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19世紀英國科(ke)學家法拉第(dì)通過實驗發(fā)現了電磁感(gan)應🌈現❄️象🐅;導⚽體(ti)與磁場的磁(ci)力線相對切(qie)割運動時,導(dao)體中會感應(ying)出電動勢。如(rú)果将這根導(dǎo)體的兩端連(lian)接起來,則在(zài)這個閉合導(dao)體與磁場相(xiàng)🔞對切割運動(dong)時,導體中就(jiù)會産生㊙️感應(yīng)電流。
原線圈(quān)A通以直流電(diàn),則線圈因有(you)電流流過而(er)産生直流磁(ci)場。在副🔞線圈(quān)B的兩端接上(shang)電流表G。當線(xian)圈A穿越線圈(quān)🔅B的中間向下(xia)運動時,電流(liú)表G的指針會(hui)随之從中心(xīn)點擺向一邊(biān)。向上運動時(shí),電流表G的指(zhi)針會随之擺(bǎi)🎯向另一邊。這(zhe)就是說🔱:由線(xiàn)圈A的直流磁(ci)場的磁力線(xian)⛷️切割線圈B,或(huo)者說線圈B内(nèi)🐉的磁場從無(wu)到有或從小(xiǎo)💋到大發生變(biàn)化時,它就會(hui)産生感應電(dian)動勢和感應(ying)電流。而且線(xiàn)圈B中的感應(ying)電動勢和🔱感(gǎn)應電流的方(fāng)向還随磁場(chang)方向的變化(hua)而變化。通過(guo)大量的電磁(ci)感應實驗,科(ke)學家總結出(chu)了恒定磁場(chǎng)與金屬導體(tǐ)線圈相對切(qiē)割運動時線(xiàn)😍圈内的感應(yīng)電🔴動勢為:e=-N*（ΔΦ/Δt）
式(shi)中,N代表線圈(quān)B共有多少圈(quan)(也稱匝)。ΔΦ/Δt是線(xiàn)圈B中的一圈(quān)在Δt時間内磁(cí)🌈通🐇(表示磁場(chang)的強弱)的變(bian)化量ΔΦ。
可見線(xiàn)圈B中的感應(ying)電動勢e與線(xiàn)圈A穿越其中(zhōng)間上下運動(dòng)形成的❓磁通(tong)✔️變化有關。而(ér)且與其運動(dong)的速度也有(yǒu)關,上下運動(dong)越快感應電(diàn)動勢e越大。線(xiàn)圈繞的圈數(shù)N越多e也越♉大(dà)。
法拉第定律(lü)告訴我們:金(jīn)屬線圈穿過(guò)磁場切割磁(ci)力線,或者線(xiàn)圈不動而🙇🏻磁(ci)場🌍磁力線掃(sao)過它,都會在(zài)金屬線圈的(de)兩個端頭🌏間(jian)産生電壓。發(fa)電機就是📐根(gēn)據這個原理(lǐ)制造的。
按照(zhao)發電機的基(jī)本結構,磁場(chǎng)固定,金屬線(xian)圈繞組做成(chéng)可旋轉的以(yǐ)便切割🌂磁力(lì)線,電壓♊從這(zhe)個線圈繞組(zǔ)引出(稱為電(dian)樞繞組),這種(zhǒng)🚶♀️結構的發電(dian)機叫做旋轉(zhuǎn)電樞式發電(diàn)機。因為電樞(shū)是旋轉運⚽動(dòng)的,電樞繞組(zu)的電流要靠(kao)活動接觸的(de)電刷和滑環(huán)引❄️出才能供(gong)給負荷。因此(cǐ)輸出電流和(he)電壓都不能(neng)太大,一般不(bú)超過500V,否則電(dian)刷和滑環之(zhi)間将産生很(hěn)大的火花。這(zhe)種結構形式(shi)的發電🍓機已(yi)很少采用。
常(chang)用的同步發(fā)電機的結構(gou)形式是輸出(chu)電壓、電流的(de)繞組(即電樞(shu))是固定的,而(ér)産生磁力線(xiàn)的線圈繞組(zǔ)是旋💋轉的,其(qí)磁場㊙️自然也(ye)随之旋轉,這(zhe)種叫做旋轉(zhuan)磁場式發電(dian)機💯。發電🈲機轉(zhuan)子部分隻産(chǎn)生直流磁場(chang),而取消了滑(huá)環和電刷。定(ding)子部分有更(gèng)多的空間嵌(qian)放電🏃🏻樞繞組(zu)和絕緣材料(liao),電樞産生的(de)電流可以直(zhí)接輸⁉️往負荷(hé),其機械強度(du)和絕緣性能(neng)都較好,可靠(kào)性也🌈大為提(ti)高。所以又稱(cheng)為無刷同步(bu)發電機。
