柴油發(fā)電機(jī)的工作原理 工作原理 一、柴油發(fā)電機(jī)組生成機(jī)理： 柴油發(fā)電機(jī)組中常用的發(fā)電機(jī)為同步交流發(fā)電機(jī)，是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。 在柴油機(jī)汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動曲軸轉(zhuǎn)動的力量，從而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。 將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用‘電磁感應(yīng)’原理，發(fā)電機(jī)就會輸出感應(yīng)電動勢，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。 柴油發(fā)電機(jī)組工作結(jié)構(gòu)圖 二、交流發(fā)電機(jī)生成機(jī)理 以旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)為例介紹柴油機(jī)組中發(fā)電機(jī)的工作原理。 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動勢的原理與旋轉(zhuǎn)電樞式相同，都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點(diǎn)： （1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過電樞的旋轉(zhuǎn)使閉合線圈的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則通過磁極的旋轉(zhuǎn)使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 （2）電力輸出方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過電刷和集電環(huán)向外接電路供電；而旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則直接將電力送往外接電路，因此相對于旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)可提供電高的電壓，適用于大型發(fā)電機(jī)。 1、電動勢的產(chǎn)生 ● 當(dāng)導(dǎo)體切割磁場的磁力線時，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 ● 線圈abcd代表整個電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)1和2上，兩者同軸旋轉(zhuǎn)，且相對位置和連接關(guān)系不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。電刷A和B通過刷架固定在發(fā)電機(jī)的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動接觸關(guān)系不變。 ● 當(dāng)電樞沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，ab邊處于N極下時、山邊的感應(yīng)電動勢方向?yàn)橛蒫至d，并設(shè)此時電動勢方向?yàn)檎较?當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時ab和cd邊中的電動勢均改變方向，顯然此時電動勢為負(fù)值。 由上述過程可知，對于一對磁極的單向同步交流發(fā)電機(jī)、其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，在電樞繞組中產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布，則可產(chǎn)生正弦交流電動勢。而對于三相同步交流發(fā)電機(jī)、其各項(xiàng)繞組產(chǎn)生交流電動勢的原理與單項(xiàng)同步交流發(fā)電機(jī)完全相同。 2、電動勢的大小 根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)體與磁場發(fā)生相對運(yùn)動時、導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——導(dǎo)體在磁場中的有效長度； ● V——導(dǎo)體垂直于磁場方向的運(yùn)動速度。 而正弦交流電動勢的有效值E計算： E=Kn ● 式中n——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速； ● K——發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 同步交流發(fā)電機(jī)制成后，其結(jié)構(gòu)常數(shù)K已成定值。因此，可通過改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或每極磁通來調(diào)整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動勢的頻率f恒定，而頻率f與轉(zhuǎn)速n成正比，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不能隨便調(diào)整的。