新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機(jī)組及交流發(fā)電機(jī)工作原理

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組的工作原理是柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能輸出。發(fā)電機(jī)一般為交流同步發(fā)電機(jī)，主要由磁性材料制造多個(gè)南北極交替排列的永磁鐵（稱為轉(zhuǎn)子）和硅鑄鐵制造并繞有多組串聯(lián)線圈的電樞線圈（稱為定子）組成。其工作原理是轉(zhuǎn)子由柴油機(jī)帶動(dòng)軸向切割磁力線，定子中交替排列的磁極在線圈鐵芯中形成交替的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，磁通的方向和大小變換多次，由于磁場(chǎng)的變換作用，在線圈中將產(chǎn)生大小和方向都變化的感應(yīng)電流并由定子線圈輸送出電流。此外，為了保護(hù)用電設(shè)備，并維持其正常工作，發(fā)電機(jī)輸出的電壓還需要調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

 

一、柴油發(fā)電機(jī)組的分類和原理

 

1、柴發(fā)機(jī)組的分類方法

      柴油發(fā)電機(jī)組的種類繁多，依據(jù)不同的原則進(jìn)行分類的結(jié)果不盡相同。

（1）以發(fā)動(dòng)機(jī)燃料為依據(jù)，可分為柴油發(fā)電機(jī)組和復(fù)合燃料發(fā)電機(jī)組；

（2）依據(jù)轉(zhuǎn)速可分為高、中、低速發(fā)電機(jī)組；按用途可分為應(yīng)急、備用和常用發(fā)電機(jī)組；

（3）根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率可分為交流發(fā)電機(jī)組和直流發(fā)電機(jī)組；

（4）按照發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式可分為旋轉(zhuǎn)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)兩類。

    需要注意的是，常用的分類方法通常以柴油發(fā)電機(jī)組的性質(zhì)和用途為依據(jù)，而以控制和操作方式以及外觀構(gòu)造進(jìn)行分類。

2、柴發(fā)機(jī)組的工作原理

      以C275D5型康明斯發(fā)電機(jī)組為例，其結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)側(cè)面圖如圖2所示。

      基本原理是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在氣缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾的潔凈空氣與噴油器噴出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞的向上擠壓下，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(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，稱為“做功”。每個(gè)氣缸按一定順序依次工作，作用在活塞上的推力通過連桿變成驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力，從而帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)的曲軸同軸安裝，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以由柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機(jī)將輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以通過閉合的負(fù)載電路產(chǎn)生電流。

3、柴油發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)性能

      作為柴油發(fā)電機(jī)組使用和維修人員，必須了解并掌握發(fā)電機(jī)組的主要性能指標(biāo)。同時(shí)滿足可靠性能指標(biāo)MTBF：GJB235A-1997《軍用交流移動(dòng)電站通用規(guī)范》規(guī)定柴油機(jī)平均故障間隔時(shí)間為500h、800h和1000h。

（1）電壓整定范圍

      電壓整定范圍是指在發(fā)電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速空載運(yùn)行時(shí)，調(diào)整控制面板上的手動(dòng)或自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，電壓能夠達(dá)到的最大值和最小值的范圍。在一般情況下，空載電壓整定范圍為額定值的95%—105%。

（2）穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率

      穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率是指同步發(fā)電機(jī)在從空載到額定負(fù)載的所有負(fù)載條件下穩(wěn)態(tài)電壓的變化率。國家對(duì)I 、II、 III類電站的技術(shù)要求是±(1—3)%，對(duì)Ⅳ類電站的技術(shù)要求是≤±5%。

      正常情況下，同步發(fā)電機(jī)在不同的負(fù)載條件下的穩(wěn)態(tài)電源調(diào)整詣不同的。給發(fā)電機(jī)加上感性負(fù)載時(shí)，其負(fù)載變化后的穩(wěn)態(tài)電壓值要低于空載整定電壓；給發(fā)電機(jī)加上容性負(fù)載時(shí)，負(fù)載變化后的穩(wěn)態(tài)電壓值要高于空載穩(wěn)定電壓?？蛰d整定電壓偏差的大小取決于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)能力，在一般情況下，電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度越高，空載整定電壓的偏差就越小，穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率也就越小。