同步(bu)發電機的定(dìng)子部分(1)按照(zhao)120°的空間位置(zhi)分布了三個(ge)同樣的繞組(zu),這就是定子(zǐ)繞組,發電機(ji)的輸出電壓(yā)由它們通過(guò)發電機定子(zi)繞組(270)引出✨線(xian)接線端💃🏻子給(gěi)出,所以把它(ta)們也稱為電(dian)樞繞組。同步(bu)發電機轉子(zi)(4)上面安裝着(zhe)轉子繞組,它(tā)由同一軸上(shang)的勵磁機電(dian)樞繞組(100)輸出(chu)的交流🙇🏻電,經(jīng)旋轉整流器(qì)(78)整流後的直(zhi)流電供🐪電,并(bing)形成主磁場(chǎng)。主磁場和電(dian)樞磁場(共同(tóng)⛷️形成一個合(he)成磁場)的磁(ci)力線🌈剛掃入(ru)💃🏻電樞繞組時(shí),繞組兩端的(de)電壓小,全部(bù)掃入時電壓(ya)*大,快掃過繞(rao)組時電☔壓也(ye)小。所以說,繞(rào)組兩端的電(dian)壓是交流變(biàn)化的,稱之為(wei)交流電📞壓。這(zhè)樣,同步發電(diàn)機就可以産(chan)生彼此相差(cha)120°的三相交流(liu)電壓。如🏃🏻果按(àn)順序将🍓這💛三(sān)個電樞繞組(zu)編号為A、B、C,則它(tā)們各自的輸(shū)出電壓瞬時(shi)值🔞可表達成(chéng)
uA=Umsin(2πf t+0°)
uB=Umsin(2πf t-120°)
式中,(1)0°、-120°、+120°叫做初(chu)相角,它們是(shi)由同步發電(dian)機的結構決(jué)定的。
(2) f 是電(diàn)壓的頻率。它(tā)表示單位時(shí)間内,同步發(fa)電機轉子磁(cí)場的磁力線(xian)切割電樞繞(rao)組的次數。f的(de)大小實際上(shàng)是由發電機(jī)組的柴油發(fā)動機的轉速(sù)決定的,因為(wei)是🔆它直接帶(dài)着發電機轉(zhuan)子一起旋轉(zhuǎn),轉速越快,則(ze) f 越高。反之亦(yi)然, f 越低。對于(yu)同一台同步(bù)發電機🐇而言(yan),顯然三🙇🏻個電(dian)壓的頻⭐率 f 是(shì)一樣的🏃🏻♂️。2πf 則是(shi)轉子磁場的(de)磁力線⁉️切割(ge)電樞繞組的(de)角頻率,用ω表(biao)示。從三相電(diàn)壓的表達式(shì)可知:2πf t+φi(φi=0°、-120°、+120°)是正弦(xian)量變化的核(he)心,它反映了(le)正弦量随時(shí)間t變化的進(jìn)程。
(3)Um是電壓的(de)*大值。它是由(you)同步發電機(ji)的勵磁系統(tong)勵磁電💯流的(de)大☎️小決定的(de),同步發電機(ji)的轉子磁場(chǎng)是由勵磁電(dian)🔅流流過轉子(zǐ)繞💃🏻組産生的(de),電流大則轉(zhuǎn)子磁場強,磁(cí)力線切割電(dian)樞繞組在繞(rao)組上産生的(de)感應電動勢(shi)❓就大。反之亦(yì)然,感應電動(dong)勢就小。同步(bù)發電機隻有(yǒu)一♻️個勵磁系(xi)統,因此三個(ge)繞組輸出電(dian)壓❓的*大值Um都(dou)是一樣的。
3 、 轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁
