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柴油发电机的工作原理 工作原理 一、柴油发电机组生成机理： 柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机，是以电磁感应为基础的旋转式机械。根据其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。 在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。 将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。 柴油发电机组工作结构图 二、交流发电机生成机理 以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。 旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同，都是电磁感应现象。而主要区别有两点： （1）产生感应电流的方式：旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化，从而产生感应电流；旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线，从而在定子线圈中产生感应电流。 （2）电力输出方式：旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电；而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路，因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压，适用于大型发电机。 1、电动势的产生 ● 当导体切割磁场的磁力线时，会在导体中产生感应电动势。 ● 线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端分别固定在同一转轴上的滑环1和2上，两者同轴旋转，且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。 ● 当电枢沿顺时针方向旋转，ab边处于N极下时、山边的感应电动势方向为由c至d，并设此时电动势方向为正方向;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下，cd边处于N极下，此时ab和cd边中的电动势均改变方向，显然此时电动势为负值。 由上述过程可知，对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周，在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布，则可产生正弦交流电动势。而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。 2、电动势的大小 根据电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得: E=BLV ● B——磁通密度； ● L——导体在磁场中的有效长度； ● V——导体垂直于磁场方向的运动速度。 而正弦交流电动势的有效值E计算： E=Kn ● 式中n——发电机转速； ● K——发电机的结构常数。 同步交流发电机制成后，其结构常数K已成定值。因此，可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的高傲。但是，通常情况下要求电动势的频率f恒定，而频率f与转速n成正比，所以发电机的转速是不能随便调整的。因此，主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小，达到调整其输出电压的目的。 3、电动势的频率 ● 当发电机磁极对数一定时(如P=1)，其转子每旋转一周，电枢绕组可产生一个周波的交流电动势。转子旋转两周，产生两个周波的交流电动势，苦转子每秒旋转n/60周，则产生n/60周/s的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f与发电机转速n成正比。 ● 当发电机的转速一定时(如n=1周/s)，磁极对数P=1，转子每旋转一周产生一个周波的交流电动势。磁极对数P=2，转子每旋转一周产生两个周波的交流电动势。若为P对磁极，转子每旋转一周产生P个周波的交流电动势。由此可知，交流电动势的频率f还与磁极对数P成正比。 综上所述，同步交流发电机电动势的频率f与其转速n 和磁极对数P成正比，因此f的计算公式为： F=P*n/60 (周/s) 改变同步交流发电机的转速n或磁极对数P,均可改变其频率f。但是，发电机制成后，其磁极对数P是不能改变的因此,只能通过改变转速n来调整频率f。一旦频率f达到额定值后，就不能再随便改变转速n。 