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　　柴油發(fā)電機(jī)組是常用的備用電源，由于它以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒柴油為動(dòng)力，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出與市電同樣性質(zhì)的電力，所以在市電斷電后需要后備電源供電幾小時(shí)以上的場合，從性能價(jià)格比、對(duì)工作環(huán)境的要求、帶非線性負(fù)載能力方面考慮，采用柴油發(fā)電機(jī)組比使用很多大容量蓄電池的長延時(shí)UPS往往具有一定的優(yōu)勢。但是柴油發(fā)電機(jī)組在市電斷電后需要十秒鐘左右才能發(fā)出穩(wěn)定的電力，這就大不如UPS可不間斷供電的特點(diǎn)。因此，柴油發(fā)電機(jī)組和UPS通常是取其各自的優(yōu)勢構(gòu)成一個(gè)完善的、可靠的電源系統(tǒng)，以確保重要設(shè)備的不間斷供電。
　　　　
　　同步發(fā)電機(jī)的工作原理
　　
　　 十九世紀(jì)英國科學(xué)家法拉第通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；導(dǎo)體與磁場的磁力線相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢。如果將這根導(dǎo)體的兩端連接起來，則在這個(gè)閉合導(dǎo)體與磁場相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種現(xiàn)象可以用多種實(shí)驗(yàn)方式得以驗(yàn)證；例如圖一所示的實(shí)驗(yàn)；

圖1原線圈A運(yùn)動(dòng)時(shí)在副線圈B產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流

　　 插在副線圈B里面的原線圈A通以直流電，則線圈因有電流流過而產(chǎn)生直流磁場。在副線圈B的兩端接上電流表G，當(dāng)線圈A突然從線圈B里面拉出時(shí)，電流表G的指針會(huì)隨之從中心點(diǎn)擺向一邊。將線圈A再推入到線圈B里面時(shí)，電流表G的指針會(huì)隨之?dāng)[向另一邊。這就是說；由線圈A的直流磁場的磁力線切割線圈B或著說線圈B內(nèi)的磁場發(fā)生變化時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，而且線圈B中的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的方向還隨磁場變化的方向而變化。通過大量的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們總結(jié)出了恒定磁場與金屬導(dǎo)體相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)其導(dǎo)體內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢為：
　　
　　E=BLVsinθ
　　
　　可見感應(yīng)電動(dòng)勢E與恒定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)體和恒定磁場磁力線之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)速度V、導(dǎo)體在磁場中的長度L成正比，并且與導(dǎo)體和磁場的磁力線相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)的夾角θ有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁力線夾角θ成90°時(shí)，電動(dòng)勢勢為：
　　
　　E=BLV
　　
　　這表明；如果恒定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大、磁場中的導(dǎo)線L越長且與磁場相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V越快、夾角越接近90°，則導(dǎo)體上感應(yīng)的電動(dòng)勢就越大。
　　
　　 發(fā)電機(jī)就是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的。如圖二前半部分所示；

圖二：前半部分是同步發(fā)電機(jī)，后半部分是勵(lì)磁機(jī)和電壓調(diào)節(jié)器。小型永磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是磁鐵定子是線圈，它用于給發(fā)電機(jī)啟動(dòng)蓄電池充電及其它輔助用途。