勵(li)磁機其實就(jiù)是個小發電(diàn)機,其工作原(yuan)理與同步發(fā)電機一樣。所(suo)不同的是它(ta)的定子線圈(quan)和轉子線圈(quān)所起的作用(yong)與同步發電(diàn)機——主發電機(ji)正好⛱️相反👉;勵(li)磁機定子繞(rao)組(90)固定在主(zhǔ)發🔴電機定子(zi)旁,勵✂️磁機的(de)定子線圈通(tōng)以直流電形(xíng)成㊙️直流磁場(chǎng)。而安裝在主(zhǔ)發電機轉子(zǐ)軸上的勵磁(ci)機👅的轉子線(xian)圈💃,勵磁機電(diàn)樞繞組(100)成為(wéi)輸出電壓的(de)繞組。勵磁機(ji)的🧡轉✉️子與定(dìng)子内壁之間(jiān)也是保持💁着(zhe)較小而均勻(yún)🌏的間隙。勵磁(cí)機🌏定子線圈(quan)🏃🏻♂️的直流電,是(shi)由主發電機(ji)定子線圈🚶♀️即(jí)電樞的部分(fen)輸出電壓經(jīng)整流後而得(de)到的。它使勵(li)磁機定子線(xian)圈産生直流(liú)磁🧑🏽🤝🧑🏻場,且該磁(ci)場是不🐆動的(de)。工作時,與主(zhu)發電機轉子(zǐ)同🏃♂️軸安裝的(de)勵磁機轉子(zi)線圈在這個(gè)磁場内旋轉(zhuǎn)、切割磁🚩力線(xiàn)産生感應電(diàn)動勢。該電勢(shì)經同軸安裝(zhuāng)在勵磁機電(diàn)樞繞組旁邊(biān)的旋轉整流(liu)器(78)變成直流(liu)電流,再輸到(dào)主發電機的(de)轉子繞組使(shi)其産生直流(liu)♈轉子磁場。從(cong)而達到了對(duì)主發電機轉(zhuan)子繞組勵磁(ci)的要求。
調控的目的(de)就是實現在(zài)同步發電機(ji)額定範圍内(nei)🔞的負荷,無論(lun)其性質及大(da)小如何變化(huà)都能穩住輸(shu)出電壓。調控(kòng)的技術方式(shi)随着發電機(ji)額定功率的(de)不同、每個時(shi)期技術發㊙️展(zhǎn)程度的不同(tóng),有簡潔及**的(de)許多類型。
但(dan)總的理念都(dou)是:實時從主(zhu)發電機電樞(shū)取得電壓和(he)電流,經自動(dong)電壓調節器(qi)♉整流和負反(fǎn)饋調理後供(gòng)給勵磁機的(de)定子線圈,使(shi)其産生變❄️化(huà)規💞律與主發(fa)電機輸出電(dian)壓變化規🚶律(lü)相反💋的直流(liu)🤟電磁場。這個(ge)磁場也必然(rán)使勵磁機轉(zhuan)✏️子電樞的輸(shu)出電壓以及(jí)旋轉整流器(qì)供🧑🏾🤝🧑🏼給主發電(diàn)機轉子線圈(quan)的😄直流電流(liu)按同樣的規(gui)律💞而變化。從(cóng)而起到實時(shi)調節主發電(dian)機轉子磁場(chǎng)大小,使主發(fā)電機在額定(ding)負荷範圍内(nei)保持良好輸(shu)出特性的作(zuò)用。
對發電機(jī)輸出電壓的(de)調控過程,自(zì)動電壓調節(jie)器起着重要(yào)作用。
可見,通(tōng)過勵磁機實(shí)時調控主發(fa)電機轉子繞(rào)組磁場的大(dà)小,就☀️可以穩(wěn)住輸出電壓(yā)。這其中起重(zhòng)要作用的是(shi)具🧡有負🏃🏻反饋(kuì)功能🙇♀️的自動(dong)電壓調節器(qi)。通常也稱其(qi)為恒壓勵磁(cí)裝置。
5 、自動電(dian)壓調節器
采樣(yang)取自主發電(diàn)機輸出的部(bù)分電壓,從(8)、(9)兩(liang)端進入電壓(ya)測量單元。經(jīng)降壓、分壓、整(zheng)流濾波後,得(dé)到與發💃🏻電機(jī)輸出電壓成(cheng)正比的直流(liu)電壓。它☂️被R4、R5、PR1分(fen)壓後🔴獲得電(dian)壓UA,并送入脈(mo)寬調制器。出(chu)廠前或🌈者發(fā)電💃🏻機帶載正(zhèng)常工作時,調(diao)節RHR外接☁️電壓(ya)微調電位器(qi)使UA确定一個(ge)值作為基準(zhǔn)。測量單元輸(shū)出的電壓Uc則(ze)送入低頻保(bao)護單元。
