柴油发电机的工作原理

柴油发电机的工作原理柴油发电机的工作原理柴油发电机的工作原理柴油发电机的工作原理是利用电磁感应原理柴油机曲轴旋转便带动发电机转动发电，发电机有直流发电机和交流发电机。直流发电机主要由发电机壳、磁极铁芯、磁场线圈、电枢和炭刷等组成。交流发电机主要由磁性制造多个南北极交替排列的永磁铁（称为转子）和硅铸铁制造并绕有多组串联线圈的电枢线圈（称为定子）组成。直流发电机与交流发电机在工作原理上有所不同，但是最终达到了发电的目标。柴油发电机组是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，供移动使用。柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约90%。若使用者需要长时间不间断使用，则需要配置常用型发电机组，也就是应机组应该要考虑到长时间工作机组功率下降这一点了。常用功率和备用功率的关系是：比如用户需要100KW柴油发电机组，常用100KW的柴油发电机组备用功率为100KW*110%=110KW。也就是备用100KW的柴油发电机组的常用功率为90KW。尽管柴油发电机组的功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。　　柴油发电机组属自备电站交流供电设备的一种类型，是一种小型独立的发电设备，以内燃机作动力，驱动同步交流发电机而发电。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。柴油发电机组是由内燃机和同步发电机组合而成的，内燃机的最大功率受零部件的机械负荷和热负荷的限制，称为额定功率，交流同步发电机的额定功率是指在额定转速下，长期连续运转时，输出的额定功率，通常把柴油机输出额定功率与同步交流发电机输出的额定功率之间，称为匹配比。发电机电球的工作原理调控及维护同步发电机，俗称“电球”    柴油发电机组(​http:​/​​/​www.china-kangda.com​/​chaiyoufadianjizu​/​"\o"康达柴油发电机组​)是常用的备用电源,由于它以柴油发动机燃烧柴油为动力,带动发电机发出与市电同样性质的电力,所以用在市电断电后需要后备电源供电几小时以上的场合。从性能价格比、对工作环境的要求、带非线性负载能力方面考虑,采用柴油发电机组比使用很多大容量蓄电池的长延时UPS往往具有一定的优势。但是柴油发电机组在市电断电后需要十秒钟左右才能发出稳定的电力,这就大不如UPS可不间断供电的特点。因此,柴油发电机组和UPS通常是取其各自的优势构成一个完善的、可靠的电源系统,以确保重要设备的不间断供电。    柴油发电机组一般是采用同步发电机(也俗称电球)将柴油发动机的旋转机械能转为电能。各种用电设备要依靠它发出的电力工作,因此对同步发电机的工作性能要求是很高的。同步发电机的工作原理    同步发电机是根据电磁感应原理制造的。主要组成部分如图1。现代交流发电机通常由两部分线圈构成;为了提高磁场的强度,一部分线圈绕在一个导磁性能良好的金属片叠成的圆筒内壁的凹槽内,这个圆筒固定在机座上称为定子。定子内的线圈可输出感应电动势和感应电流,所以又称其为电枢。发电机的另一部分线圈则绕在定子圆筒内的一导磁率强的金属片叠成的圆柱体的凹槽内,称为转子。一根轴穿过转子中心并将其紧固在一起,轴两端与机座构成轴承支撑。转子与定子内壁之间保持小而均匀的间隙且可灵活转动。这叫做旋转磁场式结构的无刷同步发电机。    工作时,转子线圈通以直流电形成直流恒定磁场,在柴油机的带动下转子快速旋转,恒定磁场也随之旋转,定子的线圈被磁场磁力线切割产生感应电动势,发电机就发出电来。图1双轴承发电机剖视图    转子及其恒定磁场被柴油机带动快速旋转时,在转子与定子之间小而均匀的间隙中形成一个旋转的磁场,称为转子磁场或主磁场。平常工作时发电机的定子线圈即电枢都接有负载,定子线圈被磁场磁力线切割后产生的感应电动势通过负载形成感应电流,此电流流过定子线圈也会在间隙中产生一个磁场,称为定子磁场或电枢磁场。这样在转子、定子之间小而均匀的间隙中出现了转子磁场和定子磁场,这两个磁场相互作用构成一个合成磁场。发电机就是由合成磁场的磁力线切割定子线圈而发电的。由于定子磁场是由转子磁场引起的,且它们之间总是保持着一先一后并且同速的同步关系,所以称这种发电机为同步发电机。同步发电机在机械结构和电器性能上都具有许多优点。同步发电机的调控    同步发电机在其额定负载范围内允许带各种用电负荷。这些负荷的输入特性会直接影响发电机的输出电压;当负载为纯电阻性时,因为同步发电机的定子端电压——电枢端电压与负载电流是同相的,所以使得转子磁场的前一半被定子磁场削弱,而后一半又被定子磁场加强,一周内合成磁场平均值不变,发电机输出电压不变。负载呈现为纯电感性时,则因负载电流滞后电枢端电压90°而使得定子磁场削弱了转子磁场,合成磁场降低,造成发电机输出电压下降。若负载是纯电容性的,负载电流就会超前电枢端电压90°,从而使定子磁场加强了转子磁场,合成磁场增大,发电机输出电压上升。可见;合成磁场是使发电机性能变化的一个重要因素。而合成磁场中起主要作用的是转子磁场即主磁场,因此,调控转子磁场就可以调节同步发电机的输出电压改善其带负载能力,从而达到在额定负荷范围内稳住发电机输出电压的目的。同步发电机转子的励磁    所谓励磁即是向同步发电机转子提供直流电使其产生直流电磁场的过程。同步发电机转子凹槽内的线圈就是由称做励磁机的一个专门的设备为其供以直流电形成直流磁场的。早期的发电机是采用单独的励磁机给转子线圈提供直流电的,系统庞大而复杂。随着技术的进步,现代同步发电机都是将发电机与励磁机组装在一起构成一个完整的发电机。    