柴油发电机工作原理.docx

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柴油发电机工作原理

柴油发电机工作原理

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。

发电机{直流发电机、交流发电机{同步发电机、异步发电机（很少采用）　　交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

直流发电机的工作原理

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。

这种电磁情况表示在图上。

由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势（说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势）。

因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。

同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。

如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。

这就是直流发电机的工作原理。

同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。

铁芯具有吸引磁力线的作用（因为其磁阻很小），发电机电枢线圈是放在定子铁芯槽中的，磁场N-S的磁力线将被吸引，穿过定子铁芯后闭合。

磁场的磁力线转动时，也就被电枢线圈切割了，自然就产生了电动势和电流。

异步电机一般定子通电，转子有感应电势，所以我们也称异步电机为感应电机。

转子的转速与同步转速总是有一定的差异，这才叫异步电机的。

同步电机是定转子都要通电，而且转子的转速与同步转速一直是一样的，所以叫同步电机。

电机励磁方式

　　旋转电机中产生磁场的方式。

现代电机大都以电磁感应为基础，在电机中都需要有磁场。

这个磁场可以由永久磁铁产生，也可以利用电磁铁在线圈中通电流来产生。

电机中专门为产生磁场而设置的线圈组称为励磁绕组。

由于受永磁材料性能的限制，利用永久磁铁建立的磁场比较弱，它主要用于小容量电机。

但是随着新型永磁材料的出现，特别是高磁能积的稀土材料如稀土钴、钕铁硼的出现，容量达百千瓦级的永磁电机已开始研制。

　　一般的电机多采用电流励磁。

励磁的方式分为他励和自励两大类。

　　他励由独立的电源为电机励磁绕组提供所需的励磁电流。

例如用独立的直流电源为直流发电机的励磁绕组供电；由交流电源对异步电机的电枢绕组供电产生旋转磁场等等。

前者为直流励磁，后者为交流励磁。

同步电机按电网的情况,可以是转子的励磁绕组直流励磁,也可以定子上由电网提供交流励磁，一般以直流励磁为主。

如直流励磁不足，则从电网输入滞后的无功电流对电机补充励磁；如直流励磁过强，则电机就向电网输出滞后的无功电流,使电机内部磁场削弱。

采用直流励磁时,励磁回路中只有电阻引起的电压降,所需励磁电压较低,励磁电源的容量较小。

采用交流励磁时，由于励磁线圈有很大的电感电抗，所需励磁电压要高得多，励磁电源的容量也大得多。

　　他励式励磁电源，原来常用直流励磁机。

随着电力电子技术的发展，已较多地采用交流励磁机经半导体整流后对励磁绕组供电的方式励磁。

励磁调节可以通过调节交流励磁机的励磁电流来实现；也可以在交流励磁机输出电压基本保持不变的情况下，利用可控整流调节。

后者调节比较快速，还可以方便地利用可控整流桥的逆变工作状态达到快速灭磁和减磁，从而取消常用的灭磁开关。

前一种方式，整流元件为二极管，如把它和交流励磁机电枢绕组、同步电机励磁绕组一起都装在转子上，则励磁电流就可以直接由交流励磁机经整流桥输入励磁绕组,不再需要集电环和电刷，可构成无刷励磁系统,为电机的运行、维护带来很多方便。

当然整流元件、快速熔断器等器件在运行中均处于高速旋转状态，要承受相当大的离心力，这在结构设计时必须加以考虑。

自励

利用电机自身所发电功率的一部分供应本身的励磁需要。

电机采用自励时，不需要外界单独的励磁电源,设备比较简单。

但如果原先电机内部没有磁场,它就不可能产生电动势，也就不可能进行自励。

所以实现自励的条件是电机内部必须有剩磁。

　　自励系统又可分为并励和复励两种。

并励指仅由同步电机的电压取得能量的自励系统，复励指由同步电机的电压及电流两者取得能量的自励系统。

　　　　　　异步发电机的自励交流励磁的异步发电机也可以进行自励。

其交流励磁电流须由电容器供给,利用LC并联谐振的原理建立电压。

与直流发电机一样，要实现自励，电机铁心中必须有剩磁，利用剩磁在电枢绕组中产生电动势对电容负载供电，输出容性电流。

由于输出相位超前的容性电流，相当于输入滞后的感性电流，它具有助磁作用，使电机气隙磁场加强，从而增大电机的感应电动势和容性电流。

最后由于磁路饱和的影响，电机的电压稳定在空载特性和电容特性的交点上（图5）。

它建立电压的过程与自励直流发电机十分相似。

只是用电容特性代替了电阻特性。

电容特性的斜率为。

为保证异步发电机能自励建压，需要有足够的电容，当电容小到临界值Ccr时,电容特性与无载特性重合，电机就不能稳定发电。

再减小电容，电机就不能自励建立电压。

　　同步电机的励磁励磁系统除了应该能维持电机电压以外,还有其他一系列要求,如在调节系统的无功功率和在电力系统发生突然短路、突加负载及甩负载时，能对电机强行励磁或强行减磁，以提高电力系统运行的稳定性和可靠性，当电机内部发生短路事故时能对电机快速灭磁，以防止事故扩大，避免电机进一步损坏等。

所以同步电机的励磁系统比较复杂，种类繁多，其分类列于表。

　　同步电机励磁系统的分类如下：

　　同步电机的励磁系统由励磁电源、手动调节装置、自动励磁调节器和灭磁装置等组成。

励磁电源也分为自励式和他励式两大类。

他励式设备比较庞大，但调节性能较好，而自励式电源比较简单，但是当电力系统发生故障，电网电压严重下降时，其励磁电流可能反而减少，使电网电压情况更为恶化。

励磁电压影响电机运行的稳定性，为此必须采取适当的设备保护措施。

　　自励式励磁电源取自同步电机内部的辅助绕组或直接取自同步电机本身的出线端。

同步电机自励式励磁系统中，自动励磁调节器是重要部件。

它的作用是当同步电机的端电压和无功功率发生变化时，能根据电压量测比较单元和无功补偿（调差）单元送回的反馈信号，自动地控制励磁机或其他励磁供电电源的输出电流，达到自动调节端电压和无功功率的目的。

此外，调节器中还有一些辅助调节装置，例如用以限制发电机某些运行量（如转子电流，定子电流等）的限制单元；通过引入转速或频率等附加信号来改善电子系统动态性能的稳定单元和其他补偿单元等。

此外，还有灭磁装置，它是在电机内部发生短路时,使电机的励磁电流迅速衰减到零,从而使电机的感应电动势降到很低，以避免进一步损坏。