脈沖(chòng)寬度調制器(qì)(PWM)的輸出調寬(kuan)脈沖UB控制調(diào)制管VT3。若由電(diàn)壓測量單元(yuán)送來的UA比基(jī)準電壓大,表(biǎo)明主發電機(jī)輸出電壓升(shēng)🐆高,則大的UA就(jiù)會使脈沖寬(kuan)度調制器輸(shu)出的脈沖電(diàn)壓UB的寬度變(biàn)窄。窄的脈沖(chòng)就會🐪使VT3導通(tong)時間短,通過(guò)的電流小🍉。反(fǎn)之,主發🤟電機(ji)輸出電壓降(jiàng)低🐪,UA變小,則脈(mo)沖寬度調制(zhì)器輸出UB的寬(kuan)度随之變寬(kuan)💜,從而使VT3導通(tong)😄時間變長,通(tong)過的電流增(zēng)多。
X1上,另一端接(jiē)在XX1端子上。由(you)主發電機電(dian)樞繞組取樣(yàng)的XA、XB、Xc三相電☎️壓(yā)(一般為36～45V),經過(guò)三個二極管(guan)VD10、VD11、VD12整流後,其直(zhi)流電流從X1端(duān)流入勵磁機(jī)的定子線圈(quan),由XX1流出,再經(jing)過調制管VT3和(he)XN端子流回主(zhu)發電機電樞(shu)👌繞組,形成一(yi)個勵磁機定(ding)子線圈♋的勵(li)磁電流通路(lù)。VT3是這個通路(lù)上的開關,它(tā)導通時間長(zhǎng),則定子線圈(quān)流過的電流(liú)🔅大,勵磁機定(dìng)子磁場強度(dù)變大📞。VT3導通時(shi)間短,定子線(xian)圈電流少,定(dìng)子磁場強度(du)小。
AVR就是這(zhe)樣調控主發(fa)電機的電壓(yā)的。主發電機(jī)由于負荷原(yuán)因輸出電壓(yā)升高,電壓測(ce)量單元輸出(chu)的UA随着升🤞高(gao),受UA控制的脈(mo)寬調制器輸(shū)出脈沖電壓(yā)UB寬度變窄,開(kāi)關管VT3導通時(shi)間短,勵磁機(jī)定子繞組因(yin)電流少磁場(chǎng)減弱,勵磁機(ji)轉子電樞電(dian)壓及旋轉整(zheng)流器輸出電(diàn)流随之減小(xiao)，導緻供給主(zhǔ)發電🙇🏻機轉子(zi)繞組🐕的勵磁(ci)電流🧡變小，則(zé)主發電機因(yīn)其轉子磁場(chang)的減💛小而使(shi)輸出電壓降(jiàng)低。反之，AVR的負(fu)反饋調控功(gong)能就會使主(zhǔ)發電機的輸(shū)出電壓升高(gāo)。
6 、同步發(fā)電機常用技(jì)術參數
理解(jie)同步發電機(ji)的技術參數(shù),對管好用好(hao)柴油發電機(jī)組是十分必(bi)要的。常用的(de)參數有：
額定(ding)電壓UH——同步發(fā)電機正常工(gong)作時,定子内(nèi)的三相電樞(shu)繞組每☀️組線(xiàn)端👅(每組的電(diàn)壓輸出端)之(zhi)間的線電壓(ya)。單位是V或kV。一(yi)般UH值為400V(線電(dian)🈲壓)或230V(相電壓(yā))。
IH——帶(dai)額定負荷正(zheng)常工作時,流(liú)過定子繞組(zu)的線電流,單(dan)位是A或者kA。
額(é)定功率因數(shu)cosφH——同步發電機(jī)帶額定負荷(he)正常工作時(shi),其每相定子(zi)☎️繞組内🔞的電(dian)壓與電流之(zhi)間相角差φH的(de)餘弦函數值(zhí)。一般這個值(zhí)是根據電力(li)系統的需要(yao)情況設計而(ér)定的。通常為(wei)0.8(滞後)。
額定頻率fH——額(e)定運行時,同(tong)步發電機輸(shū)出電壓每秒(miǎo)鐘内交變的(de)次數。單位是(shì)Hz。我國制定的(de)工業頻率為(wéi)50Hz。
效率η——同步發(fā)電機輸出的(de)有功功率與(yǔ)輸入的有功(gong)功率(柴🙇♀️油發(fā)動機對它做(zuò)的有功功率(lü))的比值。它是(shì)表征♍同步發(fā)電機運行經(jing)濟性的重要(yao)參數,越高越(yuè)好。
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