励磁机其实就是个小发电机,它的工作原理与同步发电机一样。所不同的是它的定子线圈和转子线圈所起的作用与同步发电机——主发电机正好相反;固定在主发电机定子旁的励磁机的定子线圈通以直流电形成直流磁场,而安装在主发电机转子轴上的励磁机的转子线圈成为输出电动势的电枢。励磁机的转子与定子内壁之间也是保持着小而均匀的间隙。这也称为旋转电枢式结构的无刷同步发电机。安装在主发电机定子旁的励磁机定子线圈的直流电,是由主发电机定子线圈即电枢的部分输出电压经整流后而得到的。与主发电机转子同轴安装的励磁机转子线圈在其定子线圈产生的磁场内旋转、切割磁力线所产生的感应电动势,经同轴安装在它旁边的整流器也就是旋转整流器变成直流电流,输到主发电机的转子线圈使其产生直流转子磁场。从而达到了对主发电机转子线圈励磁的要求。同步发电机输出电压的调控    调控的目的就是实现在同步发电机额定负荷范围内稳住输出电压。调控技术的理念是实时地从主发电机电枢取得电压和电流,经整流和负反馈调理后供给励磁机的定子线圈,使其产生变化规律与主发电机输出电压变化规律相反的直流电磁场,这个磁场也必然使励磁机转子电枢的输出电压及旋转整流器供给主发电机转子线圈的直流电流按同样的规律而变化。从而起到实时调节主发电机转子磁场大小,使主发电机在额定负荷范围内保持良好输出特性的作用。    对发电机输出电压的调节过程,可以用以下的流程表示;    由于负荷增加使主发电机电枢电压↓(降)→经负反馈调理后励磁机定子电流及磁场↑→励磁机转子电枢输出电压↑→旋转整流器输出电流↑→主发电机转子磁场↑→使主发电机电枢电压↑    若主发电机电压升高,则其反馈调控使以上各环节作用降低,导致电压回到额定值。    可见通过励磁机实时调控主发电机转子磁场的大小,就可以稳住输出电压。这其中起重要作用的是负反馈调节,通常称其为恒压励磁装置和自动电压调节器。自动电压调节器    现代交流同步发电机常用自动电压调节器AVR这种电子部件调节励磁机定子磁场的强弱。虽然AVR的种类很多,但性能大同小异;都是实时采样主发电机的输出电压值与预先设定的值相比较,用比较的结果去调节脉冲宽度调制器PWM;输出电压值高则调制器输出脉冲宽度窄,反之则宽。然后再用这些脉冲去调控大功率开关器件即三极管或场效应管控制送入励磁机定子线圈的电流的时间。从而使它的磁场强弱随着主发电机输出电压的变化而相反变化;即输出电压升高则励磁机定子磁场减小,输出电压降低励磁机定子磁场增强。从而达到负反馈调控的目的。图2自动电压调节器电路原理方框图    图2是常用的一种AVR类型。取样自主发电机输出电压的信号从8、9两端输入到电压测量比较单元,与内部预先设定的电压值(例如380V)相比较。比较结果以输出电压UA送入脉冲宽度调制单元PWM,输出电压UC送入低频保护单元。电压测量比较单元的L、S、H是连接主发电机输出电压幅值调节电位器的三个端子。    脉冲宽度调制器由稳压器输出的直流电压UCC作为工作电源,以确保其性能稳定。它的输出电压UB控制调制管VT3。若由电压测量比较单元送来的UA大,表明主发电机输出电压升高,则大的UA就会使脉冲宽度调制器输出的脉冲UB的宽度变窄。窄的脉冲就会使VT3导通时间短,通过的电流少。反之,主发电机电压降低UA变小,脉冲宽度调制器输出的脉冲UB的宽度随之变宽,从而使VT3导通时间变长,通过的电流增多。    励磁机定子线圈一端接在端子X1上,另一端接在XX1端子上。由主发电机电枢送来的EA、EB、Ec三相电压,经过三个二极管VD10、VD11、VD12整流后,电流从X1端流入励磁机的定子线圈,由XX1流出,再经过调制管VT3和XN端子流回主发电机电枢,形成励磁机定子线圈的励磁电流通路。VT3是这个通路上的开关,它导通时间长,则定子线圈流过电流时间长,定子磁场强度大；VT3导通时间短,定子线圈电流少,定子磁场强度小。    AVR就是这样调控主发电机的电压的;主发电机由于负荷原因输出电压升高,电压测量比较单元输出的UA随着升高,受UA控制的脉宽调制器输出脉冲UB宽度变窄,开关管VT3导通时间短,励磁机定子磁场减弱,转子电枢电压及旋转整流器输出电流随之减小,导致供给主发电机转子的励磁电流变小,则主发电机因其转子磁场的减小而使输出电压降低。反之,AVR的负反馈调控功能就会使主发电机的输出电压升高。    在主发电机因负荷超出额定值而输出极大电流时,柴油发动机也需随之输出巨大的动力以致导致其转速低于额定值。低频保护单元的作用就是在这种情况下限制励磁机定子线圈里电流的超额增大。它以电阻和电容构成的充放电支路预先设定一个低频保护点,当主发电机负荷正常时,从电压测量单元来的UC小于低频保护点,则低频保护单元输出的电压Ud高,二极管VD8被截止,Ud到不了脉宽调制器,起不了作用。若主发电机超载则Ud变低,VD8导通,Ud和UA就可同时作用于脉宽调制器,使其输出的脉冲UB随Ud的下降而变窄,调制管VT3导通时间随之变短,励磁电流减小励磁机定子磁场变弱,从而导致主发电机转子磁场减小。发电机输出电压下降、电流减小。低频保护单元起到了保护励磁机和主发电机的作用。同步发电机的维护    同步发电机是柴油发电机组的关键部分。为柴油发电机组建立一个合适的工作环境,做好日常维护是十分必要的。    发电机房内的高温、潮湿和空气污染物是引起发电机故障的最常见因素。粉尘、灰尘和其它空气污染物的积累会引起绝缘层的性能变坏,不仅易形成对地的导电通路,还会使转子轴承部分的摩擦力增大而发热。湿气以及空气污染物中的湿气极易在发电机内形成对地的漏电通路,引起发电机故障。机房内温度过高会使发电机组工作时产生的热量难以散出,造成其输出功率下降、机组过热。所以机房的防尘、防潮湿、通风降温就必须引起足够的重视。    