因此，主要通過調(diào)節(jié)同步交流發(fā)電機(jī)磁通量的大小，達(dá)到調(diào)整其輸出電壓的目的。 3、電動勢的頻率 ● 當(dāng)發(fā)電機(jī)磁極對數(shù)一定時(如P=1)，其轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，電樞繞組可產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周，產(chǎn)生兩個周波的交流電動勢，苦轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)n/60周，則產(chǎn)生n/60周/s的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。 ● 當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(如n=1周/s)，磁極對數(shù)P=1，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個周波的交流電動勢。磁極對數(shù)P=2，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個周波的交流電動勢。若為P對磁極，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生P個周波的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f還與磁極對數(shù)P成正比。 綜上所述，同步交流發(fā)電機(jī)電動勢的頻率f與其轉(zhuǎn)速n 和磁極對數(shù)P成正比，因此f的計算公式為： F=P*n/60 (周/s) 改變同步交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或磁極對數(shù)P,均可改變其頻率f。但是，發(fā)電機(jī)制成后，其磁極對數(shù)P是不能改變的因此,只能通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)整頻率f。一旦頻率f達(dá)到額定值后，就不能再隨便改變轉(zhuǎn)速n。 4、改善電動勢波形的措施 根據(jù)要求，同步交流發(fā)電機(jī)輸出電壓應(yīng)為正弦波。但是，由于發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)、磁極結(jié)構(gòu)、電樞繞組結(jié)構(gòu)、三相發(fā)電機(jī)電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動勢的波形會產(chǎn)生畸變，形成非正弦交流電動勢。 非正弦交流電動勢中除含有基波分量外，還含有頻率不同的許多高次諧波分量。不僅嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的性能和工況，還影響用電設(shè)備的正常工作。因此，在設(shè)計、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機(jī)時，采取了諸多方法，改善電動勢波形，使其成為正弦波。其具體方法有：改善磁極形狀、采用斜槽定子、改善定子繞組結(jié)構(gòu)和三相發(fā)電機(jī)采用星形接法。 （1）改善磁極形狀：磁極的分布規(guī)律由磁極的形狀決定，將磁極尖削尖或采用扭斜磁極，使磁通密度B近似按正弦規(guī)律分布，進(jìn)而使電動勢成為正弦波； （2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個槽距的位置，使其成為斜糟定子，無論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至何種位置，磁極端畫所覆蓋的鐵芯齒面積始終保持不變，這樣可齒諧波的影響； （3）改善定子繞組結(jié)構(gòu)：同步交流發(fā)電機(jī)通常采用短距分布式繞組結(jié)構(gòu)，可或削弱許多高次諧波分量，使電動勢接近于正弦波； （4）三相發(fā)電機(jī)采用星形接法：三相同步發(fā)電機(jī)的三相電樞繞組采用星形接法，其線電壓中將不再含有三次及三的整倍數(shù)次諧波分量·改善線電壓的波形。 5、同步交流發(fā)電機(jī)勵磁方式 發(fā)電機(jī)勵磁功率的產(chǎn)生方式，稱為其勵磁方式。同步交流發(fā)電機(jī)的勵磁方式有他勵式和自勵式兩種。 （1）他勵式：勵磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發(fā)電機(jī)稱為:他勵式發(fā)電機(jī)。根據(jù)獲得勵磁功率形式的不同，他勵式交流發(fā)電機(jī)又有采用血流勵磁機(jī)勵磁和采用無刷交流勵磁機(jī)勵磁之分。其中、采用直流勵磁機(jī)勵磁是靠同軸轉(zhuǎn)動的并勵直流發(fā)電機(jī)供給勵磁功率的；采用無刷交流勵磁機(jī)勵磁是由同軸轉(zhuǎn)動的交流勵磁發(fā)電機(jī)供給勵磁功率的。 （2）自勵式：勵磁功率由本身供給的發(fā)電機(jī)稱為自勵式發(fā)電機(jī)。其勵磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發(fā)電機(jī)輸出端取得，由安裝在同步交流發(fā)電機(jī)的定子槽中的副繞組供給；發(fā)電機(jī)電樞繞組為帶抽頭式的，由抽頭處引出部分電樞繞組供給。 綜上所述，無論是他勵式同步交流發(fā)電機(jī)，還是自勵式同步交流發(fā)電機(jī)，改變勵磁電流的大小，均可調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