（3）瞬態(tài)電壓調(diào)整率

      瞬態(tài)電壓調(diào)整率是指發(fā)電機(jī)在空載且轉(zhuǎn)束客電壓達(dá)到額定值時(shí)，在突加或突減負(fù)載的過程中瞬時(shí)電壓的變化率。

（4）電壓穩(wěn)定時(shí)間

      電壓穩(wěn)定時(shí)間是指發(fā)電機(jī)牌穿戴狀態(tài)且電壓達(dá)到額定值時(shí)，從突加負(fù)載到電壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)所需的時(shí)間，用S表示。國家規(guī)定I、II、III類電站的電壓穩(wěn)定時(shí)間為0.5—1s，Ⅳ類電站為3S。

（5）電壓波動(dòng)率

      電壓波動(dòng)率是指同步發(fā)電機(jī)在負(fù)載不變時(shí)電壓的波動(dòng)程度。

（6）穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率

      穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率是指負(fù)載變化前后同步發(fā)電機(jī)頻率穩(wěn)定的差值與額定頻率的比值。

（7）瞬態(tài)頻率調(diào)整率

      瞬態(tài)頻率調(diào)整率是指發(fā)電機(jī)組在突加或突減負(fù)載時(shí)，瞬間變化頻率與負(fù)載變化前頻率的差值與額定頻率的比值。

（8）頻率波動(dòng)率

      頻率波動(dòng)率是指發(fā)電機(jī)組在負(fù)載不變時(shí)的頻率波動(dòng)程度。

（9）頻率穩(wěn)定時(shí)間

      頻率穩(wěn)定時(shí)間是指發(fā)電機(jī)在穿戴和頻率為額定值時(shí)，從突加負(fù)載到頻率穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)所需要的時(shí)間是，用S'表示。國家規(guī)定I、II、III類電站的頻率穩(wěn)定時(shí)間為2—5 S'，Ⅳ類電站為7 S'。

（10）空載線電壓正弦性波形畸變率

      發(fā)電機(jī)組在正常情況下輸出的確電壓波形應(yīng)是正弦波，但通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中還含有3次及以上的高次諧波。由于高次諧波的存在，發(fā)電機(jī)輸出的電壓波形將出現(xiàn)正弦性畸變。當(dāng)空載線電壓正弦性波形畸變率過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱和絕緣性能下降等。 在一般情況下，發(fā)電機(jī)組在空載電壓時(shí)的線電壓正弦性波形畸變率真不應(yīng)大于5%。

 

圖1  C275D5康明斯柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)側(cè)視圖

圖2  C275D5康明斯柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)平面圖.

 

二、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

 

      柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹和排氣這四個(gè)過程來完成的，這四個(gè)過程構(gòu)成了一個(gè)工作循環(huán)?；钊咚膫€(gè)過程才能完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)稱為四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作過程如圖3、圖4所示。

1、進(jìn)氣沖程

      如圖3（a）所示，進(jìn)氣沖程的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿新鮮空氣。

（1）當(dāng)進(jìn)氣沖程開始時(shí)，活塞位于上止點(diǎn)，氣缸內(nèi)的燃燒室中還留有一些廢氣。

（2）當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)肘，連桿使活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)，利用與曲軸相聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣閥打開。

（3）隨著活塞的向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)活塞上面的容積逐漸增大：造成氣缸內(nèi)的空氣壓力低于進(jìn)氣管內(nèi)的壓力，因此外面空氣就不斷地充入氣缸。

（4）當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)接近下止點(diǎn)時(shí)，沖進(jìn)氣缸的氣流仍具有很高的速度，慣性很大，為了利用氣流的慣性來提高充氣量，進(jìn)氣閥在活塞過了下止點(diǎn)以后才關(guān)閉。雖然此時(shí)活塞上行，但由于氣流的慣性，氣體仍能充入氣缸。

2、壓縮沖程

      如圖3（b）所示，壓縮時(shí)活塞從下止點(diǎn)間上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)沖程的功用如下：

