柴油發(fā)電機(jī)組一般是采用同步發(fā)電機(jī)(也俗稱電球)將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)為電能。各種用電設(shè)備要依靠它發(fā)出的電力工作,因此對(duì)同步發(fā)電機(jī)的工作性能要求是很高的。

　　1同步發(fā)電機(jī)的工作原理

　　同步發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的。主要組成部分如圖1。現(xiàn)代交流發(fā)電機(jī)通常由兩部分線圈構(gòu)成;為了提高磁場(chǎng)的強(qiáng)度,一部分線圈繞在一個(gè)導(dǎo)磁性能良好的金屬片疊成的圓筒內(nèi)壁的凹槽內(nèi),這個(gè)圓筒固定在機(jī)座上稱為定子。定子內(nèi)的線圈可輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,所以又稱其為電樞。發(fā)電機(jī)的另一部分線圈則繞在定子圓筒內(nèi)的一導(dǎo)磁率強(qiáng)的金屬片疊成的圓柱體的凹槽內(nèi),稱為轉(zhuǎn)子。一根軸穿過轉(zhuǎn)子中心并將其緊固在一起,軸兩端與機(jī)座構(gòu)成軸承支撐。轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)壁之間保持小而均勻的間隙且可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。這叫做旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式結(jié)構(gòu)的無刷同步發(fā)電機(jī)。

　　工作時(shí),轉(zhuǎn)子線圈通以直流電形成直流恒定磁場(chǎng),在柴油機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)子快速旋轉(zhuǎn),恒定磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn),定子的線圈被磁場(chǎng)磁力線切割產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),發(fā)電機(jī)就發(fā)出電來。

　　1—前端蓋;2—出風(fēng)蓋板;3—軸承;4—定子;5—端子箱側(cè)板;6—電壓調(diào)節(jié)器;7—調(diào)節(jié)器支架;8—端子箱頂蓋;9—端子箱前后板;10—接線板;11—接線板支架;12—端子箱側(cè)板;13—吊攀;14—軸承蓋;15—進(jìn)風(fēng)蓋板;16—后端蓋;17—?jiǎng)?lì)磁定子;18—?jiǎng)?lì)磁定子固定螺栓;19—軸承;20—旋轉(zhuǎn)整流器;21—?jiǎng)?lì)磁電樞;22—接地牌;23—轉(zhuǎn)子;24—風(fēng)扇;25—永磁機(jī)機(jī)殼;26—永磁機(jī)轉(zhuǎn)軸;27—永磁機(jī)轉(zhuǎn)子;28—永磁機(jī)定子;29—永磁機(jī)定子固定螺栓;30—永磁機(jī)轉(zhuǎn)子固定螺栓;31—墊圈;32—永磁機(jī)蓋板

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　　圖1雙軸承發(fā)電機(jī)剖視圖

　　轉(zhuǎn)子及其恒定磁場(chǎng)被柴油機(jī)帶動(dòng)快速旋轉(zhuǎn)時(shí),在轉(zhuǎn)子與定子之間小而均勻的間隙中形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng),稱為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)或主磁場(chǎng)。平常工作時(shí)發(fā)電機(jī)的定子線圈即電樞都接有負(fù)載,定子線圈被磁場(chǎng)磁力線切割后產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過負(fù)載形成感應(yīng)電流,此電流流過定子線圈也會(huì)在間隙中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng),稱為定子磁場(chǎng)或電樞磁場(chǎng)。這樣在轉(zhuǎn)子、定子之間小而均勻的間隙中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng),這兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用構(gòu)成一個(gè)合成磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)就是由合成磁場(chǎng)的磁力線切割定子線圈而發(fā)電的。由于定子磁場(chǎng)是由轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)引起的,且它們之間總是保持著一先一后并且同速的同步關(guān)系,所以稱這種發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)和電器性能上都具有許多優(yōu)點(diǎn)。