无论是单轴承发电机还是双轴承发电机,它们的转子轴与柴油发动机主轴之间连接的同轴度要求很高。长时期运行后的机组有时同轴度可能降低,导致发电机燥声增大,温度过高。应定期检查、维护以保持同轴度良好。    负荷超出发电机的额定负载范围,或三相负荷很不平衡,也会造成发电机效率降低和过热。柴油发电机十万个为什么（1—10）本文的内容有：1.什么是"同步"发电机？同步转速是如何确定？2.什么是发电机的飞轮力矩？它在电气上有什么意义？3.什么是发电机的短路比Kc？Kc与发电机结构有什么关系？4.什么是发电机的直轴瞬变电抗Xd′？与发电机结构有什么关系？5.什么是发电机的直轴超瞬变电抗Xd〃？与发电机结构有什么关系Xd〃的大小对系统有什么影响？6.阻尼绕组的作用是什么？7.3Y接线是什么含义？发电机为何多采用星形接线？8.什么是励磁绕组？什么是电枢绕组？9.什么是叠绕组？有何特点？什么是波绕组？有何特点？10.什么是每极每相槽数g？什么是整数槽绕组？什么是分槽绕组？1.什么是"同步"发电机？同步转速是如何确定？答:发电机是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大致可分为水轮发电机(水力)和汽轮发电机(蒸汽)。本文所涉及的内容均是指同步发电机(​http:​/​​/​www.china-kangda.com​/​faq​/​366.html"\o"发电机电球的工作原理调控及维护​)(限于立式水轮发电机)。    发电机在正常运行时，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这个磁场由两个磁场合成:转子磁场和定子磁场。所谓"同步"发电机，就是指发电机转子磁场的转速(原动机产生)与定子磁场的转速(电力系统频率决定)相等。    转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组(磁极)产生，转子磁场的转速也就是转子的转速，也即整个机组的转速。转子由原动机驱动，转速由机组调速器进行调节，这个转速在发电机的铭牌上都有明确标示。定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组(按120°对称布置)产生，其转速由式确定(式中:p为转子磁极对数;f为电力系统频率;n为机组转速)。从式中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固定不变的，而我国电力系统的频率也是固定的，即50Hz(也称工频)，可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的转速在发电机制造完成后就是"定值"。当然，电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理论值，而是允许在这个值的上下有微小的波动，也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的。转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动态的调整。如果转速不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机"失步"了。2.什么是发电机的飞轮力矩？它在电气上有什么意义？答:发电机飞轮力矩，是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积。看起来它是一个与电气参数无关的量，其实不然，它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大。它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升，它首先应满足输水系统调节保证计算的要求。当电力系统发生故障，机组负荷突变时，因调速机构的时滞，使机组转速升高，为限制转速，机组需一定量的飞轮力矩，越大，机组转速变化率越小，电力系统的稳定性就越好。与机组造价密切相关，飞轮力矩越大，机组重量越大，制造成本越大。3.什么是发电机的短路比Kc？Kc与发电机结构有什么关系？答:短路比Kc，是表征发电机静态稳定度的一个重要参数。Kc原来的意义是对应于空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比，即Kc=Iko/IN。由于短路特性是一条直线，故Kc可表达为发电机空载额定电压时的励磁电流Ifo与三相稳态短路电流为额定值时的励磁电流Ifk之比，表达式为:Kc=Ifo/Ifk≈1/Xd。Xd是发电机运行中三相突然短路稳定时所表现出的电抗，即发电机直轴同步电抗(不饱和值)。    如忽略磁饱和的影响，则短路比与直轴同步电抗Xd互为倒数。短路比小，说明同步电抗大，相应短路时短路电流小，但是运行中负载变化时发电机的电压变化较大且并联运行时发电机的稳定度较差，即发电机的过载能力小，电压变化率大，影响电力系统的静态稳定和充电容量。短路比大，则发电机过载能力大，负载电流引起的端电压变化较小，可提高发电机在系统运行中的静态稳定性。但Kc大使发电机励磁电流增大，转子用铜量增大，使制造成本增加。短路比主要根据电厂输电距离，负荷变化情况等因数提出，一般水轮发电机的K，取0。9～1。3。结构上，短路比近似的等于    可见，要使Kc增大，须减小A，即增大机组尺寸;或加大气隙，须增加转子绕组安匝数。4.什么是发电机的直轴瞬变电抗Xd′？与发电机结构有什么关系？答:Xd′是代表发电机运行中三相突然短路初始时间(阻尼绕组的电流衰减后)的过渡电抗。