柴油发电机组的管理与应用(二)

柴油发电机组的管理与应用(二)

发电机（通常称为电球）是将机械能转换为交替电流能量的机器，并且是一台生成和输出柴油发电机集的电能的机器。

1发电机的基本结构

在19世纪，英国科学家法拉第（）通过实验发现了电磁诱导现象。当导体的磁线和磁场相对于彼此移动时，导体将诱导电动力。如果连接该导体的两端，当闭合导体相对于磁场切割时，将在导体中产生感应电流。该现象可以通过多种实验方法进行验证，请参见图1所示的实验。

如果原始线圈A与直流电源连接，则线圈将由于电流流过它而产生DC磁场。将 G连接到次级线圈B的两端。线圈A向下移动线圈B的中间时， G的指针将从中心点旋转到一侧。向上移动时， G的指针将摆动到另一侧。这意味着，当线圈A的直流磁场的磁力线从线圈A切割时，或当线圈B中的磁场从没有变化到某物或从小到大时，它将产生诱导的电动力和诱导的电流。此外，诱导的电动力和线圈中诱导电流的方向也随磁场的方向而变化。通过大量的电磁感应实验，当恒定磁场和金属导体线圈相对于彼此切割时，科学家总结了线圈中的电动力：

在公式中，n表示线圈B中有多少圈（也称为转弯）。 Δφ/ΔT是在ΔT时内线圈B圆中磁通量的变化量（表明磁场的强度）。

可以看出，线圈B中诱导的电动力E与线圈A通过中间的向上和向下运动形成的通量变化有关。此外，它也与其运动速度有关。上下移动的速度越快，诱导的电动力e越大。线圈受伤越多，e越大。

法拉第定律告诉我们：如果金属线圈通过磁场并切割了磁力线，或者线圈不移动并且力扫描磁场线通过它，则将在金属线圈的两端之间产生电压。生成器是根据此原理制成的。

根据发电机的基本结构，磁场是固定的（相当于图1中的线圈A），并且金属线圈绕组可旋转以切割磁线（相当于图1中的线圈B），并且电压是从该线圈绕组中得出的（称为涡轮旋转）。具有该结构的发电机称为旋转电枢发电机。由于电枢旋转，因此必须通过刷子和可移动接触中的滑动环将电枢绕组的电流拉出，以提供负载。因此，输出电流和电压不应太大，通常不超过500V，否则将在刷子和滑环之间产生大量火花。这种结构形式的发电机很少使用。

常用的同步发电机结构是，输出电压和电流的绕组（IE，电枢）是固定的（相当于图1中的COIL B），并且产生磁线的线圈绕组旋转（相当于图1中的线圈A），其磁场自然旋转。这称为旋转磁场发生器。发电机转子部件仅生成直流磁场，并消除滑环和刷子。定子部分具有更多的空间，该空间嵌入了放电电枢绕组和绝缘材料中。电枢生成的电流可以直接发送到负载。它的机械强度和隔热性能很好，其可靠性大大提高。因此，它也称为无刷同步发电机。

同步发电机的2个功能

在同步发电机中，在转子上安装了产生磁场的绕组，该绕组称为激发绕组（也称为转子绕组）。开启直流电源后，激发绕组会在定子和转子之间产生直流磁场。当柴油发动机驱动发电机的转子旋转时，直流磁场也会旋转。为此，它称为主磁场或转子磁场。当旋转的主磁场切开安装在定子上的电枢绕线线圈时，电压和电流将在线圈中产生。该电流在电枢绕线线圈中流动，还将在定子和转子之间形成一个磁场，称为定子磁场或电枢磁场。由于电枢磁场是由主磁场引起的，因此它始终与主磁场旋转，并且始终以相同的速度和相同的方向同步，因此称为同步发电机。同步发生器的内部结构如图2所示。

在图中，同步发电机的定子部分（1）具有根据120°的空间位置分布的三个相同的绕组。这是定子绕组。发电机的输出电压由发电机定子绕组的铅端子（270）给出，因此它们也称为电枢绕组。在图中，同步发电机的转子（4）与转子绕组安装，该转子绕组由同一轴上的电枢绕组（100）的交替电流输出提供动力，并由由旋转旋转旋转仪（78）矫正的DC功率提供，并形成一个主磁场。当主磁场的磁线和电枢磁场（一起形成一个合成磁场）被扫入电枢绕组时，绕组两端的两端的电压很小，当全部扫入时，电压是最大的，并且电压在快速绕过绕组时也很小。因此，绕线的电压会改变交流电压，这称为交流电压。这样，同步发电机可以生成一个三相交流电压，彼此相距120°。如果三个电枢绕组按顺序编号a，b和c，则它们各自的输出电压瞬时值可以表示为

ua = umsin（2πft+0°）

ub = umsin（2πft-1220°）

uc = umsin（2πft+120°）

其中（1）0°，-120°， +120°称为初始相角，这取决于同步发生器的结构。

（2）F是电压的频率。它表示同步发电机转子磁场的磁力线的数量在单位时间内切断了电枢绕组。 F的大小实际上取决于发电机集的柴油发动机的速度，因为它与发电机转子直接旋转。旋转速度越快，f越高。反之亦然，f较低。对于相同的同步发电机，很明显，这三个电压的频率F是相同的。 2πf是由ω表示的转子磁场磁线的电枢绕线的角频率。从三相电压的表达来看，我们可以看到2πft +φi（φi= 0°，-120°， +120°）是正弦量变化的核心，这反映了随时间t随时间t的正弦量变化的过程。

