【百科】史上最全的柴油发电机讲解

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柴油发电机组工作原理及结构

发电机通常由定子、转子、端盖、轴承等部件组成。定子由定子铁芯、绕组、机座以及固定这些部件的其他结构件组成。转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）绕组、护环、中心环、滑环、风扇和转轴组成。

发电机的定子和转子通过轴承和端盖连接组装，使转子在定子内旋转并作切割磁力线的运动，从而产生感应电势，将其引出通过端子连接在电路中产生电流。

汽轮发电机及汽轮机配套发电机

为了获得较高的效率，汽轮机一般都制成高速，通常为1500转/分钟（频率50赫兹）或1800转/分钟（频率60赫兹）。核电站的涡轮转速相对较低，但仍高于 1,500 rpm。高速汽轮发电机中为了减少离心力引起的机械应力和减少风摩擦，一般将转子直径做得较小，长度较大，即采用细长的转子。

特别是3000转以上的大容量高速机组，由于材料强度的原因，转子直径受到严格限制，一般不能超过1.2米。转子体的长度受到临界转速的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时，转子的第二临界转速将接近电机的运行转速，运行时可能会出现较大的振动。因此，大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格限制。

10万千瓦左右的风冷电机转子尺寸已达到上述极限尺寸。要增大电机容量，只能通过增大电机的电磁负载来实现。为此，必须加强电机的冷却。因此，容量在5万至10万千瓦及以上的汽轮发电机均采用冷却效果较好的氢冷却或水冷却技术。 20世纪70年代以来，水轮发电机的最大容量已达到1.3至150万千瓦。 1986年以来，高临界温度超导材料研究取得重大突破。超导技术有望应用于汽轮发电机，这将创造汽轮发电机发展史上的新飞跃。

将机械能转换成电能的电机。通常由蒸汽轮机、水轮机或内燃机驱动。小型发电机也由风车或其他机械通过齿轮或皮带驱动。

发电机分为两类：直流发电机和交流发电机。

后者可分为同步发电机和异步发电机两种。现代电站中最常用的是同步发电机。这类发电机的特点是采用直流电流励磁，既可以提供有功功率，也可以提供无功功率，以满足各种负载的需要。由于异步发电机没有独立的励磁绕组，因此结构简单，操作方便。但它不能向负载提供无功功率，而且还需要从所连接的电网汲取滞后磁化电流。

因此，异步发电机必须并联其他同步电动机或相当数量的电容器。这就限制了异步发电机的应用范围，只能用于小型自动化。城市有轨电车、电解、电化学等行业使用的直流电源在20世纪50年代之前大多采用直流发电机。但直流发电机带有换向器，其结构复杂、制造费时、价格昂贵、容易出现故障、维护困难、效率不如交流发电机。因此，自从大功率可控整流器出现以来，出现了用交流电通过半导体整流获得直流电来替代直流发电机的趋势。

同步发电机根据所用原动机的不同分为三种类型：汽轮发电机、水力发电机和柴油发电机。它们在结构上的共同点是，除了小型电机采用永磁体产生磁场外，一般磁场都是由承载直流电的励磁线圈产生的，励磁线圈置于转子上，电枢绕组置于转子上。在定子上。由于励磁线圈电压低，功率小，且只有两个端子，易于通过滑环引出；而电枢绕组电压高、功率大，多采用三相绕组，3个或4个端子。 ，放在定子上比较方便。发电机的电枢（定子）铁芯采用硅钢片制成，以减少铁损。由于通过的磁通量保持不变，因此转子铁芯可以由实心钢块制成。在大型电机中，由于转子承受较强的离心力，因此制造转子的材料必须采用优质钢材。