　　 現(xiàn)代交流發(fā)電機(jī)通常也由兩部分線圈構(gòu)成；為了提高磁場的強(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，在柴油機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)子快速旋轉(zhuǎn)，恒定磁場也隨之旋轉(zhuǎn)，定子的線圈被磁場磁力線切割產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，發(fā)電機(jī)就發(fā)出電來。
　　
　　轉(zhuǎn)子及其恒定磁場被柴油機(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，稱為轉(zhuǎn)子磁場或主磁場。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，定子線圈被磁場磁力線切割后產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢通過負(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，稱為定子磁場或電樞磁場。這樣在轉(zhuǎn)子、定子之間小而均勻的間隙中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場，這兩個(gè)磁場相互作用構(gòu)成一個(gè)合成磁場。發(fā)電機(jī)就是由合成磁場的磁力線切割定子線圈而發(fā)電的。由于定子磁場是由轉(zhuǎn)子磁場引起的，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�步發(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)子磁場的前一半被定子磁場削弱，而后一半又被定子磁場加強(qiáng)，一周內(nèi)合成磁場平均值不變，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°而使得定子磁場削弱了轉(zhuǎn)子磁場，合成磁場降低，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°，從而使定子磁場加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子磁場，合成磁場增大，發(fā)電機(jī)輸出電壓上升�？梢�；合成磁場是使發(fā)電機(jī)性能變化的一個(gè)重要因素。而合成磁場中起主要作用的是轉(zhuǎn)子磁場即主磁場，因此，調(diào)控轉(zhuǎn)子磁場就可以調(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。
　　
　　2．1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)。如圖二后半部分所示：
　　
　　 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，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)生的磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)、切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，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。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。
　　 　　2.2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)控的技術(shù)方式隨著發(fā)電機(jī)額定功率的不同、每個(gè)時(shí)期技術(shù)發(fā)展程度的不同，有簡潔及完善的許多類型。但總的理念都是；實(shí)時(shí)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，這個(gè)磁場也必然使勵(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)荷使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↓（降）↑（升）
　　 經(jīng)負(fù)反饋調(diào)理后勵(lì)磁機(jī)定子電流及磁場↑↓
　　 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↑↓
　　 使主發(fā)電機(jī)電樞電壓↑↓
　　
　　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。
　　
　　2.3自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器
　　
　　 現(xiàn)代交流同步發(fā)電機(jī)常用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR這種電子部件調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)定子磁場的強(qiáng)弱。雖然AVR的種類很多，但性能大同小異；都是實(shí)時(shí)采樣主發(fā)電機(jī)的輸出電壓值與預(yù)先設(shè)定的值相比較，用比較的結(jié)果去調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制器PWM；輸出電壓值高則調(diào)制器輸出脈沖寬度窄，反之則寬。然后再用這些脈沖去調(diào)控大功率開關(guān)器件即三極管或場效應(yīng)管控制送入勵(lì)磁機(jī)定子線圈的電流的時(shí)間。從而使它的磁場強(qiáng)弱隨著主發(fā)電機(jī)輸出電壓的變化而相反變化；即輸出電壓升高則勵(lì)磁機(jī)定子磁場減小，輸出電壓降低勵(lì)磁機(jī)定子磁場增強(qiáng)。從而達(dá)到負(fù)反饋調(diào)控的目的。
　　
　　 圖三是常用的一種AVR類型；