柴油發(fā)電機(jī)的配氣機(jī)構(gòu) 配氣機(jī)構(gòu)是柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)氣和排氣的控制機(jī)構(gòu)它按照柴油機(jī)各氣缸工作次序，通過控制進(jìn)氣門和排氣門的開啟和關(guān)閉來保證在規(guī)定的時間內(nèi)有足夠的新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并把燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)盡可能徹底的排出。 配氣機(jī)構(gòu)通常有氣門式和氣孔式兩種型式。氣門式配氣機(jī)構(gòu)由凸輪驅(qū)動氣門以控制進(jìn)排氣過程，是四沖程柴油機(jī)常用的一種型式，而氣孔式配氣機(jī)構(gòu)是在氣缸中間開有進(jìn)排氣孔并通過活塞的控制進(jìn)排氣過程，這種機(jī)構(gòu)在二沖程柴油機(jī)上應(yīng)用較多。 目前，四沖程內(nèi)燃機(jī)常用的是氣門式配氣機(jī)構(gòu)。氣門式配氣機(jī)構(gòu)又分為側(cè)置式和頂置式兩類。側(cè)置式氣門機(jī)構(gòu)的進(jìn)排氣門都布置在氣缸體的一側(cè)，它是通過凸輪軸推動挺柱和推桿來控制氣門開啟和關(guān)閉。側(cè)置式氣門機(jī)構(gòu)一般適用于單缸柴油機(jī)。頂置式氣門機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)使用廣泛的，它主要由氣門組件、氣門傳動機(jī)件、進(jìn)排氣系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)增壓系統(tǒng)組成。 一、氣門組件的結(jié)構(gòu)及功用 氣門組件主要是用來密封柴油機(jī)的進(jìn)氣道和排氣道，并保證柴油機(jī)正常換氣。其主要組成部件是氣門、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管、氣門座圈及鎖緊裝置等。氣門組件在整個柴油機(jī)中的潤滑和冷卻條件極差，且受到交變載荷的沖擊和高溫、腐蝕等的影響，因此這部分零件極易發(fā)生故障。氣門組件損壞后，柴油機(jī)會出現(xiàn)很多散障現(xiàn)象，例如油耗增加、功率降低、起動困難和排煙異常等。 1.氣門 氣門分進(jìn)氣門和排氣門。氣門的功用是密封燃燒室，并使柴油發(fā)電機(jī)的各氣缸得到正常換氣。 氣門主要由頭部和桿部兩部分構(gòu)成。氣門頭部的形狀有平頂、凸頂和凹頂，目前使用較多的是平頂，這主要是因?yàn)槠巾敋忾T的頭部形狀簡單、制造方便，受熱面積小等特點(diǎn)。 柴油機(jī)為了提高燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣量，進(jìn)氣門的頭部一般做的比排氣門大，因?yàn)樵龃筮M(jìn)氣門可以減小進(jìn)氣阻力，增大進(jìn)氣量，這比增大排氣們減小排氣阻力更為有效。氣門密封錐面的斜角也不同，進(jìn)氣門一般采用30℃的斜角，排氣門一般采用45℃的斜角。進(jìn)氣門的錐面采用30℃的斜角，主要是因?yàn)檩^小的錐面斜角可使氣流通過斷面的流量增大。 2.氣門導(dǎo)管 氣門導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。 氣門導(dǎo)管給往復(fù)運(yùn)動的氣門起著導(dǎo)向的作用，并保證氣門頭部準(zhǔn)確地落在氣門座上，同時還能夠把氣門的部分熱量傳出去。氣門導(dǎo)管一般采用鑄銖鑄成，由于它在高溫和潤譴條件較差的環(huán)境下工作，所以該部件較易出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。 氣門導(dǎo)管與氣門桿部在長期的相對運(yùn)動的磨損中，易使兩者之間的配合間隙增大。正常情況下，進(jìn)氣門與導(dǎo)管的間隙為0.09左右，排氣門與導(dǎo)管的間隙約為0.12mm，當(dāng)間隙增大到極限值0.26mm時，氣門導(dǎo)管與氣門應(yīng)成對換新。若裝配時間隙過小，則易出現(xiàn)氣門卡死現(xiàn)象。 3.氣門座圈 氣門座圈是為往復(fù)運(yùn)動的氣門而設(shè)計的，它與氣門一起用來密封燃燒室。氣門座圈一般采用耐熱鑄鐵制造，并壓人氣缸蓋中心氣門座圈長期受到氣門的連續(xù)沖擊和高溫、高壓氣體的腐蝕，在使用過程中特刑容易發(fā)生故障。在長期的工作中氣門座圈的錐面容易產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑、座圈縮短和磨損變寬等現(xiàn)象。