（3）UM是最大电压。它取决于同步发生器的激发电流的大小。同步发电机的转子磁场是由流过转子绕组的激发电流产生的。如果电流很大，则转子磁场将很强。通过绕组上磁线的切割电枢绕组产生的感应电动力将更大。反之亦然，诱导的电动力很小。同步发电机只有一个激发系统，因此三个绕组的输出电压的最大值UM是相同的。

根据设计，三个电枢绕组之间的电压（称为线电压）为380〜400V。由于该同步发电机在电气和机械性能中都具有优势，因此柴油发电机集广泛使用。

3转子绕组的激发

所谓的激发是为同步发电机的转子绕组提供直流功率以生成直流磁场的过程。早期发电机使用单独的激发器为转子线圈提供直流电源，系统又大又复杂。随着技术的发展，现代同步发电机组装了发电机和刺激器，以形成完整的发电机。如图2的后半部分所示。

激励器实际上是一个小发电机，其工作原理与同步发电机的工作原理相同。不同之处在于，其定子线圈和转子线圈的作用与同步发电机（主发电机）的作用完全相反。在图2中，激发器的定子绕组（90）固定在主发电机的定子旁边，并与DC电流连接以形成DC磁场。刺激器的转子线圈安装在主发电机的转子轴上，即图2中的激发电台绕组（100）。 2变成输出电压的绕组。在激发器的转子和定子的内壁之间也保持了一个小且均匀的间隙。激发器定子线圈的直流电流是通过纠正主发电机定子线圈的输出电压（即，即电枢）获得的。它导致激发器定子线圈产生直流磁场，并且磁场仍然是。在操作过程中，激发器转子线圈与主发电机转子同轴安装在该磁场中，并切割磁线以产生诱导的电动力。通过旋转整流器（78），该电位变成了直流电流，该旋转整流器同轴安装在图2中的激发器的电枢绕组旁。 2，然后输入到主发电机的转子绕组，以生成直流转子磁场。这符合主发电机转子绕组激发的要求。

4。输出电压调节

调节的目的是在同步发电机的额定范围内实现载荷，并且无论其性质和尺寸如何，输出电压都可以稳定。从发电机的不同额定能力以及每个时期的技术发展程度的不同程度，调节的技术方法是许多简单而完整的。

但是一般的概念是：实时从主发电机电枢获取电压和电流，然后进行整流和负反馈，由自动电压调节器进行调节，以提供激发仪的定子线圈，以便它产生DC电磁场，并使用主发电机输出电压变化的相反变化法。该磁场将不可避免地会改变旋转整流器提供给主发电机旋转器旋转器旋转器旋转器提供的直流电流的输出电压，并根据相同的规则。这可以实时调整主发电机转子的磁场，并确保主发电机在额定负载范围内保持良好的输出特性。

电压控制设备的自动控制逻辑如图3所示。

自动电压调节器在发电机输出电压的调节过程中起重要作用。这可以由图4的流动表示。

可以看出，通过实时调节主发电机转子绕组的磁场，可以稳定输出电压。其中，具有负反馈功能的自动电压调节器起着重要作用。它通常也称为恒定电压激发装置。在图2（198）中是指此设备。

5自动电压调节器

在柴油发电机组的额定负载范围内，不管负载是电阻，电容，电感或两者兼而有之，无论其尺寸如何变化，柴油发动机的主要要求是稳定旋转速度（通常是柴油发动机的额定速度，柴油发动机的额定速度是每分钟1,500旋转速度）。同步发电机的主要要求是稳定输出电压。为此，通常采用具有高级电子设备的自动电压调节系统。

现代交流同步发电机通常使用自动电压调节器（AVR）和其他电子组件来调整激发仪的定子磁场的强度。这样，可以实现稳定输出电压的目的。尽管AVR有很多类型，但性能是相似的。与预设值相比，对主发电机的所有输出电压值进行实时采样，并使用比较结果调整脉冲宽度调制器（PWM）。如果输出电压值高，则调制器的输出脉冲宽度为狭窄，反之亦然。然后，这些脉冲用于调节高功率半导体开关设备，并控制发送到激发器定子线圈的电流的时间和大小。随着主发电机的输出电压的变化，其磁场强度将相反。也就是说，如果输出电压增加，则激发器定子的磁场会减小，如果输出电压降低，则激发器定子的磁场会增加，从而实现了负反馈调节的目的。

