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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。

柴油发电机的配气机构 配气机构是柴油发电机进气和排气的控制机构它按照柴油机各气缸工作次序，通过控制进气门和排气门的开启和关闭来保证在规定的时间内有足够的新鲜空气进入气缸，并把燃烧后的废气从气缸内尽可能彻底的排出。 配气机构通常有气门式和气孔式两种型式。气门式配气机构由凸轮驱动气门以控制进排气过程，是四冲程柴油机常用的一种型式，而气孔式配气机构是在气缸中间开有进排气孔并通过活塞的控制进排气过程，这种机构在二冲程柴油机上应用较多。 目前，四冲程内燃机常用的是气门式配气机构。气门式配气机构又分为侧置式和顶置式两类。侧置式气门机构的进排气门都布置在气缸体的一侧，它是通过凸轮轴推动挺柱和推杆来控制气门开启和关闭。侧置式气门机构一般适用于单缸柴油机。顶置式气门机构是柴油机使用广泛的，它主要由气门组件、气门传动机件、进排气系统和柴油发电机增压系统组成。 一、气门组件的结构及功用 气门组件主要是用来密封柴油机的进气道和排气道，并保证柴油机正常换气。其主要组成部件是气门、气门弹簧、气门导管、气门座圈及锁紧装置等。气门组件在整个柴油机中的润滑和冷却条件极差，且受到交变载荷的冲击和高温、腐蚀等的影响，因此这部分零件极易发生故障。气门组件损坏后，柴油机会出现很多散障现象，例如油耗增加、功率降低、起动困难和排烟异常等。 1.气门 气门分进气门和排气门。气门的功用是密封燃烧室，并使柴油发电机的各气缸得到正常换气。 气门主要由头部和杆部两部分构成。气门头部的形状有平顶、凸顶和凹顶，目前使用较多的是平顶，这主要是因为平顶气门的头部形状简单、制造方便，受热面积小等特点。 柴油机为了提高燃烧室内的进气量，进气门的头部一般做的比排气门大，因为增大进气门可以减小进气阻力，增大进气量，这比增大排气们减小排气阻力更为有效。气门密封锥面的斜角也不同，进气门一般采用30℃的斜角，排气门一般采用45℃的斜角。进气门的锥面采用30℃的斜角，主要是因为较小的锥面斜角可使气流通过断面的流量增大。 2.气门导管 气门导管的结构。 气门导管给往复运动的气门起着导向的作用，并保证气门头部准确地落在气门座上，同时还能够把气门的部分热量传出去。气门导管一般采用铸铢铸成，由于它在高温和润谴条件较差的环境下工作，所以该部件较易出现磨损现象。 气门导管与气门杆部在长期的相对运动的磨损中，易使两者之间的配合间隙增大。正常情况下，进气门与导管的间隙为0.09左右，排气门与导管的间隙约为0.12mm，当间隙增大到极限值0.26mm时，气门导管与气门应成对换新。若装配时间隙过小，则易出现气门卡死现象。 3.气门座圈 气门座圈是为往复运动的气门而设计的，它与气门一起用来密封燃烧室。气门座圈一般采用耐热铸铁制造，并压人气缸盖中心气门座圈长期受到气门的连续冲击和高温、高压气体的腐蚀，在使用过程中特刑容易发生故障。在长期的工作中气门座圈的锥面容易产生麻点、凹坑、座圈缩短和磨损变宽等现象。