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柴油发电机的工作原理
工作原理
一、柴油发电机组生成机理:
柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机,是以电磁感应为基础的旋转式机械。根据其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。
在柴油机汽缸内,经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合,在活塞上行的挤压下,体积缩小,温度迅速升高,达到柴油的燃点。柴油被点燃,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行,称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。
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。
柴油发电机组工作结构图
二、交流发电机生成机理
以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。
旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同,都是电磁感应现象。而主要区别有两点:
(1)产生感应电流的方式:旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化,从而产生感应电流;旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线,从而在定子线圈中产生感应电流。
(2)电力输出方式:旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电;而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路,因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压,适用于大型发电机。
1、电动势的产生
● 当导体切割磁场的磁力线时,会在导体中产生感应电动势。
● 线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端分别固定在同一转轴上的滑环1和2上,两者同轴旋转,且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。
● 当电枢沿顺时针方向旋转,ab边处于N极下时、山边的感应电动势方向为由c至d,并设此时电动势方向为正方向;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下,cd边处于N极下,此时ab和cd边中的电动势均改变方向,显然此时电动势为负值。
由上述过程可知,对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周,在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布,则可产生正弦交流电动势。而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。
2、电动势的大小
根据电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得:
E=BLV
● B——磁通密度;
● L——导体在磁场中的有效长度;
● V——导体垂直于磁场方向的运动速度。
而正弦交流电动势的有效值E计算:
E=Kn
● 式中n——发电机转速;
● K——发电机的结构常数。
同步交流发电机制成后,其结构常数K已成定值。因此,可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的高傲。但是,通常情况下要求电动势的频率f恒定,而频率f与转速n成正比,所以发电机的转速是不能随便调整的。因此,主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小,达到调整其输出电压的目的。
3、电动势的频率
● 当发电机磁极对数一定时(如P=1),其转子每旋转一周,电枢绕组可产生一个周波的交流电动势。转子旋转两周,产生两个周波的交流电动势,苦转子每秒旋转n/60周,则产生n/60周/s的交流电动势。由此可知,交流电动势的频率f与发电机转速n成正比。
