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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。
汽油机与柴油机区别在哪里？ 柴油发动机一般将柴油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞作功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。 柴油机汽车具有转速高（轿车用柴油机转速可高达5000—6000转/分，货车用柴油机达4000转/分左右）质量轻、工作时噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在轿车和中、小型货车及军用越野车上得到广泛应用。其不足之处是燃油消耗较高，因而燃油经济性较差。柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比柴油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好。如近上市的一汽大众生产的TDI1。7升柴油轿车比1。6升柴油轿车每百公里可节约2升油。一般货车大都采用柴油机。柴油机的弱点是转速较柴油机低（一般 转速在2500—3000转/分左右）、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵和喷油器加工精度要求高）。但目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服，它的应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外柴油轿车也有很快的发展，其 转速可达5000转/分。 通常，柴油发动机与柴油发动机相比热效率高30%，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机轿车的推广使用具有重大意义。柴油发动机与柴油发动机相比具有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应比柴油低45%，一氧化碳与碳氢排放也低，在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于柴油机。柴油机的不足之处是有害颗粒物排放大。近年来，柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油发动机汽车的排放已达到欧III、欧IV排放标准。在欧洲，柴油轿车比较普及，随着环保与节能可持续发展的严格要求，今后汽车，特别是柴油小轿车将是一个发展趋势。目前我国一汽大众已经开发出捷达、宝来柴油轿车，并已在国内部分城市上市。 汽车在一定的使用条件下，以小的燃料消耗量完成单位运输工作的能力称为汽车的燃料经济性。汽车燃料经济性是汽车的主要使用性能之一。通常，燃料的消耗费用占到汽车运行费用的37%左右。影响汽车燃料经济性的主要因素有：从汽车本身讲，首先要提高发动机的热效率、进气效率和降低摩擦损失。其次要减少车身重量，减少空气阻力，减少车轮的滚动阻力。第三，提高传动效率，合理匹配变速比。从使用方面讲，不同等级的路面跑起来耗油不同。交通拥挤、堵塞严重的状况与畅通行驶的耗油完全不同。风、雨、气候变化对汽车的耗油量都有影响。驾驶者的技术对耗油水平也有很重要的作用。影响汽车燃料油经济性的因素十分多，其中主要的还是汽车发动机本身。
柴油发电机组的直流电动机启动 电动机启动系统由操作人员通过踏板和杠杆操作启动开关，使电动机的齿轮啮入飞轮齿圈或者操作人员揿下启动按钮，电磁开关通电吸合，控制启动机和齿轮啮入轮齿圈带动柴油机启动。 1．启动电动机的离合机构 启动电动机轴上的啮合齿轮在启动时，才与发动机曲轴上的飞轮齿圈相啮合，而当发动机开始运行后，启动电动机应立即与曲轴分。否则当发动机转速升高，使启动电动机大大超速旋转，产生很大的离心力，造成损坏，甚至使启动电动机电枢飞散。因此，启动电动机必须装离合机构。启动时保证启动电动机的动力能传递给曲轴，启动后能切断启动电动机与发动机曲轴的联系。 常用的离合机构有以下几种： (1)弹簧离合机构这种机构套装在启动机电枢轴上，驱动齿轮的右端活套在花键套筒的左端的外圆上，两个扇形块装入齿轮右端相应缺口中并伸人花键套筒左端的环檜内，这样齿轮和花键套筒可一起作轴向移动，两者可相对滑转。离合弹簧在自由状态下的内径小于齿轮和套筒相应外圆面的直径，安装时紧在外圆面上。