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1、 發(fā)電機的基(ji)本結構
式中,N代(dài)表線圈B共(gòng)有多少圈(quan)(也稱匝)。ΔΦ/Δt是(shì)線圈B中的(de)一圈在Δt時(shí)間⛷️内磁通(tōng)(表示磁場(chang)的強弱)的(de)變化量ΔΦ。
可(kě)見線圈B中(zhong)的感應電(diàn)動勢e與線(xian)圈A穿越其(qí)中間上下(xià)運動形成(chéng)🈲的磁通變(biàn)化有關。而(er)且與其運(yun)動的速度(dù)也有關🥵,上(shang)下運動越(yuè)快感應電(dian)動勢e越大(da)。線圈繞的(de)圈數N越多(duō)e也越🔞大。
按(àn)照發電機(jī)的基本結(jié)構,磁場固(gu)定,金屬線(xian)圈繞組做(zuò)成可旋轉(zhuan)的以便切(qie)割磁力線(xian),電壓從這(zhè)個線圈繞(rao)組引出(稱(cheng)為電樞繞(rào)組),這種👄結(jié)構的發電(diàn)機叫做旋(xuan)轉電樞式(shì)發電機。因(yin)為🔴電樞是(shì)旋轉運🍉動(dong)的,電樞繞(rào)組的電流(liú)要靠活動(dong)接觸的電(diàn)刷和滑環(huan)引出才能(néng)供給負荷(hé)。因此輸出(chū)電🛀流和電(dian)壓都🔞不能(néng)太大,一般(bān)不超過500V,否(fǒu)則電刷和(he)滑環之間(jian)将産生很(hěn)大的火花(hua)。這種結構(gou)形式的發(fa)電機已很(hěn)少采用。
常(cháng)用的同步(bù)發電機的(de)結構形式(shi)是輸出電(diàn)壓、電流的(de)繞組(即電(diàn)樞)是固定(ding)的,而産生(shēng)磁力線的(de)線圈繞組(zǔ)是旋轉的(de)✉️,其磁💔場🏃♂️自(zi)然也随之(zhi)旋轉,這種(zhong)叫做旋轉(zhuǎn)磁場式發(fa)電機。發電(dian)機轉子部(bu)分隻産生(sheng)直流磁場(chǎng),而取消了(le)滑環和電(dian)刷。定子部(bù)分有更多(duō)的空間嵌(qian)放電樞繞(rào)組和絕緣(yuán)材料,電樞(shu)産生的電(diàn)流可以直(zhí)接輸往負(fù)荷,其機械(xiè)強度和絕(jué)緣性能都(dōu)較好,可靠(kào)性也大為(wei)提高。所以(yi)又稱為無(wu)刷同🈲步發(fa)電機。
同步(bù)發電機的(de)定子部分(fèn)(1)按照120°的空(kōng)間位置分(fèn)布了三個(gè)同樣的繞(rào)組,這就是(shi)定子繞組(zu),發電機的(de)輸出電壓(ya)由它們通(tong)過發電機(ji)定子👅繞組(zu)(270)引出線接(jie)🥵線端子給(gěi)出,所以把(ba)它們也稱(chēng)為電樞繞(rào)組。同🥰步發(fā)電👅機轉子(zi)(4)上面安裝(zhuang)着轉子繞(rao)組,它由同(tóng)💃🏻一軸上的(de)勵磁機電(diàn)樞繞組(100)輸(shū)出的交流(liú)❗電,經旋轉(zhuǎn)整流器(78)整(zhěng)流後🔅的直(zhí)流電供電(diàn),并形成主(zhu)磁場。主磁(ci)場和電樞(shū)磁場(共同(tóng)形成一個(ge)合成磁場(chǎng))的磁力線(xian)剛掃入電(diàn)樞繞組時(shí),繞組兩端(duan)的電壓小(xiao),全部掃入(ru)時電壓*大(dà),快掃過繞(rào)組時電壓(ya)☔也小。所以(yi)說,繞組兩(liǎng)端的電壓(ya)是交流變(biàn)化的,稱之(zhi)為交流電(diàn)🚶壓。這樣,同(tóng)步發電機(jī)就可以産(chǎn)生彼此相(xiàng)差120°的三相(xiàng)交流電壓(yā)。如果按順(shùn)序将這三(sān)個電樞繞(rao)組編号為(wéi)A、B、C,則它📧們各(gè)自的輸出(chu)電壓☎️瞬時(shi)🚩值可表達(da)成
uA=Umsin(2πf t+0°)
uB=Umsin(2πf t-120°)
uC=Umsin(2πf t+120°)
