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同步發(fā)電機,直流發(fā)電機的工作原理
同步發(fā)電機工作原理
· 主磁場的建立:勵磁繞組通以直流勵磁電流,建立極性相間的勵磁磁場,即建立起主磁場。
· 載流導體:三相對稱的電樞繞組充當功率繞組,成為感應電勢或者感應電流的載體。
· 切割運動:原動機拖動轉子旋轉(給電機輸入機械能),極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組(相當于繞組的導體反向切割勵磁磁場)。
· 交變電勢的產(chǎn)生:由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動,電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線,即可提供交流電源。
直流發(fā)電機的工作原理
直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應產(chǎn)生的交變電動勢,靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?
電刷上不加直流電壓,用原動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉動,線圈兩邊就分別切割不同極性磁極下的磁力線,而在其中感應產(chǎn)生電動勢,電動勢方向按右手定則確定。這種電磁情況表示在圖上。由于電樞連續(xù)地旋轉,因此,必須使載流導體在磁場中所受到線圈邊ab和cd交替地切割N極和S極下的磁力線,雖然每個線圈邊和整個線圈中的感應電動勢的方向是交變的.線圈內的感應電動勢是一種交變電動勢,而在電刷A,B端的電動勢卻為直流電動勢(說得確切一些,是一種方向不變的脈振電動勢)。因為,電樞在轉動過程中,無論電樞轉到什么位置,由于換向器配合電刷的換向作用,電刷A通過換向片所引出的電動勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動勢,因此,電刷A始終有正極性。同樣道理,電刷B始終有負極性,所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如每極下的線圈數(shù)增多,可使脈振程度減小,就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。同時也說明子直流發(fā)電機實質上是帶有換向器的交流發(fā)電機。
從基本電磁情況來看,一臺直流電機原則上既可工作為電動機運行,也可以作為發(fā)電機運行,只是約束的條件不同而已。在直流電機的兩電刷端上,加上直流電壓,將電能輸入電樞,機械能從電機軸上輸出,拖動生產(chǎn)機械,將電能轉換成機械能而成為電動機,如用原動機拖動直流電機的電樞,而電刷上不加直流電壓,則電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源,可輸出電能,電機將機械能轉換成電能而成為發(fā)電機。同一臺電機,能作電動機或作發(fā)電機運行的這種原理.在電機理論中稱為可逆原理。
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發(fā)電機的電氣原理及機械特性
發(fā)電機發(fā)展至今,各種類功能層出不窮。是在發(fā)電機行業(yè)較為有代表性的。下面就說說發(fā)電機的電氣原理及機械特性。
電機繞組和電氣性能:所有的發(fā)電機繞組都是2/3節(jié)距繞制,能有效地電壓的三次和3的倍數(shù)次諧波,(第3,第9,第15……),是不間斷供電設備等非線性負載的 設計。與電網(wǎng)并聯(lián)時,2/3節(jié)距結構抑制了有時較大的線圈節(jié)距會產(chǎn)生的過大的中線電流。一個完全連續(xù)的阻尼繞組減少了發(fā)電機并聯(lián)運行時的振蕩。這種2/3節(jié)距、湖北十堰附近且極和齒都經(jīng)過了仔細精選的繞組匹配抑制了輸出電壓的波形畸變。
電機絕緣和浸漆:絕緣等級是“H”級。所有繞制的零部件都是用專門研制的材料并采用特殊的工藝浸漆的,為發(fā)電機在惡劣環(huán)境中運行提供保障。專門開發(fā)的樹脂基材料為線圈和各旋轉部件提供了高加工強度和高機械強度。
干擾:THF(如BS EN60034—1所定義)小于2%。TIF(如NEMA Mgl - 22)所定義)小于50。
過載能力:陸用發(fā)電機可以每12小時過載110%運行1小時。
無線電干擾:無刷裝置和高質量的AVR確保無線電傳送時干擾很小,滿足BSEN61000-6標準要求。如果需要的話,可另外提供抗無線電干擾抑制器( RFI)。接線端子和接線盒:標準的發(fā)電機是三相,并可對引至接線端子的12個接線頭重接,接線端子安裝在發(fā)電機非驅動端的出線板上。茌鋼板制成的出線盒內有AVR,并具有足夠空間讓用戶布線。為易于操作,面板為拆卸式面板。
