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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。
柴油发电机组保护系统 一、温度及压力保护系统 1.系统简介 温度及压力的控制在柴油机运行中非常关键。 润滑油压力、燃油压力不足，柴油机将无法运行。目前的大功率中速柴油机大都有一套比较完整的监控检测系统，对柴油机的一些重要参数(如温度、压力等)进行监控，一旦这些参数超出设定范围就声光报警或自动停机。 柴油机组设有气缸排气、透平排气、主轴承、发电机定子、缸套水、润滑油等温度监测及燃油、起动空气、润滑油、生水、缸套水、油嘴水、进气等压力监测。这些温度及压力监测、报警及停机系统主要由装在控制屏上的CMR424、CMR524单元组成。 2.优缺点。这套系统体积小、元件少(每一种信号由一个独立的电路板转化)、布局集中、便于监视，而且有一部分温度(如缸套水温度、润滑油温度等)的控制采用PLC微电脑控制，自动化程度比较高。润滑油压力和缸套水压力的控制就地直接采用压力开关作用于跳机。尽管如此，该系统仍有一定的局限性。对于排气温度而言，只有单缸和平均温度的差值报警，没有单缸温度超过设定值的报警，温度无法实时显示。传统的自动记录仪需要大量的打印纸，打印间隔太长，多种曲线挤在一起不易辩别，且无法数字化等。几次涡轮增压器损坏就是因为没有及时发现温度上升趋势致使气阀损坏而打坏涡轮增压器的。 3.常见故障及防范改进对策。温度显示波动且幅度大，有时显示-1或1该故障原因有： ，连接插头接触不良，可以拧紧，当插头松脱时CMR424显示-1；第二，探头特性变坏，可以更换探头，特别当热电阻探头短路时CMR424显示1；第三，电子板需要重新调整。 二、全自动保护系统 1.工作原理 柴油发电机组油雾保护系统的主要保护元件是油雾探测器，它能及时检测出有否因轴承过热或活塞环损伤造成过量漏气等故障而导致在曲轴箱内形成油雾，从而监视柴油机的主要运行部件——曲轴和气缸的工作状况是否正常。在柴油机运行过程中它通过采样管系不停地抽出曲轴箱内的油气，并送至一个灵敏且准确的浓度测量装置。该浓度测量装置包括一个红外线发射二极管和对侧一个光电接收二级管。光电二级管感受红外线产生的光强度，并将光强度信号转换为电信号送至电子鉴定装置。 2.优缺点 该保护装置的快速性、灵敏性无可厚非，但经过几年的运行检修发现，由于外界或装置自身的原因，使得其选择性和可靠性大大降低。比如由于润滑油冷却器的泄漏(水进入并污染了润滑油)，油雾探测器将会感受到由于水份的增加而引起的不透明度的增加，继而发生跳机。油雾探测器的电子元件属于高精度元件，但因其安装在柴油机本体上，温度高、振动大，工作环境极为恶劣，由此使得电子元件的老化加剧，产生温度漂移，跳机的灵敏度增加，误动率也增加。而且该保护有时出现指示灯全无指示，使得保护经常处于脱离状态等。频繁的保护误动及保护的无法就绪，不仅会造成因甩负荷而引起的材质疲劳，寿命缩短，而且会使生产人员产生麻痹心理，认为该装置不可靠，是误动，这样大大限制并误导了生产人员的思维，而在真正出现“高油雾”时就会发生事故。 3.常见故障及防范改进对策 元件老化，温度漂移等引起灵敏度改变,结合电厂的实际并经有关专家同意，将报警阀值S开关调至第4级，运行至今未发生跳机现象。 4.电子板故障 当油雾探测器出现红、绿指示灯全部熄灭的现象，且检查24VDC电源正常、插头无松动时，基本上就可判断为电子板故障，也可以采用对换其它机组的电子板来进行判断。如确属电子板故障，就应该及时检修或更换。
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