直轴瞬变电抗是发电机额定转速运行时，定子绕组直轴总磁链产生的电压中的交流基波分量在突变时的初始值与同时变化的直轴交流基波电流之比。它也是发电机和整个电力系统的重要参数，对发电机的动态稳定极限及突然加负荷时的瞬态电压变化率有很大影响。Xd′越小，动态稳定极限越大，瞬态电压变化率越小;但Xd′越小，定子铁芯要增大，从而使发电机体积增大，成本增加。Xd′的值主要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值决定。    结构上，Xd′与电负荷A，极距τ有如下关系:k为比例系数。可见，要降低Xd′，必须减小A或加大τ，都将使发电机尺寸增大。5.什么是发电机的直轴超瞬变电抗Xd〃？与发电机结构有什么关系Xd〃的大小对系统有什么影响？答:Xd〃是代表发电机运行中三相突然短路最初一瞬问的过渡电抗。发电机突然短路时，转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变，感应出对电枢反应磁通起去磁作用的电流，将电枢反应磁通挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁通的路径上，这个路径的磁阻很大即磁导很小，故其相对应的直轴电抗也很小，这个等效电抗称为直轴超瞬变电抗Xd〃，也即有阻尼绕组的发电机突然短路时，定子电流的周期分量由Xd〃来限制。    结构上，Xd〃主要由发电机定子绕组和阻尼绕组的漏抗值决定。对于无阻尼绕组的发电机，则Xd〃=Xd′。    由于Xd〃的大小影响电力系统突然短路时短路电流的大小，故Xd〃值的大小也影响到系统中高压输变电设备特别是高压断路器的选择，如动稳定电流等参数。从电气设备选择来说，希望Xd〃大些，这样短路电流小一些。6.阻尼绕组的作用是什么？答:水轮发电机转子设计有交，直轴阻尼绕组。阻尼绕组在结构上相当于在转子励磁绕组外叠加的一个短路鼠笼环，其作用也相当于一个随转子同步转动的"鼠笼异步电机"，对发电机的动态稳定起调节作用。发电机正常运行时，由于定转子磁场是同步旋转的，因此阻尼绕组没有切割磁通因而也没有感应电流。当发电机出现扰动使转子转速低于定子磁场的转速时，阻尼绕组切割定子磁通产生感应电流，感应电流在阻尼绕组上产生的力矩使转子加速，二者转速差距越大，则此力矩越大，加速效应越强。反之，当转子转速高于定子磁场转速时，此力矩方向相反，是使转子减速的。因此，阻尼绕组对发电机运行的动态稳定有良好的调节作用。7.3Y接线是什么含义？发电机为何多采用星形接线？答:在发电机铭牌或图纸中，我们常见到发电机定子绕组的接线方式表示为Y，3Y，5Y等。这表示发电机是按星形方式接线。Y3表示发电机定子绕组是3路星形并联，也可以理解为3个星形接线的发电机并联在一起。由于发电机的磁通内有较强的3次谐波，如果发电机接成△线，则3次谐波会在△内形成回路，造成附加的损耗和发热。此，发电机定子绕组一般接成Y形，使3次谐波不能形成回路。8.什么是励磁绕组？什么是电枢绕组？答:在电机的定，转子绕组中，将空载时产生气隙磁场的绕称为励磁绕组(或激磁绕组);将另一产生功率转换(吸收或出有功功率)的绕组称为电枢绕组。可见，水轮发电机的励磁组就是转子绕组，而定子绕组则是电枢绕组。异步电动机的励绕组是定子绕组，而基本处于短路状态下的转子绕组则是电枢组。9.什么是叠绕组？有何特点？什么是波绕组？有何特点？答:叠绕组是任何两个相邻的线圈都是后一个线圈叠在前一线圈的上面。在制造上，这种绕组的一个线圈多为一次制造成，这种形式的线圈也称为框式绕组。这种绕组的优点是短矩时节省端部用铜，也便于得到较多的并联支路。其缺点是端部的接线较长，在多极的大电机中这些连接线较多，不便布置且用量也很大，故多用于中小型电机。波绕组是任何两个串联线圈沿绕制方向象波浪似的前进。在造上，这种绕组的一个线圈多由两根条式线棒组合而成，故也为棒形绕组。其优点是线圈组之间的连接线少，故多用于大型轮发电机。在现场，波绕组的元件直接称呼为"线棒"。本文述中，多以"线棒"代替"线圈"。10.什么是每极每相槽数g？什么是整数槽绕组？什么是分槽绕组？答:对某一具体的发电机，发电机定子的槽数和转子的磁极数都已确定。其中有一个重要的概念是每极每相槽数q。发电绕组由A，B，C三相组成，则每一相在定子中所占的槽数是等的，各1/3;对应于转子的每个磁极，各相在每个磁极下对应所占的定子槽数也是相等的。每极每相槽数q，即在每个磁极下，每一相应该占有的槽数。    式中Z——定子总槽数;    2p——磁极个数;    m——相数。    由可见，q值很容易求得。当q为整数时，则称绕组为整数槽绕组;q为分数时，则称绕组为分数槽绕组。如q=3，则表示一个磁极下，A，B，C三相在定子槽中各占有三槽。如表示一个磁极下，A，B，c三相在定子槽中各占有槽，也即分数槽。可是，一个定子槽是不可能劈开为分数的。也即11/4，这就表示，每4个磁极下，A，B，c三相在定子槽中各占有1l槽，各相磁极下对应的总的槽数还是相等。11。什么是分数槽绕组的循环数(或轮换数)？它是如何组成和确定的？答:在发电机(​http:​/​​/​www.china-kangda.com​/​chaiyoufadianjizu​/​kangmingsichaiyoufadianji​/​"\o"康明斯柴油发电机​)定子绕组图纸的参数中，我们可以看到绕组循环数或轮换数，如某发电机定子为792槽，每极每相槽数其绕组循环数为3233，这个数就是分数槽绕组的轮换数，它与每极每相槽数是密切相关的，它表示定子三相绕组的排列中各相对应布置的定子槽数。    上述的3233，其4位数字相加:3+2+3+3=11;ll为定子槽数，"位数"4表示4个磁极，显然两数分别为每极每相槽数q=11/4的分子和分母。