（1）提高空氣的溫度，為燃料自行發(fā)火作準(zhǔn)備。

（2）為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件。當(dāng)活塞上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉以后，氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮。隨著容積的不斷細(xì)小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，壓縮終點(diǎn)的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關(guān)，即與壓縮比有關(guān)，一般壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度為：

Pc＝4～8MPa，Tc＝750～950K。

      柴油的自燃溫度約為543~563K，壓縮終點(diǎn)的溫度要比柴油自燃的溫度高很多，足以保證噴入氣缸的燃油自行發(fā)火燃燒。

      噴入氣缸的柴油，并不是立即發(fā)火的，而且經(jīng)過物理化學(xué)變化之后才發(fā)火，這段時(shí)間大約有0.001～0.005秒，稱為發(fā)火延遲期。因此，要在曲柄轉(zhuǎn)至上止點(diǎn)前10～35°曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)開始將霧化的燃料噴入氣缸，并使曲柄在上止點(diǎn)后5～10°時(shí)，在燃燒室內(nèi)達(dá)到最高燃燒壓力，迫使活塞向下運(yùn)動(dòng)。

3、燃燒和膨脹沖程

      如圖4（c）所示，在燃燒和膨脹沖程開始時(shí)，大部分噴入燃燒室內(nèi)的燃料都燃燒了。燃燒時(shí)放出大量的熱量，因此氣體的壓力和溫度便急劇升高，活塞在高溫高壓氣體作用下向下運(yùn)動(dòng)，并通過連稈使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外作功。所以這一沖程又叫作功或工作沖程。

      隨著活塞的下行，氣缸的容積增大，氣體的壓力下降，工作沖程在活塞行至下止點(diǎn)，排氣閥打開時(shí)結(jié)束。

      工作沖程的壓力變化部分表示燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)壓力的急劇升高，最高點(diǎn)表示最高燃燒壓力Pz，此點(diǎn)的壓力和溫度為：

Pz＝6～15MPa， Tz＝1800～2200K

      最高燃燒壓力與壓縮終點(diǎn)壓力之比(Pz／Pc)，稱為燃燒時(shí)的壓力升高比， 用λ表示。根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)類型的不同，在最大功牢時(shí)λ值的范圍如下：

λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。

4、排氣沖程

      排氣沖程的功用是把膨脹后的廢氣排出去，以便充填新鮮空氣，為下一個(gè)循環(huán)的進(jìn)氣作準(zhǔn)備。

      如圖4（d）所示，當(dāng)工作沖程活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)附近時(shí)，排氣閥開起，活塞在曲軸和連桿的帶動(dòng)下，由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統(tǒng)存在著阻力，所以在排氣沖程開始時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體壓力加比大氣壓力高0.025—0.035MPa，其溫度Tb＝1000～1200K。為了減少排氣時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)的阻力，排氣閥在下止點(diǎn)前就打開了。排氣閥一打開，具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外，缸內(nèi)壓力迅速下降，這樣當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時(shí)的氣流慣性使廢氣排出得干凈，排氣閥在上止點(diǎn)以后才關(guān)閉。

      排氣沖程曲線表示在排氣過程中，缸內(nèi)的氣體壓力幾乎是不變的，但比大氣壓力稍高一些。排氣沖程終點(diǎn)的壓力Pr約為0.105～0.115MPa，殘余廢氣的溫度Pr約為850～960K。

      由于進(jìn)、排氣閥都是早開晚關(guān)的；所以在排氣沖程之末和進(jìn)氣沖程之初，活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)，有一段時(shí)間進(jìn)、排氣閥同時(shí)開起，這段時(shí)間用曲軸轉(zhuǎn)角來表示，稱為氣閥重迭角。

      排氣沖程結(jié)束之后，又開始了進(jìn)氣沖程，于是整個(gè)工作循環(huán)就依照上述過程重復(fù)進(jìn)行。由于這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)由四個(gè)活塞沖程即曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)完成的，故稱四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

