lì)式發(fā)電機(jī)。其勵(lì)磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發(fā)電機(jī)輸出端取得，由安裝在同步交流發(fā)電機(jī)的定子槽中的副繞組供給；發(fā)電機(jī)電樞繞組為帶抽頭式的，由抽頭處引出部分電樞繞組供給。 綜上所述，無(wú)論是他勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，還是自勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，改變勵(lì)磁電流的大小，均可調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

提高柴油發(fā)電機(jī)接地系統(tǒng)重視是保證人員操作的關(guān)鍵因素 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不同的市電供電網(wǎng)絡(luò)，雖然柴油發(fā)電機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是其接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)范，再則山于許多柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)地接地設(shè)計(jì)并沒(méi)有完全由專業(yè)的供電管理部門(mén)的監(jiān)督管理，致使在實(shí)際的應(yīng)用中，使柴油發(fā)電機(jī)的接地系統(tǒng)正確設(shè)計(jì)往往被忽略。如何做好柴油發(fā)電機(jī)的系設(shè)計(jì)和施工，是值得我們注意的問(wèn)題，往往大家在實(shí)際工作中， 并沒(méi)有對(duì)此問(wèn)題予以高的重視。因?yàn)楦饔孟到y(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間和機(jī)會(huì)都有限，所以由此而產(chǎn)生的問(wèn)題會(huì)少，但是我們也并不能因此而認(rèn)為已經(jīng)做得沒(méi)問(wèn)題了。如國(guó)接地系統(tǒng)處理不當(dāng)可能會(huì)造成設(shè)備的損壞和人員傷害的風(fēng)險(xiǎn)。如何保證提供的供電服務(wù)是合格的電源，在各種狀況下不會(huì)對(duì)客戶造成威脅，其中接地系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)和施工是非常值得考慮的。接地系統(tǒng)的一個(gè)龐大的系統(tǒng)，我們這里不討論如何做接地網(wǎng)，這個(gè)一般是由大樓設(shè)計(jì)方負(fù)責(zé)完成的。如果你是一個(gè)小型電站的承包方，那么這一點(diǎn)也是你應(yīng)該考慮的。本文主要介紹發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與接地網(wǎng)之問(wèn)的連接。接地其實(shí)分為系統(tǒng)接地和設(shè)各接地，設(shè)備接地就是把發(fā)電機(jī)的外殼、底座與接地網(wǎng)用軟電纜或柔性銅排與接地網(wǎng)進(jìn)行連接，確保外殼與地網(wǎng)之間等電位，在系統(tǒng)發(fā)生接地的時(shí)候不會(huì)對(duì)人身造成威脅，沒(méi)備的接地要可靠，而且 有多處進(jìn)行可靠連接。系統(tǒng)接地時(shí)指發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)與地網(wǎng)之間的連接。低壓發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的接地比較簡(jiǎn)單，GB14050將接地方式分為T(mén)N、TT、TI三種接地方式 TN系統(tǒng) 電源端有一個(gè)直接接地，電氣裝置的外露導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)中性導(dǎo)體或保護(hù)導(dǎo)體連接到此接地點(diǎn)。根據(jù)中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體的組合情況，TN糸統(tǒng)的型式有以下三種： 1、在實(shí)際應(yīng)用中，市電提供的三相五線制的接線方式就是這種接法。 2、如果系統(tǒng)中采用的三相些線制接法，PEN合并在一起，則屬十此類解法。 3、TT系統(tǒng)電源端有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源的接地點(diǎn)。 TI系統(tǒng)電源端的帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地。以上的接地系統(tǒng)方式也適用于低壓發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，但是由于存在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和市電供電兩個(gè)系統(tǒng)，所以如何選擇作接地則成為一個(gè)認(rèn)真對(duì)待。如果市電供電系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的換采用了4極ATS，那么可以認(rèn)為這是兩個(gè)獨(dú)立電力系 統(tǒng)，其接地應(yīng)該各自單獨(dú)考慮，無(wú)論是采用三相四線還是三相五線的配電方式，發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)要與地網(wǎng)進(jìn)行還接。除非供電方式采用的TI系統(tǒng)。 當(dāng)市電供電系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的切報(bào)采用了3極ATS，一般這時(shí)發(fā)電機(jī)的接地由市電側(cè)提供，發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)在就地不要與地網(wǎng)進(jìn)行連接，其只能通過(guò)巾電側(cè)的N線接地，注意在市電設(shè)備檢修的時(shí)候不要斷開(kāi)市電N線與地網(wǎng)的連接，否則會(huì)造成各用電源系統(tǒng)在接地?cái)嚅_(kāi)的情況下運(yùn)行：許多安裝人員對(duì)于接地系統(tǒng)的重要性認(rèn)識(shí)不足，且不知道如何處理接地問(wèn)題。發(fā)電機(jī)廠家一般都提供發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)，有的中性點(diǎn)出廠時(shí)就與外殼連接，有的則沒(méi)有連接，出于懸空狀態(tài)，在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的施工過(guò)程中一定要咨詢甲方的工程技術(shù)人員明確系統(tǒng)的接地方式，按照施工圖紙進(jìn)行接地處理。 如果發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)沒(méi)有接地和引出，則無(wú)法提供單相負(fù)荷的正確使用，誤將沒(méi)有N線的電源接入單相負(fù)載，則可能造成設(shè)備的損壞。在3極ATS的應(yīng)用中，如果市電己經(jīng)提供了系統(tǒng)接地，那么柴油發(fā)電機(jī)內(nèi)部的接地就要取消，否則會(huì)造成多點(diǎn)接地，會(huì)在發(fā)生相接地障時(shí)影響系統(tǒng)的接地保戶動(dòng)作。 本文簡(jiǎn)單介紹了低壓系統(tǒng)的接地，旨在幫助大家提高對(duì)實(shí)際工作中遇到的接地系統(tǒng)重視，如果有任何疑問(wèn)一定要與客戶進(jìn)行交流，不可在故意回避接地問(wèn)，因?yàn)橄到y(tǒng)接地是涉及系統(tǒng)運(yùn)行中涉及到設(shè)備可靠運(yùn)行和人員操作的關(guān)鍵因素。

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