它表示定子的所有槽数排列顺序为:按A相3槽，B相2槽，C相3槽，A相3槽(注意已排了一轮)，B相3槽，C相2槽，A相3槽，B相3槽(注意已排了两轮)……，如此一直将所有的定子槽数排完。即按3233的顺序将定子的全部槽数均分为三等分，如该发电机共有792槽，则以3233这个顺序数排72轮(72×1l=792)，就将全部定子槽数排完了，每相占有264槽。同为11/4，循环数当然也可排为2333或3332。之所以选3233，是根据各种排列在方块图上排列显示后，以其连线最省的原则确定的。也即绕组线棒之间的连接方式，以选用端部接头最少的波绕方式为佳，绕组端部接线的设计应使极问连接线的数量最少。为节省篇幅，本文只标出一个支路的连接，中间部分槽省略。12。什么是波绕组的合成节矩？合成节矩中的数值各代表什么意义？答:合成节矩是用来表征波绕组连接规律的参数。它表明波绕组将各个线圈串接成完整绕组沿绕制方向前进的槽数，为相邻两线圈的对应边相隔的槽数。如在发电机定子绕组图纸上，我们看到绕组参数栏内标有类似1-7—14这样的参数，这个参数就是绕组的合成节矩。    合成节矩Y=y1+y2;其中节矩y1，表明一个定子线圈的一根线棒在N极下而另一根线棒处在s极下，两端相隔的定子槽数，1-7表示这个线圈一端在第1槽而另一端在第7槽，y1=6:节矩y2，表示该线圈从第7槽出来后下一个相连的线圈槽号是第14槽，y2=7，则合成节矩Y=13。13。分数槽绕组有何优缺点？答:大型水轮发电机多采用分数槽绕组，其优点有:①能削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波电势;②能有效地削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形;③减小了因气隙磁导变化引起的每极磁通的脉振幅值，减少了磁极表面的脉振损耗。    其缺点是分数槽绕组的磁动势存在奇数次和偶数次谐波，在某些情况下它们和主极磁场相互作用可能产生一些干扰力，当某些干扰力的频率和定子机座固有振动频率重合时，将引起共振，导致定子铁芯振动。因此，分数槽q值选择不当也可能带来很多隐患，这在实际发电机的运行中是有例子的。14。什么是齿谐波电势？削弱齿谐波电势有哪些方法？答:在发电机绕组电势的分析中，首先是假定定子绕组的铁芯表面是平滑的，但实际上由于铁芯槽的存在，铁芯内圆表面是起伏的，对磁极来说，气隙的磁阻实际上是变化的。磁极对着齿部分，则磁阻小，对着铁芯线槽口部分的气隙磁阻就大，随着磁极的转动，就会由于气隙磁阻的变化在定子绕组中感应电势。这种由于齿槽效应在绕组中感生的电势就称为齿谐波电势。削弱齿谐波电势的方法有:(1)采用斜槽，即定子或转子槽与轴线不平行。把定子槽做成不垂直的斜槽或将磁极做成斜极，当然这在大型发电机中是无法做到的。在小型电机如异步鼠笼电动机中，转子绕组采用的就是斜槽。在一些中小型发电机中也采用了定子斜槽的方式，一般斜度等于一个定子槽距。(2)采用磁性槽楔，即改善磁阻的大小。但目前没有成熟技术，也只限于中，小型电动机上应用。(3)加大定，转子气隙也能有效地削弱齿谐波，但会使功率因数变坏，故一般也不采用。(4)采用分数槽绕组。这是目前大型水轮发电机广泛采用的方法。15。发电机运行中的损耗主要有哪些？答:发电机的损耗大致可分为五大类，即定子铜损，铁损，励磁损耗，电气附加损耗，机械损耗。发电机运行中，所有的损耗几乎都以发热的形式表现出来。(1)定子铜损即定子电流流过定子绕组所产生的所有损耗。(2)铁损即发电机磁通在铁芯内产生的损耗，主要是主磁通在定子铁芯内产生的磁滞损耗和涡流损耗，还包括附加损耗。(3)励磁损耗即转子回路所产生的损耗，主要是励磁电流在励磁回路中产生的铜损。(4)电气附加损耗则比较复杂，主要有端部漏磁通在其附近铁质构件中产生的损耗，各种谐波磁通产生的损耗，齿谐波和高次谐波在转子表层产生的铁损等。(5)机械损耗主要包括通风损耗，轴承摩擦损耗等。16。发电机突然短路有哪些危害？答:(1)发电机突然短路时，发电机绕组端部将受到很大的电动力冲击作用，可能使线圈端部产生变形甚至损伤绝缘。(2)定，转子绕组出现过电压，对发电机绝缘产生不利影响。定子绕组中产生强大的冲击电流，与过电压的综合作用，可能导致绝缘薄弱环节的击穿。(3)发电机可能产生剧烈振动，对某些结构部件产生强大的破坏性的机械应力。17。什么是绝缘的局部放电？发电机内的局放有哪几种主要形式？答:在电场的作用下，绝缘系统中绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场强，在部分区域发生放电，这种现象称为局部放电(PartialDischarge)。局部放电只发生在绝缘局部，而没有贯穿整个绝缘。    发电机中的局部放电主要有绕组主绝缘内部放电，端部电晕放电及槽放电(含槽部电晕)三种。此外，发电机中还有一种危害性放电，是由定子线圈股线或接头断裂引起的电弧放电，这种放电的机理与局部放电不同。18。发电机主绝缘内的局部放电产生的原因是什么？有什么危害？答:大型发电机定子线棒在生产过程中，由于工艺上的原因，在绝缘层问或绝缘层与股线之间可能存在气隙或杂质;运行过程中在电，热和机械力的联合作用下，也会直接或间接地导致绝缘劣化，使得绝缘层间等产生新的气隙。    由于气隙和固体绝缘的介电系数不同，这种由气隙(杂质)和绝缘组成的夹层介质的电场分布是不均匀的。在电场的作用下，当工作电压达到气隙的起始放电电压时，便产生局部放电。局部放电起始电压与绝缘材料的介电常数和气隙的厚度密切相关。    气隙内气体的局部放电属于流注状高气压辉光放电，大量的高能带电粒子(电子和离子)高速碰撞主绝缘，从而破坏绝缘的分子结构。