江苏扬州柴油发电机的工作原理 工作原理 一、江苏扬州柴油发电机组生成机理： 江苏扬州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。 江苏扬州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。

从4个方面来分析并比较发电机的风冷和水冷系统 江苏扬州柴油发电机过冷或者过热（即发电机冷却能力过强或者过弱）都会对其动力性，经济性，工作可靠性带来不利的影响。因此设计良好的冷却系统，能够保证发电机始终处于适宜的温度下工作，以获得较高的发电机经济性能，动力性能，工作可靠性指标等。冷却系统的功用就是使发电机在各种工况下都保持在适当的温度范围内，冷却系统既要防止发电机过热，又要防止冬季发电机过冷，在冷态下的发电机启动之后，冷却系统还要保证发电机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。 冷却系统，顾名思义，其主要作用就是对江苏扬州柴油发电机进行冷却，保证江苏扬州柴油发电机在一定的温度范围内可靠的工作，根据冷却介质的不同，分为风冷系统和水冷系统两种。下面康明斯发电机公司结合风冷系统和水冷系统的系统构造、振动噪声、冷却效果、低温性能、使用寿命，进行分析比较。 1.系统构造：水冷江苏扬州柴油发电机的气缸套分为干式气缸套（不直接与水接触）和湿式气缸套（直接与水接触），活塞在缸套内往复运动时，将热量传给缸套，缸套又将热量传递给冷却液来实施冷却，需要有水泵、水管、节温器等专用零部件，构造复杂；风冷江苏扬州柴油发电机则省去许多部件和环节，结构相对简单，但风冷系统对材料的耐热，耐磨，膨胀系数要求更高，制造起来技术工艺要求也比水冷要高。 2.振动噪声：水冷系统由于在缸套外侧配备水套，噪音经过水后变小，从而大大降低了发电机内部噪音，相对来说水冷江苏扬州柴油发电机的噪声更小、震动较小，拥有更高的压缩比，爆发力更强，功率更高，风冷系统需要风扇高速运转来进行抽风与排风，风燥比较大，震动较为明显。 3.冷却效果：水冷系统的缸体和缸盖刚度好，冷却强度高，发电机内部和外部冷却均匀，冷却水路设计自由度大，工作可靠，循环性好，降温迅速，不容易过热，不受环境影响；风冷系统的冷却介质为空气，空气的比热容大约为水的比热容的1/4左右，空气的传热系数大概为水的传热系数的1/20—1/30左右，空气的降温效果不如水明显，尤其在夏季使用中，水冷系统的优势更为明显。 4.低温性能：风冷系统启动方便、运行经济，启动后气缸的温度上升较快，在短时间内即可进入大负荷工作状态，没有冻裂和过热沸腾的危险，其低温性能优良；水冷系统启动后，温升比较缓慢，而且冷却液更换不及时容易冻坏发电机，需要定期检查冷却液的质量，低温环境下风冷系统的优势更大。使用寿命风冷系统中于气缸壁温度高，升温速度快，酸性腐蚀和磨损在很大程度上降低了，江苏扬州柴油发电机在露点以下的工作时间也大大缩短了，因而风冷系统机件腐蚀、锈蚀程度小，而且缸体、缸盖、散热器、冷却部件上也不会像水冷系统一样存有水垢；水冷系统时间久了，冷却管道容易受到腐蚀和损坏，相关部件容易老化、开裂，水箱容易产生水垢反而影响冷却效果，风冷系统使用寿命更长。