      在四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中，只有第三沖程即工作沖強(qiáng)才產(chǎn)生動(dòng)力對(duì)外作功，而其余三個(gè)沖程都是消耗功的準(zhǔn)備過程。為此在單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，使曲軸在四個(gè)沖程中連續(xù)而均勻地運(yùn)轉(zhuǎn)。

 

圖3  柴油機(jī)進(jìn)氣和壓縮行程示意圖

圖4  柴油機(jī)做功和排氣行程示意圖

 

三、交流發(fā)電機(jī)的工作原理

      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。本文以旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)為例，介紹柴油發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)工作原理，如圖5所示。

1、旋轉(zhuǎn)磁極式和電樞式的區(qū)別

      旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)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(duì)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)。

2、電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生

      當(dāng)導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的磁力線時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其原理如圖6所示。

      線圈abcd代表整個(gè)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(duì)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(dòng)接觸關(guān)系不變。

      當(dāng)電樞沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，ab邊處于N極下時(shí)、山邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛蒫至d，并設(shè)此時(shí)電動(dòng)勢(shì)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(shí)ab和cd邊中的電動(dòng)勢(shì)均改變方向，顯然此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值。

      由上述過程可知，對(duì)于一對(duì)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(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。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(dòng)勢(shì)。而對(duì)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(dòng)勢(shì)的原理與單項(xiàng)同步交流發(fā)電機(jī)完全相同。

3、電動(dòng)勢(shì)的大小

      根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)、導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e可由式求得:

E=BLV

式中，B——磁通密度；

L——導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長度；

V——導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)速度。

而正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值E計(jì)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(dòng)勢(shì)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。

4、電動(dòng)勢(shì)的頻率

    當(dāng)發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)一定時(shí)(如P=1)，其轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，電樞繞組可產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周，產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)，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(dòng)勢(shì)。由此可知，交流電動(dòng)勢(shì)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(shí)(如n=1周/s)，磁極對(duì)數(shù)P=1，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。磁極對(duì)數(shù)P=2，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若為P對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生P個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知，交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f還與磁極對(duì)數(shù)P成正比。

    綜上所述，同步交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的頻率f與其轉(zhuǎn)速n 和磁極對(duì)數(shù)P成正比，因此f的計(jì)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(duì)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(duì)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。

5、改善電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的波形會(huì)產(chǎn)生畸變，形成非正弦交流電動(dòng)勢(shì)。

    非正弦交流電動(dòng)勢(shì)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(jì)、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機(jī)時(shí)，采取了諸多方法，改善電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)成為正弦波；

（2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個(gè)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，這樣可消除齒諧波的影響；

（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)，可消除或削弱許多高次諧波分量，使電動(dòng)勢(shì)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。

6、同步交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式

      發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率的產(chǎn)生方式，稱為其勵(lì)磁方式。同步交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式有他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種。

（1）他勵(lì)式：

      勵(lì)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(lì)式發(fā)電機(jī)。根據(jù)獲得勵(lì)磁功率形式的不同，他勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)又有采用血流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁和采用無刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁之分。其中、采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是靠同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的；采用無刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是由同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的。

（2）自勵(lì)式：

      勵(lì)磁功率由本身供給的發(fā)電機(jī)稱為自勵(lì)式發(fā)電機(jī)。其勵(lì)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(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，還是自勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，改變勵(lì)磁電流的大小，均可調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

 

圖5  交流發(fā)電機(jī)工作原理矢量圖

圖6  發(fā)電機(jī)三相電動(dòng)勢(shì)原理圖

 

總結(jié)：

      雖然柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有許多種型式，其具體構(gòu)造也不完全一樣，但都有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系、潤滑系及冷卻系。曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)和燃油供給系，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的三大基本部分，它們互相配合，完成柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。使用過程中，三者技術(shù)狀態(tài)的好壞及相互之間配合的正確與否，對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能具有決定性的影響。潤滑系和泠卻系為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助系統(tǒng)，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)長期正常工作不可缺少的重要部分。如果潤滑系或冷卻系工作不正常，那么柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)發(fā)生故障，也不能正常工作。由此可見，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中，必須對(duì)以上各部分予以充分重視，不可忽視任何一個(gè)部分，否則，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作將無法保證，甚至?xí)斐刹裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。

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