在主绝缘发生局部放电的气隙内，局部温度可达到1000℃，使绝缘内的胶粘剂和股线绝缘劣化，造成股线松散，股问短路，使主绝缘局部过热而热裂解，最终损伤主绝缘。局部放电的进一步发展是使绝缘内部产生树枝状放电，引起主绝缘进一步劣化，最终形成放电通道而使绝缘破坏。19。什么是电晕？电晕对发电机有什么危害？答:发电机内的电晕(Corona)，是发电机定子高压绕组绝缘表面某些部位由于电场分布不均匀，局部场强过强，导致附近空气电离，而引起的辉光放电。可见，电晕是发电机局部放电的一种。它产生在绝缘的表面，它与我们所熟悉的一般户外高压电场下的导体附近的电晕是有所不同的。    与其他形式的局部放电相比，电晕本身的放电强度并不是很高，但电晕的存在大大的降低了绝缘材料的性能。表面电晕使绝缘表面局部温度升高，电晕的热效应及其产生的03和N2的化合物(03极易分解与空气中的氮N2及水分化合生成酸)也会损坏局部绝缘，对黄绝缘来说是将绝缘层变成白色粉末，其程度的深浅与电晕作用时间有关，材料表面损坏后，放电集中于凹坑并向绝缘材料内部发展，严重时发展为树枝放电直到击穿。此外，电晕还使其周围产生带电离子，各种不利因数的叠加，一旦定子绕组出现过电压，则就有造成线棒短路或击穿的可能。黄绝缘的击穿场强随温度的升高而略有下降，当温度超过180℃时，其击穿场强将急剧下降。20。如何处理线棒出槽口处的磨卡现象答:这种故障多发生在铁芯线槽上下端出现局部松动或整个线槽出现振动。如在原来发电机工艺中，大型发电机均是在工厂内分别叠装，运抵现场后组装，因此合缝槽易出现振动，槽楔松动等现象。此外铁芯压指松动也会造成这种故障。    处理的原则是根据故障的程度和发电机线棒的参考电位综合考虑。若线棒运行电位高且磨卡已伤及主绝缘，则应考虑更换线棒。如线棒运行电位不高，磨卡部位只是损伤了防晕层或主绝缘损伤很轻，则不须换线棒，可在不拔出线棒的情况下进行处理。如果是铁芯松动引起，则应首先处理好铁芯。视情况可退出部分槽楔，将磨卡部位清洁干净后，喷人低阻半导体漆。然后，沿线槽边打人厚度合适的低阻半导体板，将线棒与线槽挤紧，然后恢复槽楔等。柴油发电机组单相运行的原因及预防    在现代工业生产中，柴油发电机组(​http:​/​​/​www.china-kangda.com​/​chaiyoufadianjizu​/​kangmingsichaiyoufadianji​/​"\o"康达康明斯柴油发电机组​)动力部分的应用非常广泛，但是在生产当中柴油发电机组动力部分因缺相运行而造成烧毁的事故在生产中占有很大的比例，怎样减少这些问题的出现，全面提高柴油发电机组动力部分的使用效率，是一个值得认真思考的问题，本文是根据东莞康达公司(​http:​/​​/​www.china-kangda.com"\o"东莞康达机电工程有限公司​)多年的工作实际和有关资料，提出预防柴油发电机组动力部分单相运行的措施，仅供参考，不足之处，请提出宝贵意见。一、柴油发电机组动力部分单相运行产生的原因及预防措施１、熔断器熔断    ⑴故障熔断：主要是由于电机主回路单相接地或相间短路而造成熔断器熔断。    预防措施：选择适应周围环境条件的柴油发电机组动力部分和正确安装的低压电器及线路，并要定期加以检查，加强日常维护保养工作，及时排除各种隐患。⑵非故障性熔断：主要是熔体容量选择不当，容量偏小，在启动柴油发电机组动力部分时，受启动电流的冲击，熔断器发生熔断。    熔断器非故障性熔断是可以避免的，不要片面认为在能躲过电机的启动电流的情况下，熔体的容量尽量选择小一些的，这样才能够保护电机。我们要明确一点那就是熔断器只能保护柴油发电机组动力部分的单相接地和相间短路事故，它绝不能作为柴油发电机组动力部分的过负荷保护。２、正确选择熔体的容量一般熔体额定电流选择的公式为：额定电流＝Ｋ×柴油发电机组动力部分的额定电流⑴耐热容量较大的熔断器（有填料式的）Ｋ值可选择1.5～2.5。⑵耐热容量较小的熔断器Ｋ值可选择４～６。    对于柴油发电机组动力部分所带的负荷不同，Ｋ值也相应不同，如柴油发电机组动力部分直接带动风机，那么Ｋ值可选择大一些，如柴油发电机组动力部分的负荷不大，Ｋ值可选择小一些，具体情况视电机所带的负荷来决定。    此外，熔断器的熔体和熔座之间必需接触良好，否则会引起接触处发热，使熔体受外热而造成非故障性熔断。在安装柴油发电机组动力部分的过程中，应采用恰当的接线方式和正确的维护方法。⑴对于铜、铝连接尽可能使用铜铝过渡接头，如没有铜铝接头，可在铜接头出挂锡进行连接。⑵对于容量较大的插入式熔断器，在接线处可加垫薄铜片（0.2mm），这样的效果会更好一些。⑶检查、调整熔体和熔座间的接触压力。⑷接线时避免损伤熔丝，紧固要适中，接线处要加垫弹簧垫圈。３、主回路方面易出现的故障⑴接触器的动静触头接触不良。    其主要原因是：接触器选择不当，触头的灭弧能力小，使动静触头粘在一起，三相触头动作不同步，造成缺相运行。    预防措施：选择比较适合的接触器。⑵使用环境恶劣如潮湿、振动、有腐蚀性气体和散热条件差等，造成触头损坏或接线氧化，接触不良而造成缺相运行。    预防措施：选择满足环境要求的电气元件，防护措施要得当，强制改善周围环境，定期更换元器件。⑶不定期检查，接触器触头磨损严重，表面凸凹不平，使接触压力不足而造成缺相运行。    预防措施：根据实际情况，确定合理的检查维护周期，进行严细认真的维护工作。⑷热继电器选择不当，使热继电器的双金属片烧断，造成缺相运行。    预防措施：选择合适的热继电器，尽量避免过负荷现象。⑸安装不当，造成导线断线或导线受外力损伤而断相。    预防措施：在导线和电缆的施工过程中，要严格执行“”严细认真，文明施工。⑹电器元件质量不合格，容量达不到标称的容量，造成触点损坏、粘死等不正常的现象。    