通常使用的AVR类型如图5所示。

样品取自独立发电机的输出，并从两端（8）和（9）中输入电压测量单元。降低后，电压除法和整流过滤，获得与发电机输出电压成正比的直流电压。它除以R4，R5和PR1，并获得电压UA并发送到脉冲宽度调节器。在离开工厂或发电机负载正常工作之前，调整RHR外部电压并微调电位计以使UA确定值作为参考。测量单元的电压UC输出发送到低频保护单元。

输出宽度调制脉冲UB控制脉冲宽度调制器（PWM）的调制管VT3。如果电压测量单元发送的UA大于参考电压，这表明主发电机的输出电压增加，则大UA将通过脉冲宽度调节器缩小脉冲电压UB输出的宽度。狭窄的脉冲会缩短VT3的传导时间，并且传递电流将很小。相反，如果主发电机的输出电压降低并且UA变小，则脉冲宽度调制器输出的宽度UB变得更宽，从而使VT3转交时间更长，并且传递电流增加。

激发器的定子线圈连接到端子X1，另一端连接到端子XX1。由主发电机的电枢绕组采样的Xa，XB和XC（通常为36-45V）的三相电压由三个 VD10，VD11和VD12纠正。直流电流从X1端子流到激发仪的定子线圈，从XX1流出，然后通过调制管VT3和XN端子流回主机的电枢绕组，形成了兴奋剂定位器线圈的激发器电流路径。 VT3是此路径上的开关。如果长时间进行电流，则流过定子线圈的电流将很大，并且振动器定子的磁场强度将变得更大。 VT3的传导时间很短，定子线圈中的小电流和较小的磁场强度。

这就是AVR调节主发电机的电压的方式。由于负载原因，主发电机的输出电压增加，电压测量单元的UA输出增加，并且由UA控制的脉冲宽度UB UB输出脉冲电压UB变得更窄，切换管VT3的传导时间很短，由于电流的电流和旋转的旋转量较小，磁场会弱化，磁场会削弱，旋转型旋转型旋转电压和旋转的旋转旋转电压，旋转旋转电压，旋转旋转电压旋转电动机，旋转电压旋转电压，导致提供给主发电机转子绕组的激发电流变小，并且由于其转子磁场的减小，主发电机的输出电压降低。相反，AVR的负反馈调节功能将增加主发电机的输出电压。

当主发电机由于载荷超过额定值而输出巨大的电流时，柴油发动机还需要输出巨大的功率，从而导致其速度低于额定值。在这种情况下，低频保护单元的功能是限制激发器定子线圈中电流的过度增加。它具有由电阻和电容器组成的电荷和放电分支的低频保护点。当主发电机负载正常时，电压测量单元的UC小于低频保护点，并且低频保护单元的电压UD输出高，二极管VD8，UD关闭，UD无法达到脉冲宽度调制器，并且无法扮演角色。如果主发电机过载，则UD会变得较低，并打开VD8。 UD和UA可以同时对脉冲宽度调制器作用，从而使其输出的UB随着UD的降低而缩小。调节器VT3的开关时间变短，激发电流减少，并降低了激发器定子的磁场。这会导致主发电机转子的磁场减少。发电机输出电压下降和电流下降。低频保护单元在保护激发器和主发电机方面发挥了作用。

6个同步发电机的常见技术参数

了解同步发电机的技术参数对于使用柴油发电机的设置非常有必要。常用参数是：

额定电压UH-同步发电机正常工作时，每组三相电枢绕组（每组电压输出端子的电压输出端子）之间的线电压。该单元为V或KV。通常，UH值为400V（线电压）或230V（相电压）。

额定电流IH-当额定负载正常工作时，流过定子绕组的线电流为A或KA。

额定功率因数cosφh - 当同步发电机正正常使用额定载荷正常运行时，在定子绕组的每个阶段的电压和电流之间的相位角差的余弦函数值φh的余弦函数值值。通常，此值是根据电源系统的需求设计的。通常0.8（滞后）。

额定容量SH-在正常运行的额定负载和额定功率因数正常运行时，可以同步发电机的明显功率输出。该单元是KVA。有时它也由主动功率pH表示，其单元为kW。两者之间的关系是pH =shcosφh。额定容量是同步发电机的重要参数之一，它表明机器的发电能力。

额定频率FH-同步发电机输出电压在额定操作期间每秒内发生变化的次数。单位是Hz。我国家制定的工业频率为50Hz。

效率η-同步发电机与主动功率输入的主动功率输出的比率（柴油发动机所做的主动功率）。表征同步发电机的运营经济性是一个重要的参数，越高。