湖北咸寧柴油發(fā)電機的工作原理 工作原理 一、湖北咸寧柴油發(fā)電機組生成機理： 湖北咸寧柴油發(fā)電機組中常用的發(fā)電機為同步交流發(fā)電機，是以電磁感應為基礎的旋轉式機械。根據(jù)其結構特點可分為旋轉電樞式和旋轉磁極式兩種。 在柴油機汽缸內，經過空氣濾清器過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，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，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過連桿變成了推動曲軸轉動的力量，從而帶動曲軸旋轉。 將無刷同步交流發(fā)電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉帶動發(fā)電機的轉子，利用‘電磁感應’原理，發(fā)電機就會輸出感應電動勢，經閉合的負載回路就能產生電流。 湖北咸寧柴油發(fā)電機組工作結構圖 二、交流發(fā)電機生成機理 以旋轉電樞式同步發(fā)電機為例介紹柴油機組中發(fā)電機的工作原理。 旋轉磁極式發(fā)電機產生電動勢的原理與旋轉電樞式相同，都是電磁感應現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點： （1）產生感應電流的方式：旋轉電樞式發(fā)電機通過電樞的旋轉使閉合線圈的磁通量變化，從而產生感應電流；旋轉磁極式發(fā)電機則通過磁極的旋轉使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產生感應電流。 （2）電力輸出方式：旋轉電樞式發(fā)電機通過電刷和集電環(huán)向外接電路供電；而旋轉磁極式發(fā)電機則直接將電力送往外接電路，因此相對于旋轉電樞式、旋轉磁極式發(fā)電機可提供電高的電壓，適用于大型發(fā)電機。 1、電動勢的產生 ● 當導體切割磁場的磁力線時，會在導體中產生感應電動勢。 ● 線圈abcd代表整個電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉軸上的滑環(huán)1和2上，兩者同軸旋轉，且相對位置和連接關系不隨轉子位置的變化而變化。電刷A和B通過刷架固定在發(fā)電機的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動接觸關系不變。 ● 當電樞沿順時針方向旋轉，ab邊處于N極下時、山邊的感應電動勢方向為由c至d，并設此時電動勢方向為正方向;當電樞旋轉180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時ab和cd邊中的電動勢均改變方向，顯然此時電動勢為負值。 由上述過程可知，對于一對磁極的單向同步交流發(fā)電機、其轉子旋轉一周，在電樞繞組中產生一個周波的交流電動勢。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布，則可產生正弦交流電動勢。而對于三相同步交流發(fā)電機、其各項繞組產生交流電動勢的原理與單項同步交流發(fā)電機完全相同。 2、電動勢的大小 根據(jù)電磁感應定律,當導體與磁場發(fā)生相對運動時、導體中的感應電動勢e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——導體在磁場中的有效長度； ● V——導體垂直于磁場方向的運動速度。 而正弦交流電動勢的有效值E計算： E=Kn ● 式中n——發(fā)電機轉速； ● K——發(fā)電機的結構常數(shù)。 同步交流發(fā)電機制成后，其結構常數(shù)K已成定值。因此，可通過改變發(fā)電機的轉速n或每極磁通來調整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動勢的頻率f恒定，而頻率f與轉速n成正比，所以發(fā)電機的轉速是不能隨便調整的。因此，主要通過調節(jié)同步交流發(fā)電機磁通量的大小，達到調整其輸出電壓的目的。 3、電動勢的頻率 ● 當發(fā)電機磁極對數(shù)一定時(如P=1)，其轉子每旋轉一周，電樞繞組可產生一個周波的交流電動勢。轉子旋轉兩周，產生兩個周波的交流電動勢，苦轉子每秒旋轉n/60周，則產生n/60周/s的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f與發(fā)電機轉速n成正比。 ● 當發(fā)電機的轉速一定時(如n=1周/s)，磁極對數(shù)P=1，轉子每旋轉一周產生一個周波的交流電動勢。磁極對數(shù)P=2，轉子每旋轉一周產生兩個周波的交流電動勢。若為P對磁極，轉子每旋轉一周產生P個周波的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f還與磁極對數(shù)P成正比。 綜上所述，同步交流發(fā)電機電動勢的頻率f與其轉速n 和磁極對數(shù)P成正比，因此f的計算公式為： F=P*n/60 (周/s) 改變同步交流發(fā)電機的轉速n或磁極對數(shù)P,均可改變其頻率f。但是，發(fā)電機制成后，其磁極對數(shù)P是不能改變的因此,只能通過改變轉速n來調整頻率f。一旦頻率f達到額定值后，就不能再隨便改變轉速n。 4、改善電動勢波形的措施 根據(jù)要求，同步交流發(fā)電機輸出電壓應為正弦波。但是，由于發(fā)電機定子鐵芯結構、磁極結構、電樞繞組結構、三相發(fā)電機電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動勢的波形會產生畸變，形成非正弦交流電動勢。 非正弦交流電動勢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。不僅嚴重影響發(fā)電機的性能和工況，還影響用電設備的正常工作。因此，在設計、生產同步交流發(fā)電機時，采取了諸多方法，改善電動勢波形，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、改善定子繞組結構和三相發(fā)電機采用星形接法。 （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，進而使電動勢成為正弦波； （2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個槽距的位置，使其成為斜糟定子，無論轉子旋轉至何種位置，磁極端畫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）改善定子繞組結構：同步交流發(fā)電機通常采用短距分布式繞組結構，可或削弱許多高次諧波分量，使電動勢接近于正弦波； （4）三相發(fā)電機采用星形接法：三相同步發(fā)電機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)電機勵磁方式 發(fā)電機勵磁功率的產生方式，稱為其勵磁方式。同步交流發(fā)電機的勵磁方式有他勵式和自勵式兩種。 （1）他勵式：勵磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發(fā)電機稱為:他勵式發(fā)電機。根據(jù)獲得勵磁功率形式的不同，他勵式交流發(fā)電機又有采用血流勵磁機勵磁和采用無刷交流勵磁機勵磁之分。其中、采用直流勵磁機勵磁是靠同軸轉動的并勵直流發(fā)電機供給勵磁功率的；采用無刷交流勵磁機勵磁是由同軸轉動的交流勵磁發(fā)電機供給勵磁功率的。 （2）自勵式：勵磁功率由本身供給的發(fā)電機稱為自勵式發(fā)電機。其勵磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發(fā)電機輸出端取得，由安裝在同步交流發(fā)電機的定子槽中的副繞組供給；發(fā)電機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，無論是他勵式同步交流發(fā)電機，還是自勵式同步交流發(fā)電機，改變勵磁電流的大小，均可調整發(fā)電機的輸出電壓。

關于湖北咸寧柴油發(fā)電機組節(jié)能與環(huán)?？偸? 標準GB/T2820.1一1997《往復式內燃機驅動的交流發(fā)電機組》第1部分標準9排放中規(guī)定：“當發(fā)電機組運行時，會產生包括噪聲、振動、熱輻射、廢氣和電磁干擾等排放物。任何有關保護環(huán)境和人員與的適用法規(guī)由制造廠和用戶商定產品性能要求時考慮。”環(huán)保機組定義：將同時考慮到噪聲、振動、熱輻射，廢氣和電磁干擾等排放物對環(huán)境因素有影響的機組稱為環(huán)保機組。 國標對環(huán)保機組要求：振動小、噪聲低、電磁輻射低、熱輻射小、排放污染輕。 另外 標準GB/2819一1995《移動電站通用技術條件》（Mobileelectricpowerplant,Specificationfor）對環(huán)境污染做了一定的限定。其中第4.9條污染環(huán)境的限值中有相應的規(guī)定。 1）振動 電站應根據(jù)需要設置減震裝置；電站運行時振動的單振幅應不大于0.3mm或0.5mm；使用增壓柴油機、單缸和兩缸柴油機、單缸汽油機的電站，其振幅值應符合產品技術條件的規(guī)定。 2）噪聲 電站的噪聲允許值應符合噪聲允許值中的規(guī)定，增壓柴油機組電站和低噪聲電站的允許值按產品技術條件的規(guī)定執(zhí)行。 3）無線電干擾 對有抑制無線電干擾要求的電站，應有抑制無線電干擾的措施，其干擾值不大于有關標準中的規(guī)定值。頻率為0.15～3000MHz;端子干擾電壓為3000μv～400μv;干擾場強為100～50μV/m。 4）有害物質濃度 有相應要求時，電站排出的有害物質允許濃度按產品技術條件的規(guī)定。 5）煙度 有相應要求時，電站的排氣煙度按產品技術條件的規(guī)定。 煙度要求：因湖北咸寧柴油發(fā)電機排氣量較汽油機排氣量要大，而且排煙問題較嚴重。下面針對機組原動機為湖北咸寧柴油發(fā)電機的電源車輛來討論。排煙是由于不完全燃燒所得到的懸浮在湖北咸寧柴油發(fā)電機排氣中可見的白色、藍色、黑色顆粒物。白色通常由水蒸氣或液體燃料蒸汽凝聚而成：藍色通常是因燃料或機油不完全燃燒所得到的微粒：黑色主要由炭粒組成，其顆粒尺寸常小于1μm。這些排出的顆粒物能夠吸收、反射和折射光線。 煙度是表征湖北咸寧柴油發(fā)電機排氣中顆粒物濃度的參量。煙度是指容量排氣所透過的濾紙的染黑度。 我國對不同排氣量的湖北咸寧柴油發(fā)電機排氣煙度允許值為4.5～4.0波許單位。通常規(guī)定白色濾紙的吸光率為0波許單位，全黑濾紙的吸光率為10波許單位，0～10均勻分度。 機組運轉時，振動、噪聲、排放和輻射等是相互關聯(lián)的。發(fā)電機組是一個大型供電系統(tǒng)，它由若干分系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)之間是相互關聯(lián)的。在分析與研究環(huán)保問題時，同時應與機組發(fā)動機燃料、燃燒、配氣、機械運轉等環(huán)節(jié)相聯(lián)系。另外，這些對環(huán)境有影響的因素又是互相聯(lián)系的。機組運轉就必然的有振動，振動自然就會產生噪聲；燃料燃燒必然產生熱量、廢氣和燃燒噪聲；熱量的產生必然有熱輻射；由于燃料的燃燒不完全和雜質等，就必然產生空氣污染問題，即使是完全燃燒生成大量的C02，對環(huán)境也有較大影響。由于發(fā)電機組中發(fā)電機是電磁機械，因而就必然有電磁輻射，形成對其他電子設備的電磁干擾。因而，解決湖北咸寧柴油發(fā)電機組環(huán)保問題時，應該用互相聯(lián)系的觀點來研究機組環(huán)保問題。例如：在機組設計隔聲罩時同時考慮電磁屏蔽。如用帶夾層的雙層或多層金屬外殼制造聲罩，中間有水或其他介質冷卻，既可以隔聲，也可以進行電磁屏蔽，還可以有效降低熱輻射。同時增強了機組在風沙、大雨、高溫、嚴寒等惡劣環(huán)境下的供電能力。對于湖北咸寧柴油發(fā)電機組來講突出的環(huán)保問題是振動、噪聲和廢氣。