预防措施：选择适合的元器件，安装前应进行认真的检查。⑺柴油发电机组动力部分本身质量不好，线圈绕组焊接不良或脱焊；引线与线圈接触不良。    预防措施：选择质量较好的柴油发电机组动力部分。二、单相运行的分析和维护    根据柴油发电机组动力部分接线方式的不同，在不同负载下，发生单相运行的电流也不同，因此，采取的保护方式也不同。例如：Ｙ型接线的柴油发电机组动力部分发生单相运行时，其电机相电流等于线电流，其大小与柴油发电机组动力部分所带的负载有关。当△型接线的柴油发电机组动力部分内部断线时，柴油发电机组动力部分变成∨型接线，相电流和线电流均与柴油发电机组动力部分负载成比例增长，在额定电流负载下，两相相电流应增大1.5倍，一相线电流增加到1.5倍，其它两相线电流增加√３／２倍。    当△型接线的柴油发电机组动力部分外部断线时，此时柴油发电机组动力部分两相绕组串联后与第三组绕组并联接于两相电压之间，线电流等于绕组并联之路电流之和，与柴油发电机组动力部分负荷成比例增长，在额定负载情况下，线电流增大３／２倍，串接的两绕组电流不变，另外一相电流将增大１／２倍。    在轻载情况下，线电流从轻电流增加到额定电流，接两相绕组电流保持轻载电流不变，第三相电流约增加1.2倍左右。所以角型接线的柴油发电机组动力部分在单相运行时，其线电流和相电流不但随断线处的不同发生变化，而且还根据负载不同发生变化。综上所述，造成柴油发电机组动力部分单相运行的原因无非是以下的几种原因造成的：１、环境恶劣或某种原因造成一相电源断相。２、保险非正常性熔断。３、启动设备及导线、触头烧伤或损坏、松动，接触不良，选择不当等造成电源断一相。４、柴油发电机组动力部分定子绕组一相断路。５、新电机本身故障。６、启动设备本身故障。    只要我们在施工时认真安装，在正常运行及维护检修过程中，严格按执行，一定可以避免由于柴油发电机组动力部分单相运行所造成的不必要的经济损失。柴油发电机组设备维修常见技术问题分析前言    企业的生产活动中，设备维修是保障设备安全运行的重要措施；是恢复设备技术性能，排除故障及消除故障隐患，延长设备使用寿命的有效手段。我国的设备维修行业起步相对较晚，在维修中还存在着诸多技术问题。这些问题的存在，会导致设备机械维修质量不高，装备可靠性差，甚至重大设备事故的发生。一、设备维修方法存在的问题1．设备维修不能正确判断分析故障，盲目大拆大卸的现象司空见惯。    一些维修人员由于对设备机械结构、原理不清楚，不认真分析故障原因，不能准确判断故障部位，凭着“大概、差不多”的思想盲目对设备大拆大卸，结果不但原故障未排除，而且由于维修技能和工艺较差，又出现新的问题。如某站曾经出现120KW柴油发电机(​http:​/​​/​www.china-kangda.com​/​chaiyoufadianjizu​/​8KW-200KW​/​120kw.html"\o"120KW珀金斯柴油发电机组​)动力不足、机械无法工作的故障。维修人员拆卸分解了PT喷油泵和喷油器也没有找到故障原因，更换1个喷油泵试验，故障依旧。最后检查故障是由于所用柴油内部杂质、水分过多引起。而此次拆卸却导致PT喷油泵的性能明显下降，柴油发电机(​http:​/​​/​www.china-kangda.com​/​chaiyoufadianjizu​/​kangmingsichaiyoufadianji​/​"\o"康明斯柴油发电机组​)功率不足。因此，当机械出现故障后，要通过检测设备进行检测；如无检测设备，可通过“问、看、查、试”等传统的故障判断方法和手段，结合设备的结构和工作原理，确定最可能发生故障的部位。在判定设备故障时，一般常用“排除法”和“比较法”，按照从简单到复杂、先外表后内部、先总成再部件的顺序进行，切忌“不问青红皂白，盲目大拆大卸”。2．盲目更换零部件，一味“换件修理”的现象不同程度地存在。    设备故障的判断和排除相对困难一些，有些维修人员一贯采用换件试验的方法，不论大件小件，只要认为可能是导致故障的零部件，一个一个更换试验。结果非但故障没排除，且把不该更换的零部件随意更换了，增加了维修费。    有些故障零部件完全可以通过修理恢复其技术性能，如发电机、空压机、鼓风机、燃烧器、齿轮油泵等出现故障，不需要复杂修理工艺即可修复。在维修时，应根据故障现象认真分析判断故障原因及部位，对能修复的零部件要采取修理的方法恢复技术性能，杜绝盲目更换零部件的做法。3．不注意检测零部件配合间隙的现象为数不少。    常用柴油发电机维修中，活塞与缸套配合间隙、活塞环“三隙”、活塞顶隙、气门间隙、柱塞余隙、制动蹄片间隙、主从动齿轮啮合间隙、轴承轴向和径向间隙、气门杆与气门导管配合间隙等，各类机型都有严格的要求，在维修时必须进行测量，对不符合间隙要求的零部件要进行调整或更换。实际维修工作中，不测量配合间隙而盲目装配零部件的现象为数不少，导致轴承早期磨损或烧蚀、柴油发电机烧机油、起动困难或爆燃、活塞环折断、机件撞击、漏油、漏气等故障。有时甚至会因零部件配合间隙不当，导致机械严重损坏事故的发生。4．设备装配时零部件装反的情况时有发生。    在维修设备时，一些零部件装配有着严格的方向要求；只有正确安装，才能保证零部件正常工作。有些零部件外部特征不明显，正反都可以安装，在实际工作中时常出现装反的情况，导致零件早期损坏、机械不能正常工作、设备损坏事故等。如发动机气缸衬垫、不等距气门弹簧、发动机活塞、活塞环、风扇叶片、齿轮油泵侧板、骨架油封、止推垫圈、止推轴承、止推垫片、挡油圈、喷油泵柱塞、离合器摩擦片盘毂、传动轴万向节等零部件在安装时，如不了解结构及安装注意事项，最易装反。致使装配后工作不正常，导致设备故障的发生。因此，维修人员在装配零部件时，一定要掌握零部件的结构及安装方向要求，不可想当然盲目安装。