圖三：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器電路原理方框圖

　　 取樣自主發(fā)電機(jī)輸出電壓的信號(hào)從8、9兩端輸入到電壓測量比較單元，與內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的電壓值（例如380V）相比較。比較結(jié)果以輸出電壓Va送入脈沖寬度調(diào)制單元PWM,輸出電壓Vc送入低頻保護(hù)單元。電壓測量比較單元的L、S、H是連接主發(fā)電機(jī)輸出電壓幅值調(diào)節(jié)電位器的三個(gè)端子。
　　
　　 脈沖寬度調(diào)制器由穩(wěn)壓器輸出的直流電壓Vcc作為工作電源，以確保其性能穩(wěn)定。它的輸出電壓Vb控制調(diào)制管TR3。若由電壓測量比較單元送來的Va大，表明主發(fā)電機(jī)輸出電壓升高，則大的Va就會(huì)使脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖Vb的寬度變窄。窄的脈沖就會(huì)使TR3導(dǎo)通時(shí)間短，通過的電流少。反之，主發(fā)電機(jī)電壓降低Va變小，脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖Vb的寬度隨之變寬，從而使TR3導(dǎo)通時(shí)間變長，通過的電流增多。
　　
　　 勵(lì)磁機(jī)的定子線圈一端接在端子X1上，另一端接在XX1端子上。由主發(fā)電機(jī)電樞送來的Xa、Xb、Xc三相電壓，經(jīng)過三個(gè)二極管VD10、VD11、VD12整流后，其電流從X1端流入勵(lì)磁機(jī)的定子線圈，由XX1流出，再經(jīng)過調(diào)制管TR3和XN端子流回主發(fā)電機(jī)電樞，形成一個(gè)勵(lì)磁機(jī)定子線圈的勵(lì)磁電流通路。TR3是這個(gè)通路上的開關(guān)，它導(dǎo)通時(shí)間長，則定子線圈流過的電流時(shí)間長，定子磁場強(qiáng)度大。TR3導(dǎo)通時(shí)間短，定子線圈電流少，定子磁場強(qiáng)度小。
　　
　　 AVR就是這樣調(diào)控主發(fā)電機(jī)的電壓的；主發(fā)電機(jī)由于負(fù)荷原因輸出電壓升高，電壓測量比較單元輸出的Va隨著升高，受Va控制的脈寬調(diào)制器輸出脈沖Vb寬度變窄，開關(guān)管TR3導(dǎo)通時(shí)間短，勵(lì)磁機(jī)定子磁場減弱，轉(zhuǎn)子電樞電壓及旋轉(zhuǎn)整流器輸出電流隨之減小，導(dǎo)致供給主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流變小，則主發(fā)電機(jī)因其轉(zhuǎn)子磁場的減小而使輸出電壓降低。反之，AVR的負(fù)反饋調(diào)控功能就會(huì)使主發(fā)電機(jī)的輸出電壓升高。
　　
　　 在主發(fā)電機(jī)因負(fù)荷超出額定值而輸出極大電流時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也需隨之輸出巨大的動(dòng)力以致導(dǎo)致其轉(zhuǎn)速低于額定值。低頻保護(hù)單元的作用就是在這種情況下限制勵(lì)磁機(jī)定子線圈里電流的超額增大。它以電阻和電容構(gòu)成的充放電支路預(yù)先設(shè)定一個(gè)低頻保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)主發(fā)電機(jī)負(fù)荷正常時(shí)，從電壓測量單元來的Vc小于低頻保護(hù)點(diǎn)，則低頻保護(hù)單元輸出的電壓Vd高，二極管VD8被截止，Vd到不了脈寬調(diào)制器，起不了作用。若主發(fā)電機(jī)超載則Vd變低，VD8導(dǎo)通，Vd和Va就可同時(shí)作用于脈寬調(diào)制器，使其輸出的脈沖Vb隨Vd的下降而變窄，調(diào)制管TR3導(dǎo)通時(shí)間隨之變短，勵(lì)磁電流減小勵(lì)磁機(jī)定子磁場變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場減小。發(fā)電機(jī)輸出電壓下降、電流減小。低頻保護(hù)單元起到了保護(hù)勵(lì)磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)的作用。
　　
　　3.同步發(fā)電機(jī)的維護(hù)
　　
　　 同步發(fā)電機(jī)是柴油發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部分。它輸出的電力性能的優(yōu)劣不僅表征了整個(gè)機(jī)組的技術(shù)、制造水平，而更重要的是關(guān)系到用電設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，為柴油發(fā)電機(jī)組建立一個(gè)合適的工作環(huán)境，做好日常維護(hù)是十分必要的。
　　
　　 發(fā)電機(jī)房內(nèi)的高溫、潮濕和空氣污染物是引起發(fā)電機(jī)故障的最常見因素。粉塵、灰塵和其它空氣污染物的積累會(huì)引起絕緣層的性能變壞，不僅易形成對(duì)地的導(dǎo)電通路，還會(huì)使轉(zhuǎn)子軸承部分的摩擦力增大而發(fā)熱。濕氣以及空氣污染物中的濕氣極易在發(fā)電機(jī)內(nèi)形成對(duì)地的漏電通路，引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障。機(jī)房內(nèi)溫度過高會(huì)使發(fā)電機(jī)組工作時(shí)產(chǎn)生的熱量難以散出，造成其輸出功率下降、機(jī)組過熱。所以機(jī)房的防塵、防潮濕、通風(fēng)降溫就必須引起足夠的重視。要根據(jù)所安裝的發(fā)電機(jī)隨機(jī)資料中要求的環(huán)境條件，為發(fā)電機(jī)建立一個(gè)合適的工作環(huán)境。
　　
　　 無論是單軸承發(fā)電機(jī)還是雙軸承發(fā)電機(jī)，它們的轉(zhuǎn)子軸與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主軸之間連接的同軸度要求很高。長時(shí)期運(yùn)行后的機(jī)組有時(shí)同軸度可能降低，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)燥聲增大，溫度過高。應(yīng)定期檢查、維護(hù)以保持同軸度良好。
　　
　　 負(fù)荷超出發(fā)電機(jī)的額定負(fù)載范圍，或三相負(fù)荷很不平衡，也會(huì)造成發(fā)電機(jī)效率降低和過熱。這就要經(jīng)常檢查負(fù)荷的接人是否規(guī)范。應(yīng)保持在額定范圍內(nèi)三相負(fù)荷平衡，以確保發(fā)電機(jī)工作良好。
　　
　　責(zé)任編輯：Randy