● 当发电机的转速一定时(如n=1周/s),磁极对数P=1,转子每旋转一周产生一个周波的交流电动势。磁极对数P=2,转子每旋转一周产生两个周波的交流电动势。若为P对磁极,转子每旋转一周产生P个周波的交流电动势。由此可知,交流电动势的频率f还与磁极对数P成正比。
综上所述,同步交流发电机电动势的频率f与其转速n 和磁极对数P成正比,因此f的计算公式为:
F=P*n/60 (周/s)
改变同步交流发电机的转速n或磁极对数P,均可改变其频率f。但是,发电机制成后,其磁极对数P是不能改变的因此,只能通过改变转速n来调整频率f。一旦频率f达到额定值后,就不能再随便改变转速n。
4、改善电动势波形的措施
根据要求,同步交流发电机输出电压应为正弦波。但是,由于发电机定子铁芯结构、磁极结构、电枢绕组结构、三相发电机电枢绕组的连接形式等因素的影响,电动势的波形会产生畸变,形成非正弦交流电动势。
非正弦交流电动势中除含有基波分量外,还含有频率不同的许多高次谐波分量。不仅严重影响发电机的性能和工况,还影响用电设备的正常工作。因此,在设计、生产同步交流发电机时,采取了诸多方法,改善电动势波形,使其成为正弦波。其具体方法有:改善磁极形状、采用斜槽定子、改善定子绕组结构和三相发电机采用星形接法。
(1)改善磁极形状:磁极的分布规律由磁极的形状决定,将磁极尖削尖或采用扭斜磁极,使磁通密度B近似按正弦规律分布,进而使电动势成为正弦波;
(2)采用斜槽定子:将定子铁芯扭斜一个槽距的位置,使其成为斜糟定子,无论转子旋转至何种位置,磁极端画所覆盖的铁芯齿面积始终保持不变,这样可齿谐波的影响;
(3)改善定子绕组结构:同步交流发电机通常采用短距分布式绕组结构,可或削弱许多高次谐波分量,使电动势接近于正弦波;
(4)三相发电机采用星形接法:三相同步发电机的三相电枢绕组采用星形接法,其线电压中将不再含有三次及三的整倍数次谐波分量·改善线电压的波形。
5、同步交流发电机励磁方式
发电机励磁功率的产生方式,称为其励磁方式。同步交流发电机的励磁方式有他励式和自励式两种。
(1)他励式:励磁功率由本身以外的其他电源供给,这种发电机称为:他励式发电机。根据获得励磁功率形式的不同,他励式交流发电机又有采用血流励磁机励磁和采用无刷交流励磁机励磁之分。其中、采用直流励磁机励磁是靠同轴转动的并励直流发电机供给励磁功率的;采用无刷交流励磁机励磁是由同轴转动的交流励磁发电机供给励磁功率的。
(2)自励式:励磁功率由本身供给的发电机称为自励式发电机。其励磁功率一般由以下三种方法获得:直接从同步交流发电机输出端取得,由安装在同步交流发电机的定子槽中的副绕组供给;发电机电枢绕组为带抽头式的,由抽头处引出部分电枢绕组供给。
综上所述,无论是他励式同步交流发电机,还是自励式同步交流发电机,改变励磁电流的大小,均可调整发电机的输出电压。
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不可不知发电机使用的柴油特性
众所周知,要想马儿跑,就要给马儿吃草。对于发电机来说,亦是如此。柴油发电机的运转,是离不开柴油的。但是我相信,没有多少人真正的了解柴油。那么今天,小编就结合自身多年的从业经验,给大家详细的解答一下吧。
柴油机所用的主要燃料—柴油,有以下特点:自燃点低、本地粘度大、本地密度大,闪动高、本地性能稳定,在运输和存储过程中易挥发和变质,使用,成本低。包括发动机燃料在内的许多产品都可以从原油中提炼出来。通常是通过蒸馏使原油中的所有碳氢化合物汽化提取柴油等燃料在内的许多产品都可以从原油中提炼出来。通常是通过蒸馏使原油中的所有碳氢化合物汽化提取出柴油。根据各种型号柴油机使用要求不同,对所有的燃料性能提出不同要求,因此,柴油有多种牌号。
十六烷值:十六烷值是评定柴油自燃性的指标。自燃型好坏,直接影响着柴油机燃烧过程的质量和工作性能。柴油的十六烷值高,自燃性差,使柴油机运转粗暴,并造成起动困难。但并不能说十六烷值越高越好。因为十六烷值太高,柴油机运转粗暴,并造成起动困难。但并不能说十六烷值越高越好。因为十六烷值太高,柴油的稳定性差,喷入燃烧室后,来不及与空气充分混合就着火,使柴油在高温下产生裂解分离出大量的游离碳,随废气气体排出,产生冒烟现象,造成燃料消耗增加。因此,要求具有适当的十六烷值,一般高速柴油机所用柴油的十六烷值为40-60.
馏程:柴油喷入汽缸是在激化以后再着火燃烧的,因此柴油的蒸发性好坏对柴油机燃烧过程有着重大影响。馏程表示柴油的蒸发性。馏程温度低(即轻馏分燃料含量大),燃料与空气能够很好的混合,柴油机也容易起动。但轻馏分燃料容易过早地蒸发,造成同时燃烧的燃料过多,使柴油机工作粗暴。反之,重馏分燃料的黏度大,雾化不良,汽化缓慢,容易造成燃烧不完全而产生严重积炭现象。因此,要求柴油的轻、本地重馏分含量都不能过多,馏程范围应小。