5．维修方法不正规，“治标不治本”仍是一些维修单位的习惯。    在维修设备时，一些维修人员不采取正确的维修方法，认为应急措施是万能的，以“应急”代“维修”，“治标不治本”的现象还很多。如经常遇到的“以焊代修”，就是一例。一些部件本可进行修理，但有些维修人员图省事，却常采用“焊死”的方法；为了使柴油发电机“有劲”，人为调大喷油泵的供油量和调高喷油器喷油压力。这些不正规的维修方法只能应急，却不可长期使用，必须从根本上查出故障原因，采取正规的维修方法排除故障，应引起维修人员的注意。二、设备维修材料、配件中存在的问题1．不检查新件质量，装配后出现故障的问题比较常见。    在更换配件前，有些维修人员对新配件不做技术检查，拿来后直接安装到设备上，这种做法是不科学的。目前市场上出售的零配件质量良莠不均，一些假冒伪劣配件鱼目混珠；还有一些配件由于库存时间过长，性能发生变化，如不经检测，装配后常常引起故障的发生。因此，在更换新配件前一定要进行必要的检查测试。检测包括外观及性能测试，确保新配件无故障，杜绝其引起的不必要麻烦。2．不注意配件型号，配件代用或错用的现象较普遍。    在维修设备时，配件代用或错用的现象仍然较普遍。有些配件应急代用是可行的，但长时间使用却有害无益，影响设备的安全和技术性能。有些维修人员对机械结构、原理了解较少，很多零配件型号不符，但却认为只要能装上就行，不考虑能否发挥机械的技术性能；用残次品代替合格品，用铁丝、铁钉代替开口销，用钢筋、IEt螺栓代替圆柱销等，质量无法保证，长期使用是绝不允许的。因此在维修设备时，应尽量使用原装型号的配件，不可用其它型号配件代用，更不能错用；不成对、成套更换组件的情况也不少见。    设备上有很多组件，如柴油发电机燃油系统的柱塞副、出油阀副、喷油嘴针阀组件，这些配合组件在工厂制造时经过特殊加工，成对研磨而成，配合十分精密，在使用的寿命期内始终成对使用，切不可互换。一些相互配合组件，如活塞与缸套、轴瓦与轴颈等，经过一段时间的磨合使用，相对配合较好，在维修时，也应注意成对装配，不要弄串。这些一台机械同时使用一套的配件，发生损坏一定要成套更换，否则由于配件质量差别大、新旧程度不同、长短尺寸不一，会导致设备运转不稳、更换的配件易早期损坏等。实际维修工作中，有人为了减少开支、有人不了解技术要求，不成对或成套更换上述零部件的情况还不少见，降低了设备的维修质量，缩短了机件寿命，增加了故障发生的可能性，应引起足够的重视。3．垫片使用不规范，随意使用的现象仍然存在。    设备零部件配合面间使用的垫片种类很多，常用的有石棉垫、橡胶垫、纸板垫、软木垫、毛毡垫、有色金属垫(铜垫、铝垫)、铜皮(钢皮)石棉垫、绝缘垫、弹簧垫、平垫等。一些用来防止零部件配合面间漏油、漏水、漏气、漏电，一些起紧固防松作用。每一类垫片使用的时机和场合有不同的规定和要求，在维修设备时，垫片使用不规范甚至乱用的现象还比较严重，导致配合面间经常发生泄漏，螺栓、螺母自行松动、松脱，影响设备的正常使用。如发电机气缸垫过厚，导致压缩比降低，发动机起动困难；喷油器与气缸盖配合面间应使用铜垫片，如用石棉垫代替，易使喷油器散热不良发生烧蚀。所以维修人员维修设备时，切记“垫片虽小用处大”。三、设备维修质量方面存在的问题1．“小件”好坏不重视，因“小”失“大”导致故障增加。    在设备维修作业时，一些维修人员往往只重视泵、燃油泵等部件的维护，却忽视了对各类仪表等“小件”的保养。他们认为这些“小件”不影响机械的工作，即使损坏也无关紧要，只要机械能动就凑合着用。孰不知正是这些“小件”缺乏维护，导致机械发生早期磨损，缩短使用寿命。如设备使用的机油滤清器、空气滤清器、液压油滤清器、水温表、油温表、油压表、传感器、报警器、滤网、黄油嘴、回油接头、开口销、风扇导风罩、传动轴螺栓锁片等，这此“小件”是设备正常工作及维护保养必不可少的，对延长机械的使用寿命至关重要，如不注意维护保养，常会“因小失大”，导致设备故障的发生。2．维修禁忌忘脑后，隐性故障频繁出。    维修设备时，有些维修人员不了解维修中应注意的一些问题，导致拆装中经常出现“习惯性”的错误，影响机械的维修质量。如安装活塞销时，不加热活塞而直接把活塞销打入销孔内，导致活塞变形量增大，椭圆度增加：维修柴油发电机时过量刮削轴瓦，轴瓦表面的减摩合金层被刮掉，导致轴瓦钢背与曲轴直接摩擦发生早期磨损；拆卸轴承、皮带轮等过盈配合零部件时不使用拉力器，硬打硬敲，易导致零部件变形或损坏；启封新活塞、缸套、喷油嘴组件、柱塞组件等零件时，用火烧零件表面封存的油质或腊质，使零件性能发生变化，不利于零件的使用。3．零件除污、清洗不彻底，早损、腐蚀常发生。    维修设备时，正确清除零部件表面的油污、杂质对提高修理质量，延长机械使用寿命有着重要意义。不注意加强零件的清洗、清洗剂选用不合理、清洗方法不当等，会导致零部件早期磨损、腐蚀性损坏现象发生。如不彻底清除螺栓孔内杂物、液压元件内砂粒，导致螺栓扭矩不足、活塞环易折断、缸垫烧蚀、液压元件早期磨损：大修时，不注意清除滤清器、润滑油油道等处积存的油污或杂质，使维修工作不彻底，减少了设备无故障运行时间。    修理人员在清洗零部件时，一要正确选用清洗剂。对各种零部件的清洗，应根据它们对清洁度的不同要求，正确选尉不同的清洗剂；二要防止零部件腐蚀、生锈。为确保零部件质量，应防止零部件腐蚀生锈，尤其对精密零部件更不允许有任何程度的腐蚀或生锈。因此在清洗时，不可用碱性清洗剂(特别是强碱清洗剂)清洗铝合金类零部件，更不可用强酸清洗剂清洗铜类零部件，以最大限度地减少机件的腐蚀；三是不同零部件应分类清洗。铝合金类零部件、铜类零部件不宜放在碱性或酸性清洗剂中一道清洗，橡胶类零部件不宜和其它钢铁类零件放在汽、柴油及酸、碱性清洗剂中一起清洗。