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一文带你了解发电机 一、发电机的种类和功能特点 发电机是指受到机械动力的作用时产生电的设备。在这种转换过程中，机械动力来自于各种各样的其他形式的能源，如风能、水能、热能、太阳能等。 根据产生电的类型不同，发电机主要分为直流发电机和交流发电机两大类。 1.直流发电机的功能特点 直流发电机是指受外部机械力作用产生直流电的发电机。 一文带你了解发电机 直流发电机具有使用方便、运行可靠等特点，可以直接为各种需要直流电源的用电设备提供电能。但是直流发电机内部有换向器，易产生电火花，发电效率较低。直流发电机一般可作为直流电动机、电解、电镀、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电源。 2.交流发电机的功能特点 交流发电机是指受外部机械力作用产生交流电的发电机，该类发电机又可分为同步交流发电机和异步交流发电机。其实物外形如图2所示。 在交流发电机中同步发电机为常见，该类发电机由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可用于为各种需要交流电源的负载设备供电。另外，同步发电机按所用原动机的不同又可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、风力发电机4种。 交流发电机的应用十分广泛，例如各种发电站、企业、商铺及家庭备用电源、汽车等均使用发电机供电，其应用实例如图3所示。 二、发电机的型号与技术参数 为了便于对发电机的生产管理和使用， 对发电机的型号进行了编制方法的统一，并在其外壳比较明显的位置贴有发电机的铭牌，其中包含的参数主要有发电机的型号、额定电压、额定电源、额定功率、绝缘等级、频率、功率因数以及转速等。 1.发电机的型号含义 发电机的型号通常是对机组的型号进行的说明，其中包含的信息有发电机输出的电压的种类、发电机机组的类型、控制特征、设计序号以及环境特征等，如图5所示。 除此之外，有些发电机的型号较为直观简单，识别时较为方便，如图6所示，其中包含有产品编号、额定电压及额定电流等。 例如，图7所示典型发电机的铭牌标识，从中可以了解其型号为“200GF6，参照上述命名方法可了解其型号所标识的含义。” 2.发电机的主要技术参数 发电机的技术参数通常与型号一样通过铭牌标签粘贴或直接标识在发电机的外壳上，以供选用和检修时参考，如图8所示。 发电机的主要技术参数包括：额定电压、额定电流、转速、频率、功率因数、定子接法和绝缘等级等。 (1)额定电压 额定电压指发电机在正常运行时输出的额定电压，单位是kV。 (2)额定电流 额定电流是指发电机正常并连续工作时的 工作电流，单位是kA。当发电机其他各参数都在额定的情况下，发电机以该电流运行，其定子绕组的温升不会超过允许的范围。 (3)转速 发电机的转速是指发电机主轴在1min内的 旋转速度。该参数是判断发电机性能好坏的重要参数之一。 (4)频率 频率是指发电机中交流电正弦波周期的倒数，其单位为赫兹(Hz)。例如一台发电机的频率为50Hz，则表明其交变电流的方向等参数1s改变50次。 (5)功率因数 发电机是靠电磁转换进行发电的，其输出的功率可以分为两种，即无功功率和有功功率。无功功率主要是用来产生磁场，进行电与磁的转换;而有功功率则是为用户提供的。在发电机输出的总功率中，有功功率所占的比例就是功率因数。 (6)定子接法 发电机的定子接法主要可以分为两种，即三角形(△形)联结和星形(Y形)联结，如图9所示。在发电机中，通常发电机定子的3个绕组一般都联结成星形。 (7)绝缘等级 发电机的绝缘等级主要是指其绝缘材料耐高温的等级。在发电机中绝缘材料是较为薄弱的环节，该材料在过高的温度中很容易加速老化甚至损坏，所以不同的绝缘材料其耐热等级 也有所区别。该参数通常是用字母表示的，其中Y 表示耐热温度为90℃，A 表示耐热温度为105℃，E 表示耐热温度为120℃，B 表示耐热温度为130℃，F 表示耐热温度为155℃，H 表示耐热温度为180℃，C 表示耐热温度为180℃以上。 (8)其他 在发电机中，除上述技术参数外，还有发电机的相数、机组总重量和制造日期等参数。这些参数在识读时比较直观易懂，主要供使用者在使用时或是购买时参考。 三、发电机在线路中的符号标识 发电机是电力拖动、机床等控制线路中必不可少的部件之一。在绘制各控制线路对应的原理图时，发电机并不是用其实际外形体现，而是由代表其功能的图样或简图、字母等符号进行标识的。发电机的符号与电动机符号相似，一般用字母“G”文字符号标识。其中G表示发电机，GD表示直流发电机，GA表示交流发电机(异步发电机)，GS表示同步发电机，GH表示永磁发电机。根据这些不同的字母标识，可以快速识别出该线路中使用的发电机的类型。
柴油发电机运动部件故障的原因 柴油发电机曲柄连杆结构常见故障有拉缸、连杆磨损、敲缸、连杆短脱、螺栓断裂、曲轴断裂等，这些故障主要发生与高速运动部位，采集装置难以安装并进行数据采集，且发生故障后信号干扰信息较多，也难以准确诊断和识别。目前许多学者都比较倾向于地域数据的处理和诊断，也有部分学者考虑依靠动力学对柴油发电机运动部件进行分析和诊断，更进一步地找准故障产生的机理及原因。后者这种方法主要依靠计算机仿真软件实现，通过对柴油发电机进行建模，设定柴油发电机各部件工作参数，设置各部件出现故障后的参数，进行通过仿真模拟，识别故障发生时各部件参数状态。这一技术具有可操作性强、实验周期短、省时、省资金等优点，该技术为未来发展的一个潜力方向。 运动部件产生故障主要原因主要为两方面，一方面相互连接的两个部件由于长时间的接触，造成了磨损，使得接触表面变形，在运动过程产生振动及噪声，另一方面由于接触部件之间发生严重的磨损后产生了相互运动过程的碰撞及撞击，直接产生了异响等现象。显而易见，各部位产生故障涉及到诸多方面的内容，包括机械动力、热力、摩擦等，故障的分析不能仅仅依靠简单的分析就可以进行诊断和确定。 1.拉缸故障诊断拉缸故障会引起活塞机件损坏、柴油发电机油耗增加、转速降低、连杆断裂、曲轴箱爆炸，严重影响发电机正常运行。目前主要通过对发电机进行故障信号检测，判断拉缸时振动信号频域范围，例如国外研究学者 Jacobo Porteiro 通过分析研究，利用人工神经网络验证了拉缸时发电机故障的特征，并分析预测了发电机内润滑油内金属颗粒的含量值。 2. 敲缸故障诊断敲缸指的是活塞撞击气缸内壁产生明显异响的现象，敲缸时巨大的撞击力使得缸体外壁产生较为强大的振动，同时长期的敲缸对活塞及缸体造成严重的破坏。在敲缸故障诊断方面，利用计算机仿真软件，分析了在不同转速、不同负载和敲缸程度下的故障信号特征，实现了对敲缸状态下发电机故障的分析和诊断。 3.连杆轴异常诊断柴油发电机长时间大功率工作，连杆轴会产生磨损，使得轴承之间间隙变大，在连杆轴带动活塞及曲轴运动过程，造成敲击幅度变大，容易产生连杆的变形及断裂。杜小元通过对两岸头与轴承之间的振动信号分析，实现了对往复式发电机连杆故障振动信号角域和值域的分析，实现验证具有一定的可靠性。
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发电机为什么能发电？ 发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量 ，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（AVR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或 磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（AVR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变
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