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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。

柴油发电机容量应该如何选择？ 1 设置原则 一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。《民用建筑电气设计规范》JGJ／T16—92 3.1条规定：一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏；二级负荷条件允许时，也宜采用二路电源来供电，特别是消防用的二级负荷，更应该按两个回路要求供电；一级负荷中的特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。根据这些规定，笔者总结了自备柴油发电机组的设置原则： （1）当民用建筑需按一级负荷要求供电时，若城市电网能提供二路独立电源（一用一备或相互备用），则可不设柴油发电机组；但当一级负荷中有特别重要的负荷时，则一般应设柴油发电机组作为应急电源。 （2）当电网只能提供一路电源时，为满足对一、二级负荷的供电要求，一般应设置柴油发电机组，此时柴油发电机组将作备用电源及应急电源使用。 （3）大、中型商业建筑中为确保市电中断时不造成较大的经济损失，也宜设柴油发电机组。由于城市电网不可能完全独立，有时一个电源故障或检修时，另一电源有可能同时故障，因此，即使有两路或以上电源供电，为确保民用建筑中消防及其他重要设备（如智能化设备、通讯设备等）的可靠供电，一般都设置柴油发电机组。 2 容量选择 自备柴油发电机组容量的选择，目前 尚无统一的计算公式：有的简单地按电力变压器容量的10％-20％确定；有的按消防设备的容量相加；有的则根据投资者的意愿选择，造成了自备发电机组容量选择的不准确性，若容量选择太大造成一次投资浪费，选择太小则在事故时满足不了使用要求。那么，如何选择自备发电机组的容量呢？ （一）方案或初步设计阶段 自备发电机的容量按供电变压器总容量的10％-20％计算。 （二）施工图阶段 （1）建筑物的用电负荷可分为三类： 类为保安型负荷，即保证大楼内人身及设备和可靠运行的负荷，如消防水泵、消防电梯、防排烟设备、应急照明、通讯设备、重要的计算机及相关设备等；第二类为保障型负荷，即保障大楼运行的基本设备负荷，主要是工作区照明、部分电梯、通道照明；第三类为一般负荷，即除了上述负荷以外的其它负荷，例如：空调、水泵及其他一般照明、动力设备。计算自备发电机组的容量时， 类负荷必须考虑在内，即必须采用柴油发电机组：第二类负荷则根据大楼功能及电网情况来定，若大楼功能要求较高或城市电网供电不稳定，则应将第二类负荷考虑在内，但若将 类、第二类负荷简单相加来选择柴油发电机容量，则所选容量偏大，因为在消防状态时，只需保证消防设备的运行，第二类负荷不使用；而在非消防状态下电网停电时，消防设备不使用。可以选择两者中较大者作为柴油发电机组的容量。 设备容量统计出来后，根据实际情况选择需要系数Kx（一般取0.85-0.95），计算出计算容量Pj=KxP∑，自备柴油发电机组的功率按下式计算P=kPj／η式中： P—自备柴油发电机组的功率kw； Pj—负荷设备的计算容量kw； P∑—总负荷kw； η—发电机并联运行不均匀系数一般取0.9，单台取1； k—可靠系数，一般取1.1。 （2）按 的单台电动机或成组电动机起动的需要，计算发电机容量P=（P∑-Pm）／η∑+ PmKCcosψm（KW） Pm—起动容量 的电动机或成组电动机的容量（kw）； η∑一总负荷的计算效率，一般取0.85； cosΨm —电动机的起动功率因数，一般取0.4； K—电动机的起动倍数； C—全压起动C=l.0，Y—△起动C=0.67，自耦变压器起动50％抽头C=0.25，65％抽头C==0.42，80％抽头C=0.64。 （3）按起动电动机时母线容许电压降计算发电机容量P=PnKCXd″（1／△E-1）（kw） Pn一造成母线压降 的电动机或成组起动电动机组的容量（kw） K—电动机的起动电流倍数； Xd″—发电机的暂态电抗，一般取0.25； E—母线允许的瞬时电压降，有电梯时取0.20，无电梯时取0.25.在实际工作中，也可用系数法估算柴油发电机组的起动能力 工程实例：以某工程为例，该工程建筑面积10000m2，12层，为二类高层，保安性负荷主要为消防负荷，其容量为191kw， 一台电动机为喷淋泵37kw，采用自耦降压80％抽头降压起动。 （1）按计算负荷计算P=kPj／η=1.1×191／1kw=210.1 kw （2） 的单台电动机起动的需要计算P=（P∑-Pm）／η∑ +PmKCcosΨm =（191—37）／0.85+37×6×0.64×0.4 =238.0 kw （3）按起动电动机时发电机母线允许电压降计算P=PnKCXd″（1／△E-1） =37×6×0.64×0.25（1／0.20-1） =142.08 kw 根据以上计算，应选择≥238.0 kw的柴油发电机组一台，因此可选一台250kw机组。