运动黏度:黏度表示柴油的流动性,黏度对燃油的雾化和燃料供给系统正常的工作有着密切关系,黏度过高,燃油在管路和滤清器内流动阻力加大,喷雾恶化,燃烧不良。而黏度过低,使柴油系统内的精密偶件润滑条件恶化,加速零件磨损,并增加漏油量。黏度和稳定有很大关系,温度越低黏度越大,冬天柴油黏度会增大,甚至在管路中流动也有困难。故在低温下使用时,应进行适当预热。
凝点:柴油的黏度随温度下降而增大,当下降到某一温度时,柴油中含有的高分碳氢化合物便产生结晶,使柴油失去流动性,此时温度叫做凝固定(固定)。标准轻柴油的牌号就是根据固定而命名的,共分为10号、本地0号、本地-10号、本地-20号、本地-35号、本地-50号六种。如-10号轻柴油的凝点为-10℃。柴油的凝点高,在温度低的环境下工作时,很容易引起油路和滤清器堵塞,产生供油不足,甚至中断供油。因此,使用中必须根据环境温度条件,选用适当牌号的柴油。
除上述主要指标外,标准中对柴油含的有害成分作了限制规定。例如,残炭、本地灰分、本地碳含量、本地机械杂质、本地水分、本地酸度、本地水溶性酸或碱和实际胶质等。上述成分对柴油机零件的正常工作均会产生不同程度的影响。
综上所述,对高速柴油机燃料的要求是:具有较低的自燃温度,使柴油容易起动和工作柔和,应有较低的凝点和一定的黏度;各种有害杂质应少。
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柴油发动机过冷或过热会造成什么样的危害
(1)发动机过热的危害
①充气效率降低,导致发动机功率下降。
②早燃和爆燃的倾向加大,破坏了发动机的正常工作、同城同时也促使零件承受额外的冲击载荷而造成早期损坏。
③运动件间的正常间隙被破坏,使零件不能正常运动,甚至损坏。
④金属材料的力学性能降低,造成零件的变形及损坏。
⑤润滑情况恶化,加剧了零件的摩擦和磨损。发动机的冷却,如果单纯依靠零件本身对外散热是不够的,必须对某些零件特别是与高温气体直接接触的零件进行必要的强制冷却,才能保证发动机正常运转。但是,过分的冷却也会引起不良后果。
(2)发动机过冷的危害
①进入汽缸的可燃混合气(或空气)温度太低,使点燃困难或燃烧迟缓,造成发动机功率下降以及燃料消耗量增加。
②润滑油的黏度增大,造成润滑不良,加剧了零件的磨损,同时增大了功率消耗。
③燃烧后的生成物中的水蒸气易冷凝成水与酸性气体形成酸类,加重了对零件特别是汽缸壁的侵蚀作用。
④因温度过低而未汽化的燃料对摩擦表面(汽缸壁、同城活塞、同城活塞环等)上油膜的冲刷以及对润滑油的稀释,加重了对零件的磨损。
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目前常用的柴油发电机电火线圈可分为哪两种形式呢
点火线圈是用来将电源的低压电转变成高压电的基本元件,它由一次绕组、当地二次绕组和铁芯等组成。常用的电火线圈可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种形式。
(1)开磁路点火线圈
开磁路点火线圈的结构:点火线圈的铁芯由若干片涂有绝缘漆的硅钢片叠成,二次绕组和一次绕组都套在柱形铁芯上。
点火线圈的二次绕组用直径为0.06~0.10m的漆包线,在绝缘纸上绕11000~23000匝;一次绕组用直径为0.5、当地1mm的漆包线,在二次绕组绝缘层的外侧绕240~370匝。由于一次绕组中流过的电流较大"导致其发热量也大,故绕在二次绕组之外,以利于散热。两个绕组的外面都包有绝缘纸层,在一次绕组之外还套装一个导磁钢套,以减小磁路的磁阻,胶状绝缘物或变压器油之后,用胶木盖盖好,并加以密封。
附加电阻接在两个低压接线柱和之间。在有些机型上使用的点火线圈不带附加电阻,没有接线柱,接线柱直接经点火开关接电源;还有些机型使用的点火线圈上虽然没有附加电阻,但接线柱通过一根专用的附加电阻线接电源,在接线柱上还接有一根导线,导线的另一端接在启动机的附加电阻短路接线柱上,以便在启动发动机时将附加电阻短路,改善启动时的点火性能。
(2)闭磁路点火线圈
开磁路点火线圈采用柱形铁芯,一次绕组在铁芯中产生的磁通,通过导磁钢套形成磁回路,而铁芯上部和下部的磁力线从空气中穿过,磁路的磁阻大,泄漏的磁通量多,磁路损失大,转化率低。闭磁路点火线圈,将一次绕组和二次绕组都绕在口字形或日字形铁芯上。初级绕组在铁芯中产生的磁通,通过铁芯形成闭合磁路,因此泄漏的磁通量和磁路损失大大减小,点火线圈的转换效率高。