类型：

由于一次能源的形式不同，可以制成不同的发电机。

将水资源与水轮机结合起来，可以制造水力发电机；由于水库容量和水头高度不同，可制成不同容量和转速的水轮发电机。

利用煤炭、石油等资源，与锅炉和涡轮蒸汽机相结合，可以制造涡轮发电机。这些发电机大部分是高速电动机（）。

此外，还有各种类型的利用风能、原子能、地热能、潮汐能等的发电机。

另外，由于工作原理不同，发电机又分为直流发电机、异步发电机和同步发电机。目前广泛使用的大型发电机是同步发电机。

水轮发电机：由水轮机驱动的发电机。

水力发电机是将水的动能和重力势能转化为机械功的动力机械。我国的三峡就是一个很好的例子。就发电而言，核电是最好的选择，但核电比核电污染更大。因此，我国仍然广泛使用煤炭发电。目前，我国煤炭资源紧张，煤炭价格不断上涨。这也是电力短缺的主要原因。

由于水电站的自然条件不同，水电机组的容量和转速差异很大。通常冲击式水轮机驱动的小型水轮发电机和高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中速发电机多采用立式结构（见图）。由于大多数水电站距离城市较远，通常需要通过长输电线路向负载供电。因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了更高的要求：电机参数需要精心选择；转动惯量要求大。因此，水轮发电机的外观与汽轮发电机不同。其转子直径大、长度短。水轮发电机组启动并网时间短，运行安排灵活。除一般发电外，特别适合作为调峰机组和应急备用机组。水轮发电机组最大容量已达70万千瓦。

柴油发电机

柴油机带动发电机运转，将柴油的能量转化为电能。

在柴油机气缸内，经空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油器喷出的高压雾化柴油充分混合。在活塞向上的挤压下，体积收缩，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，推动活塞向下运动，这称为“做功”。各气缸按一定的顺序做功，作用在活塞上的推力通过连杆成为带动曲轴旋转的力，从而带动曲轴旋转。

通过将无刷同步发电机与柴油机曲轴同轴安装，可以利用柴油机的旋转来驱动发电机的转子。利用“电磁感应”原理，发电机将输出感应电动势，并通过闭合负载回路产生电流。 。

柴油发电机 由内燃机驱动的发电机。它启动迅速且易于操作。但内燃机发电成本较高，因此柴油发电机主要作为应急备用电源，或用于移动电站以及大电网尚未到达的地区。柴油发电机的转速通常在1000转以下，容量从几千瓦到几千千瓦，特别是200千瓦以下的机组应用较多。其制造相对简单。柴油机轴上的扭矩输出呈周期性脉动，因此发电机在剧烈振动的条件下工作。因此，柴油发电机的结构部件，特别是转轴，必须具有足够的强度和刚度，以防止这些部件因振动而断裂。另外，为了防止发电机因扭矩脉动而旋转角速度不均匀，造成电压波动和灯光闪烁，还要求柴油发电机的转子具有较大的转动惯量和固有扭振频率。轴系的频率应与柴油机扭矩脉动中任何交变分量的频率相差20%以上，以免发生共振，造成断轴事故。

柴油发电机组主要由柴油机、发电机和控制系统组成。柴油机与发电机的连接方式有两种。一种是柔性连接，利用联轴器将两个部件连接起来。另一种是刚性连接，采用高强度螺栓将两个部件连接起来。发电机的钢连接件与柴油机飞轮盘连接。目前，较常用的是刚性连接。柴油机和发电机连接后，安装在共用底盘上，然后进行组装。各种传感器，如水温传感器，用于向操作员显示柴油机的运行状态。通过这些传感器，可以设置上限。当达到或超过该限值时，控制系统会提前发出警报。如果此时操作人员不采取任何措施，控制系统将自动停止机组。这就是柴油发电机组的自我保护方式。传感器起着接收和反馈各种信息的作用。真正显示这些数据并执行保护功能的是机组本身的控制系统。

风力涡轮机

它是将风能转化为机械功的动力机械，又称风车。从广义上讲，它是一种以太阳为热源、大气为工质的热能利用发动机。风力发电利用自然能源。比柴油发电要好得多。但如果紧急使用的话，还是不如柴油发电机。风电不被视为备用电源，但可以长期使用。