　　2同步發(fā)電機(jī)的調(diào)控

　　同步發(fā)電機(jī)在其額定負(fù)載范圍內(nèi)允許帶各種用電負(fù)荷。這些負(fù)荷的輸入特性會(huì)直接影響發(fā)電機(jī)的輸出電壓;當(dāng)負(fù)載為純電阻性時(shí),因?yàn)橥桨l(fā)電機(jī)的定子端電壓——電樞端電壓與負(fù)載電流是同相的,所以使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的前一半被定子磁場(chǎng)削弱,而后一半又被定子磁場(chǎng)加強(qiáng),一周內(nèi)合成磁場(chǎng)平均值不變,發(fā)電機(jī)輸出電壓不變。負(fù)載呈現(xiàn)為純電感性時(shí),則因負(fù)載電流滯后電樞端電壓90°而使得定子磁場(chǎng)削弱了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng),合成磁場(chǎng)降低,造成發(fā)電機(jī)輸出電壓下降。若負(fù)載是純電容性的,負(fù)載電流就會(huì)超前電樞端電壓90°,從而使定子磁場(chǎng)加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng),合成磁場(chǎng)增大,發(fā)電機(jī)輸出電壓上升?？梢?合成磁場(chǎng)是使發(fā)電機(jī)性能變化的一個(gè)重要因素。而合成磁場(chǎng)中起主要作用的是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)即主磁場(chǎng),因此,調(diào)控轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就可以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓改善其帶負(fù)載能力,從而達(dá)到在額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)住發(fā)電機(jī)輸出電壓的目的。

　　(1)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁

　　所謂勵(lì)磁即是向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電使其產(chǎn)生直流電磁場(chǎng)的過程。同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)的線圈就是由稱做勵(lì)磁機(jī)的一個(gè)專門的設(shè)備為其供以直流電形成直流磁場(chǎng)的。早期的發(fā)電機(jī)是采用單獨(dú)的勵(lì)磁機(jī)給轉(zhuǎn)子線圈提供直流電的,系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。隨著技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)都是將發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)組裝在一起構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)電機(jī)。

　　勵(lì)磁機(jī)其實(shí)就是個(gè)小發(fā)電機(jī),它的工作原理與同步發(fā)電機(jī)一樣。所不同的是它的定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈所起的作用與同步發(fā)電機(jī)——主發(fā)電機(jī)正好相反;固定在主發(fā)電機(jī)定子旁的勵(lì)磁機(jī)的定子線圈通以直流電形成直流磁場(chǎng),而安裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈成為輸出電動(dòng)勢(shì)的電樞。勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子內(nèi)壁之間也是保持著小而均勻的間隙。這也稱為旋轉(zhuǎn)電樞式結(jié)構(gòu)的無刷同步發(fā)電機(jī)。安裝在主發(fā)電機(jī)定子旁的勵(lì)磁機(jī)定子線圈的直流電,是由主發(fā)電機(jī)定子線圈即電樞的部分輸出電壓經(jīng)整流后而得到的。與主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子線圈在其定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)、切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),經(jīng)同軸安裝在它旁邊的整流器也就是旋轉(zhuǎn)整流器變成直流電流,輸?shù)街靼l(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈使其產(chǎn)生直流轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。從而達(dá)到了對(duì)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)磁的要求。

　　(2)同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)控

　　調(diào)控的目的就是實(shí)現(xiàn)在同步發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)住輸出電壓。調(diào)控技術(shù)的理念是實(shí)時(shí)地從主發(fā)電機(jī)電樞取得電壓和電流,經(jīng)整流和負(fù)反饋調(diào)理后供給勵(lì)磁機(jī)的定子線圈,使其產(chǎn)生變化規(guī)律與主發(fā)電機(jī)輸出電壓變化規(guī)律相反的直流電磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)也必然使勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞的輸出電壓及旋轉(zhuǎn)整流器供給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的直流電流按同樣的規(guī)律而變化。從而起到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)大小,使主發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷范圍內(nèi)保持良好輸出特性的作用。

　　對(duì)發(fā)電機(jī)輸出電壓的調(diào)節(jié)過程,可以用以下的流程表示;

　　由于負(fù)荷增加使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↓(降)→經(jīng)負(fù)反饋調(diào)理后勵(lì)磁機(jī)定子電流及磁場(chǎng)↑→勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞輸出電壓↑→旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流↑→主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)↑→使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↑

　　若主發(fā)電機(jī)電壓升高,則其反饋調(diào)控使以上各環(huán)節(jié)作用降低,導(dǎo)致電壓回到額定值。

　　可見通過勵(lì)磁機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)控主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的大小,就可以穩(wěn)住輸出電壓。這其中起重要作用的是負(fù)反饋調(diào)節(jié)單元,通常稱其為恒壓勵(lì)磁裝置和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。