4、改善电动势波形的措施 根据要求，同步交流发电机输出电压应为正弦波。但是，由于发电机定子铁芯结构、磁极结构、电枢绕组结构、三相发电机电枢绕组的连接形式等因素的影响，电动势的波形会产生畸变，形成非正弦交流电动势。 非正弦交流电动势中除含有基波分量外，还含有频率不同的许多高次谐波分量。不仅严重影响发电机的性能和工况，还影响用电设备的正常工作。因此，在设计、生产同步交流发电机时，采取了诸多方法，改善电动势波形，使其成为正弦波。其具体方法有：改善磁极形状、采用斜槽定子、改善定子绕组结构和三相发电机采用星形接法。 （1）改善磁极形状：磁极的分布规律由磁极的形状决定，将磁极尖削尖或采用扭斜磁极，使磁通密度B近似按正弦规律分布，进而使电动势成为正弦波； （2）采用斜槽定子：将定子铁芯扭斜一个槽距的位置，使其成为斜糟定子，无论转子旋转至何种位置，磁极端画所覆盖的铁芯齿面积始终保持不变，这样可齿谐波的影响； （3）改善定子绕组结构：同步交流发电机通常采用短距分布式绕组结构，可或削弱许多高次谐波分量，使电动势接近于正弦波； （4）三相发电机采用星形接法：三相同步发电机的三相电枢绕组采用星形接法，其线电压中将不再含有三次及三的整倍数次谐波分量·改善线电压的波形。 5、同步交流发电机励磁方式 发电机励磁功率的产生方式，称为其励磁方式。同步交流发电机的励磁方式有他励式和自励式两种。 （1）他励式：励磁功率由本身以外的其他电源供给，这种发电机称为:他励式发电机。根据获得励磁功率形式的不同，他励式交流发电机又有采用血流励磁机励磁和采用无刷交流励磁机励磁之分。其中、采用直流励磁机励磁是靠同轴转动的并励直流发电机供给励磁功率的；采用无刷交流励磁机励磁是由同轴转动的交流励磁发电机供给励磁功率的。 （2）自励式：励磁功率由本身供给的发电机称为自励式发电机。其励磁功率一般由以下三种方法获得：直接从同步交流发电机输出端取得，由安装在同步交流发电机的定子槽中的副绕组供给；发电机电枢绕组为带抽头式的，由抽头处引出部分电枢绕组供给。 综上所述，无论是他励式同步交流发电机，还是自励式同步交流发电机，改变励磁电流的大小，均可调整发电机的输出电压。

柴油机在寒冷气候下的启动 (1)预热当温度为10℃或更低时，为帮助启动柴油机可采用进气空气预热器，预热设备包括一个将燃油泵入进气歧管中的手油泵和一个将电热塞电路接通的开关，电热塞由蓄电池通电加热，燃油在进气歧管中燃烧以加热进入汽缸的空气。电热塞系统向汽缸中提供的热量使压缩空气温度足以点燃燃油。但应注意：帮助启动用的蒸气与预热器不可联合使用，否则会引起火灾。 冷车启动使用预热器的操作步骤： ①将油门调到怠速位置。将电热塞拨动开关转到“开”（ON）的位置上，红色指示灯应亮。 ②红色指示灯燃亮20秒钟后，开始启动柴油机。当柴油机一转动后，立即开动预热器手油泵使之保持（552～689）kPa（80～1001bf/in2）的燃油压力。如果在20秒钟前就用手油泵会将电热塞弄湿妨碍加热。 ③如果柴油机在30s内不能启动，应停止转动柴油机，等（1～2）min后再启动。 ④在柴油机启动后，应慢慢泵动手油泵以保持柴油机平稳怠速运转。在寒冷气候条件下，怠速运转需要（4～5）min或更长一点时间，才能加速。 ⑤当柴油机走热之后，在手油泵注油行程间不再颤动时，停止泵油。关闭并锁上手油泵，关断电热塞拨动开关，紅色指示灯熄灭。 ⑥若柴油机在预热器泵头三个满行程中无启动迹象，用手摸进气歧管是否热，如果不热应检查电路情况。若电路良好，应卸下进气歧管上靠近电热塞处的1/8”管塞。然后合上电热塞手动开关15s观察1/8”管塞孔电热塞应呈白热状态。如果不是这种状态，将电线接到（6～12）V电源上，测釁其电流值，小电流应为（30～32）A。若电热塞良好，再检查手动开关和电阻情况，必要时，予以更换。 (2)启动液辅助启动装置启动液是高挥发性燃料，可在较低的汽缸温度下燃烧。用一个压力喷雾器或一块用启动液湿的布片通常能在一23℃的低温下实现快速启动。 喷雾器接头必须安装在柴油机进气歧管上或进气管接头上，以便向各缸供应等的启动液。喷雾器上的两个喷油孔相隔180°布置，这样安装使喷雾器喷雾顺着进气歧管的孔道喷射,否则喷雾就会喷向进气歧管的管壁上，效果降低。 采用弗里特伽德（Fleetguaed）辅助启动装置时的启动方法: ①将油门调到怠速位置； ②分离传动机构或将变速器拨到空档位置； ③打开手动燃油截流阀或电动截流阀； ④开动启动机，当发动机转动时，供应定量的启动液直到柴油机平稳地怠速运转为止。 在无计量设备情况下使用启动液注意的问题： ①当一个人启动柴油机时，另一个人向空气滤清器中喷雾状启动液。 ②启动液烟雾被吸人到柴油机的进气歧管中，这样柴油机就容易发动启动。 由于启动液是挥发性很强的燃料，不允许启动液与明火靠近，也不允许将其与预热器或火焰喷射设备一起使用，不得吸入启动液烟雾，启动液使用量过多会导致压力过高，引起爆震或使柴油机超速运转，因此，使用启动液时，一定要注意。 启动液辅助装置只能在一23℃低温下实现快速启动。若低于此温度，就需要采用直接向进气歧管中喷射蒸气的办法帮助启动。