(2) f 是(shi)電壓的頻(pín)率。它表示(shi)單位時間(jiān)内,同步發(fā)電機轉❄️子(zi)磁場的磁(cí)力線切割(ge)電樞繞組(zu)的次數。f的(de)大小實際(ji)上是由發(fa)電❓機組的(de)柴油發動(dòng)機的轉速(sù)決定的,因(yīn)為是它直(zhí)接♌帶着發(fa)電機轉子(zi)一起旋轉(zhuan),轉速越🔅快(kuài),則 f 越高。反(fan)之亦然, f 越(yuè)低。對于同(tóng)一台同步(bu)發電機👅而(ér)言,顯然三(sān)個電壓的(de)頻率 f 是一(yi)樣的。2πf 則是(shi)轉子磁✏️場(chang)的磁力線(xiàn)🔆切割電樞(shū)繞組的角(jiao)頻率,用ω表(biao)示。從三相(xiang)電壓的表(biao)達式可知(zhi):2πf t+φi(φi=0°、-120°、+120°)是正弦量(liang)變化的核(he)心,它反映(ying)了正弦量(liang)随時間✨t變(biàn)化的進程(chéng)。
(3)Um是電壓的(de)*大值。它是(shì)由同步發(fā)電機的勵(lì)磁系統勵(li)磁電流的(de)大小決定(dìng)的,同步發(fa)電機的轉(zhuǎn)子磁場是(shi)由勵磁電(dian)流流⭕過轉(zhuǎn)子繞組産(chan)生的,電流(liú)大則轉子(zi)磁場強,磁(ci)力線切割(ge)電‼️樞繞組(zǔ)✊在繞組上(shang)産生的感(gan)應電動勢(shi)👈就大。反之(zhī)亦然,感應(ying)電動勢就(jiù)小。同步發(fā)電機隻有(you)一個勵磁(cí)系統,因此(cǐ)三個繞🔞組(zǔ)輸出電壓(ya)的*大值Um都(dōu)是一樣的(de)。
3 、 轉子繞組(zu)的勵磁
,使其産生(shēng)直流磁場(chang)的過程。早(zǎo)期的發電(diàn)機是采用(yong)♉單獨的勵(li)磁機給轉(zhuan)子線圈提(ti)供直流電(dian),系統龐大(dà)而複🔴雜。随(sui)着技📞術的(de)進步,現代(dai)同步發電(diàn)機都是将(jiāng)發電機與(yu)勵磁📐機組(zu)裝在一起(qi)🧡構成一個(ge)完整的發(fā)✂️電機。
4 、輸出電壓(ya)的調控
調(diao)控的目的(de)就是實現(xian)在同步發(fā)電機額定(dìng)範圍内的(de)負荷,無論(lun)其性質及(jí)大小如何(he)變化都能(neng)穩住輸出(chū)電壓。調🌈控(kong)🤞的技術📧方(fāng)式随着發(fā)電機額定(ding)功率的不(bu)同、每🌈個時(shi)期技術發(fā)展程度的(de)不同,有簡(jiǎn)潔及**的許(xǔ)多類型。
但(dàn)總的理念(niàn)都是:實時(shí)從主發電(dian)機電樞取(qǔ)得電壓和(hé)電流,經自(zì)動電🍓壓調(diao)🚶♀️節器整流(liú)和負反饋(kuì)調理後供(gong)給勵磁機(jī)的定子線(xiàn)圈,使其産(chǎn)🌈生變化規(gui)律與主發(fa)電機輸出(chū)電壓變化(hua)規律相反(fan)的直流電(diàn)磁場✂️。這個(gè)磁場也必(bì)然使勵磁(ci)機轉子電(diàn)樞的輸出(chū)電壓以及(jí)旋轉整流(liú)器供給主(zhu)發電機轉(zhuan)子線圈的(de)直流電流(liú)按同樣的(de)規律而變(biàn)化。從而起(qǐ)到實時調(diào)節主發電(dian)機轉子磁(ci)場大小,使(shǐ)主發電機(jī)在額定負(fù)荷範圍内(nèi)保持良好(hǎo)輸出特性(xìng)的作用。
對(dui)發電機輸(shū)出電壓的(de)調控過程(chéng),自動電壓(ya)調節器起(qi)着重要作(zuo)用。
可見,通(tong)過勵磁機(ji)實時調控(kòng)主發電機(jī)轉子繞組(zǔ)磁場的大(da)♊小🥵,就可以(yǐ)穩住輸出(chū)電壓。這其(qi)中起重要(yao)作用的是(shi)具有負反(fǎn)饋功能的(de)自🔞動電壓(ya)調節器。通(tong)常也稱其(qí)為恒🆚壓勵(lì)磁裝置。
5 、自(zì)動電壓調(diào)節器
在柴(chái)油發電機(jī)組的額定(dìng)負荷範圍(wei)之内,無論(lùn)負荷是電(dian)阻、電容、電(diàn)感性或兼(jian)而有之,也(yě)無論它們(men)的大小怎(zen)樣變化,對(duì)柴油機的(de)主要要求(qiú)是穩住轉(zhuan)速(通常柴(chai)油發動機(jī)的額定轉(zhuan)速為每分(fèn)鐘1500轉)。而對(duì)同步發電(diàn)機的主要(yao)要求則是(shi)穩住輸出(chu)電壓。為此(ci),一般都采(cǎi)用以**電子(zi)裝置為核(he)心的自動(dòng)電壓調控(kòng)系統。