启动机带动花键套筒旋转，有使离合弹簧收缩的趋势，由于离合弹簧被箍在相应外圆面上，于是，启动机扭矩靠弹簧与外圆面的摩擦传给驱动齿轮，从而带动飞轮圈转动。当机启动后，齿轮有比套筒转速快的趋势，弹簧胀开，离合齿轮在套簡上滑动，从而使齿轮与飞轮齿圈脱开。 该离合机构较简单，所配用的ST614型启动机，其电压为流24V、功率为5.3kW，操作方便，因而得到广泛应用。 （2）摩擦片式离合机构摩擦片式离合机构。这种离合结构这样装配的，内花键壳9装在具有右旋外花键上，主动片8套在内花键壳9的导槽中，而从动片6与主动片8相间排列，旋装在花键套10上的螺母2与摩擦片之间，装有弹性3圈，压环4和调整垫片5。驱动齿轮右端的形部分有一个导槽，从动片齿形凸缘装入此导槽之中， 装卡环7，以防止启动机驱动齿轮1与从动片松脱。离合结构装好后摩擦片之间无压紧力。 启动时，花键套10按顺时针方向转动，靠内花键壳9与花键套10之间的右旋花键，使内花键壳在花键套上向左移动将摩擦片压紧，从而使离合机构处于接合状态，启动机的扭矩靠摩擦片之间的摩擦传给驱动齿轮，带动飞轮齿圈转动。发动机启动后，驱动齿轮相对于花键套转速加快，内花键壳在花键套上右移，于是摩擦片便松开，离合机构处于分离状态。 该离合机构摩擦力矩的调整，即调整垫片5可改变内花键壳端部与弹性垫圈之间的间隙，以控制弹性垫圈的变形量，从而调整离合机构所能传递的 摩擦力矩。 摩擦片式的离合机构由于可传动的扭矩较大。因此，通常用于较大启动扭矩的柴油机上。 2.启动机电嵫操机构 为柴油机所用的ST614型启动机的结构图。它由串激式直流电动机作启动机，其功率为5.3kW，电压为24V，此外，还有电磁开关和离合机构等部件组成。 为电磁操纵机构启动机电气接线图。 启动时，打开电路锁钥（即电路开关），然后，揿下启动按钮4，电路接通，于是电流通入牵引电磁铁两个线圈：即牵引电磁铁线圈和保持线圈，两个线圈产生同一方向的磁场吸力，吸引铁心左移，并带动驱动杠杆8摆动，使启动机的齿轮与飞轮齿圈进行啮合。铁心1继续向左移，于是，启动开关5触点闭合，启动直流电动机电路接通，直流电动机开始运转工作，同时与启动开关与并联的牵引线圈被短路失去作用，牵引继电器由保持线圈所产生磁场吸力保持铁心位置不动。 启动后，应及时松开启动按钮，使其回到断开位置，并转动电路锁钥，切断电源，以防启动按钮卡住，电路切不断，牵引继电器继续通电。此时，由于电路已切断，保持线圈磁场消失，在复位弹簧的作用下，铁心右移复原位，直流电动机断电停转。同时，齿轮驱动杠杆也在复位弹簧的作用下，使齿轮退出啮合。
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柴油发电机的机油滤清器作用是滤去机油中各种有害杂质 机油滤清器的作用是滤去机油中各种有害杂质，防止零件配合表面的磨损，延长其他寿命。 在润滑系中装用几个不同滤清能力的滤清器——集滤器和细滤器，分别和主油道并联和串联。故滤清器可分全流式。全流式滤清器即粗滤器是和主油道串联在一起的，因而发动机全部机油都通过它。它能滤去机油中粒度较大（直径为0.1mm以上）的杂质，滤芯为纸质。为了防止因粗滤器堵塞而断油，在粗滤器的头部装有旁通阀，一旦粗滤器旁通阀堵塞，即可开启，让未经滤清的机油输入到主油道，以保证房地局各部位润滑。 风流滤清器即细滤器，细滤器可以滤去直接的0.001mm以上的细小杂质，它和主油道并联，滤芯亦为纸质。机油经细滤器滤清后回到油低壳，由于发动机工作过程中总有一部分机油通过细滤器进行过滤，因此提高了总体滤清效果，延长了机油使用寿命。 全流式滤清器必须与分流式滤清器一起使用，不可只用分流式滤清器代替全流式滤清器。 KTTA型柴油机使用的全流式机油滤清器由滤清器座和滤芯组成，如图6-9所示。滤清器座有三种类型：全流式机油滤清器座；旁通式滤清器座；组合式滤清器座。滤清器座有铝制和铸铁制两种：老式K38型用铝制滤清器座；新式K38型和K50型用铸铁制滤清器座。 全流式机油滤清器座，全部机油从冷却器流到全流式机油滤清器座，经滤芯到柴油机主油道。旁通式机油滤清器座只有部分机油留到旁通式滤清器座和滤芯。组合式机油滤清器座含全流式滤芯和旁通式滤芯。 全流式机油滤清器座的组成由压力调节阀、滤清器旁通阀和活塞冷却阀。 压力调节阀——保持柴油主油道中的正确的机油压力，并将主油道不需要的机油返回机油道。 旁通阀——在机油滤芯中阻力过大时。旁通机油，避免滤芯堵塞时柴油机因缺油而损坏。 活塞冷却阀——控制机油只流向有滤清器座的柴油机一侧。活塞冷却油道有一分开的活塞冷却阀，控制机油流向与有滤清器座相对一侧的活塞冷却出道。