機械特性
軸和鍵:所有發(fā)電機轉子都經(jīng)動平衡校驗,校驗振動比BS6861第1部分第2 5級中規(guī)定的小值還要低。雙支點發(fā)電機帶半鍵校動平衡。
空氣過濾器:作為任選件,可在發(fā)電機上裝備空氣過濾器,但額定值下降5%。 我們建議所有安裝空氣過濾器的電機加裝定子繞組高溫報警裝置。
防護等級:所有發(fā)電機都滿足IP23標準防護等級作為可選項可以向客戶提供IP44空冷防護的發(fā)電機,但建議所有IP44發(fā)電機加裝定子繞組高溫報警裝置。
過濾接套和聯(lián)軸器:發(fā)電機都具有單支點和雙支點兩種結構。接套和盤片聯(lián)軸器符合SAE標準,可以和所有帶SAE標準接口的柴油機配套。
海拔和環(huán)境溫度:所有陸用發(fā)電機的額定功率均指海拔不超過1000米,環(huán)境溫度小于40℃時的功率。若海拔超過1000米,每升高500米,功率下降3%; 海拔超過4000米時,請咨詢工廠。環(huán)境溫度超過40℃時,每上升5℃,電機功率下降3%;當環(huán)境溫度超過60℃時,請和工廠聯(lián)系并咨詢
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曲軸的形狀和發(fā)動機的發(fā)火次序
曲軸的形狀及曲柄銷間的相互位置(即曲拐的布置)與沖程數(shù)、湖北十堰本地氣缸數(shù)、湖北十堰本地氣缸排列方式(直列或V形等)和各氣缸做功行程發(fā)生的順序(稱為發(fā)火次序或工作順序)有關。曲軸的形狀同時要滿足慣性力的平衡以及發(fā)動機工作平穩(wěn)性的要求。
對四沖程發(fā)動機,曲軸每轉兩轉就是一個工作循環(huán),每個氣缸都發(fā)火做功一次。各缸的發(fā)火間隔時間(用0CA表示)要求均勻。如果發(fā)動機有i個氣缸,則發(fā)火間隔為7200/i0CA,即曲軸每轉7200/i時,就有一個氣缸做功,這樣才會使發(fā)動機的工作平穩(wěn)。下面介紹常用的4缸、湖北十堰本地6缸和V形8缸發(fā)動機的發(fā)火次序。
(1)四沖程直列4缸機,缸數(shù)i=4,發(fā)火間隔為7200/4=1800CA。4個曲柄銷布置在同一平面內,1、湖北十堰本地4缸的曲柄銷朝上時,2、湖北十堰本地3缸的朝下,1、湖北十堰本地4缸與2、湖北十堰本地3缸相隔1800。這種發(fā)動機可能采用的一種發(fā)火次序。
這種發(fā)火次序為1-3-4-2,習慣上以1缸為準,l缸做功后接著是3缸做功,以此類推。這種發(fā)動機的各氣缸,就是按照1-3-4-2的順序循環(huán),不斷周而復始地工作著。
如將上述2、湖北十堰本地3缸的工作過程互換,則可得到另一種發(fā)火次序。這種互換之所以可能,是因為2、湖北十堰本地3缸的曲柄銷(即它們的活塞)的位置是相同的。這樣就得到另一種發(fā)火次序,即1-2-4-3。
所以,4缸機可能采用兩種發(fā)火次序,即1-3-4-2和1-2-4-3。不過,對某一種具體的發(fā)動機來說,由于發(fā)火次序還與氣門機構的安排等有關,因而是確定而不能變更的。使用一臺發(fā)動機時,必須了解它的發(fā)火次序。
1-3-4-2和1-2-4-3兩種發(fā)火次序在工作平穩(wěn)性和主軸承負荷方面,沒有什么區(qū)別。一般柴油機采用前一種。
(2)四沖程直列6缸機,發(fā)火間隔為7200CA/6=1200CA。6個曲柄銷分別布置在3個平面內(每個平面內2個),各平面間互成1200。曲柄銷的具體布置可有兩種方式。當1、湖北十堰本地6缸的曲柄銷朝上時,2、湖北十堰本地5缸的朝左,3、湖北十堰本地4缸的朝有,其發(fā)火次序是1-5-3-6-2-4。國產(chǎn)6缸機都采用這種曲軸和發(fā)火次序。
曲柄銷布置的另一種方式是將上述 種方式的2、湖北十堰本地5缸分別與3、湖北十堰本地4缸互換。這種方式的發(fā)火次序是1-4-2-6-3-5。
當然,上述兩種6缸機的曲軸還可能采用其他的發(fā)火次序,但由于在實際發(fā)動機上幾乎沒有應用,因而不作介紹。
按發(fā)火次序看,前后兩個氣缸的做功行程有600是重疊的,這種現(xiàn)象是容易理解的。因為各氣缸間做功行程的間隔是1200,而每個氣缸的做功行程本身都是1800,就必然有600互相重疊。在這個600中,兩個氣缸都在做功,前一個氣缸做功末完,后一個氣缸的做功已開始了。這種做功行程重疊的觀象對發(fā)動機的工作平穩(wěn)性是有利的。
(3)四沖程8缸機,大多將氣缸排列成雙列V形(兩列氣缸中心線的夾角常取900)。氣缸數(shù)i=8,其發(fā)火間隔為7200CA/8=900CA。這種發(fā)動機左右兩列氣缸中相對的一對連桿共裝在一個曲柄銷上,所以V形8缸機只有4個曲柄銷。通常將4個曲柄銷布置在兩個互成900的平面內。
V形8缸機常用的發(fā)火次序為1-5-4-2-6-3-7-8。
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