(AVR)這種電子(zi)部件,調節(jiē)勵磁機定(ding)子磁場的(de)強弱。進而(ér)達✂️到穩住(zhù)輸🌈出電壓(yā)的目的。雖(suī)然AVR的種類(lèi)很多,但性(xing)能大🔴同小(xiao)異。都⭐是實(shi)時采👉樣主(zhu)發電機的(de)輸出電壓(ya)值與預先(xiān)設定的值(zhí)相比較,用(yòng)比較的結(jie)果去調節(jiē)脈沖寬度(dù)調制器(PWM)。輸(shu)出電壓值(zhí)高則調制(zhì)器輸出脈(mo)✍️沖寬度窄(zhai),反之則寬(kuān)。然後再用(yòng)這些脈沖(chòng)去調控大(dà)功率半導(dao)體開關器(qi)件,控制送(sòng)入勵磁機(ji)定子線圈(quan)的電流的(de)時間及🚶大(dà)小。從而使(shǐ)它的磁場(chǎng)強弱随着(zhe)主發電機(ji)輸出電壓(yā)🤩的變化而(ér)相反變化(hua)。即輸出電(diàn)壓升高則(zé)勵磁機定(dìng)子磁場減(jian)小,輸出電(diàn)壓降低則(zé)勵磁機定(dìng)子磁場增(zēng)強,從而達(da)到負反饋(kui)💋調控的目(mù)的。
采樣取(qu)自主發電(diàn)機輸出的(de)部分電壓(ya),從(8)、(9)兩端進(jìn)入電壓測(cè)量單元。經(jing)降壓、分壓(ya)、整流濾波(bō)🔴後,得到與(yu)發電機輸(shu)出電壓成(chéng)正比的直(zhi)流電壓。它(ta)被R4、R5、PR1分壓後(hòu)獲得🔅電壓(yā)💞UA,并送入脈(mo)寬調制器(qi)。出廠前或(huò)者發電機(jī)帶載正常(chang)工作時,調(diao)節RHR外接電(diàn)壓微調電(dian)位器使UA确(que)定一個值(zhi)作為基準(zhǔn)。測量單元(yuan)輸出的電(dian)壓Uc則送入(ru)低頻保護(hu)單元。
在主(zhu)發電機因(yīn)負荷超出(chu)額定值而(er)輸出極大(dà)電流時,柴(chái)油發動機(jī)也需随之(zhi)輸出巨大(dà)的動力導(dao)緻其轉速(sù)低于額定(ding)值。低頻保(bǎo)護單元的(de)作用就是(shi)在這種情(qíng)況下限制(zhì)勵磁機💁定(ding)子線圈裡(lǐ)電流的超(chao)額增大。它(tā)以電阻和(hé)電容構成(chéng)的充放電(diàn)支路預先(xiān)設定一個(gè)低頻保護(hu)點,當主發(fa)電機負荷(he)正常時,從(cong)電壓測量(liàng)單元來的(de)Uc小于低頻(pin)保護點,則(ze)低頻保護(hù)單元輸出(chū)的電壓UD高(gāo),二極管VD8被(bei)截止,UD到不(bu)了脈寬調(diào)制器,起不(bu)了作用。若(ruò)主發電機(jī)超載則UD變(bian)低,VD8導通,UD和(he)UA就可同時(shi)作用于脈(mò)寬調制☂️器(qì),使其輸出(chu)的UB随UD的下(xia)降而變窄(zhǎi),調制管VT3導(dao)通時間随(sui)之變短,勵(li)磁電流減(jian)小,勵磁機(ji)定子磁場(chang)變弱。從而(ér)導緻主發(fa)電機轉🌂子(zi)磁場減小(xiao)。發電機輸(shū)出電壓下(xià)降、電流減(jiǎn)小。低頻保(bǎo)護單元⛷️起(qǐ)到了保護(hu)勵磁機和(hé)主發電🔞機(ji)的作用。
6 、同(tong)步發電機(jī)常用技術(shù)參數
UH——同步發(fā)電機正常(chang)工作時,定(dìng)子内的三(sān)相電樞繞(rào)組每組😄線(xian)端(每組的(de)電壓輸出(chu)端)之間的(de)線電壓。單(dan)位是V或kV。一(yī)般UH值為400V(線(xiàn)電壓)或230V(相(xiang)電壓)。
額定(dìng)電流IH——帶額(é)定負荷正(zhèng)常工作時(shí),流過定子(zǐ)繞組的線(xiàn)電流⛱️,單位(wèi)是A或者kA。
額定頻率(lü)fH——額定運行(háng)時,同步發(fa)電機輸出(chu)電壓每秒(miao)鐘内交變(biàn)的次🐅數☂️。單(dān)位是Hz。我國(guo)制定的工(gōng)業頻率為(wéi)50Hz。
效率η——同步(bu)發電機輸(shū)出的有功(gong)功率與輸(shū)入的有功(gōng)功率(柴油(yóu)發動👣機對(duì)它做的有(yǒu)功功率)的(de)比值。它是(shi)表征同步(bu)發電機運(yun)行經濟性(xing)的重要參(cān)數,越高越(yuè)好。
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