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柴油發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)：講的太清楚了
這里介紹柴油發(fā)電機(jī)的構(gòu)造，由于發(fā)電機(jī)大小不同，結(jié)構(gòu)也不相同，但主要部分的結(jié)構(gòu)與功能相同，本課件就柴油發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與組成進(jìn)行介紹，為顯示清楚，定子與轉(zhuǎn)子槽數(shù)都較少，定子線圈外形按導(dǎo)線繞制的線圈繪制(不是用銅條或銅管連接成的線圈)。發(fā)電機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)則參考大中型柴油發(fā)電機(jī)繪制。

  發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子與定子組成。柴油發(fā)電機(jī)是同步發(fā)電機(jī)，由于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，故柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子只有一對(duì)磁極，在額定轉(zhuǎn)速每分鐘3000轉(zhuǎn)時(shí)輸出50赫茲的三相交流電。下面通過一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)模型來介紹柴油發(fā)電機(jī)的基本構(gòu)造與組成。

  由于大型柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子磁極表面線速度達(dá)150m/s以上，離心力很大，故轉(zhuǎn)子直徑不能過大，大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子都為細(xì)長型。轉(zhuǎn)子圓周上沒有凸出的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯是一個(gè)在圓周上開有一些槽的圓柱，在圓周兩側(cè)各有一段槽距大的面稱為大齒，就是磁極(圖1所示)，稱之為隱極式轉(zhuǎn)子。在槽中嵌有勵(lì)磁繞組，隱極式轉(zhuǎn)子將勵(lì)磁繞組分成多個(gè)線圈，便于安裝與加固。

  勵(lì)磁繞組兩端通過集電環(huán)(滑環(huán))接到勵(lì)磁電源，在轉(zhuǎn)子圓周兩側(cè)就形成北極與南極，旋轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

  放大的定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯截面圖，兩鐵芯間有氣隙。定子鐵芯的內(nèi)圓周有嵌放定子線圈的槽，在槽口兩側(cè)有固定槽楔的小槽，槽楔用途是壓住定子線圈。轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓周有嵌放轉(zhuǎn)子線圈的槽，在槽口兩側(cè)有小槽，用來固定槽楔，在槽底有用于通風(fēng)的槽。

  轉(zhuǎn)子鐵芯與軸用高強(qiáng)度高磁導(dǎo)率的合金鋼材整體制作，在轉(zhuǎn)子鐵芯部分有一些軸向與徑向的孔隙，用來通風(fēng)冷卻。由于各種電機(jī)冷卻方式不同，孔隙布置走向也不同，這里就不作介紹了，見圖4。

  柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

  轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組由多個(gè)線圈組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中，多個(gè)線圈串聯(lián)起來組成轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子軸的勵(lì)磁端(簡稱勵(lì)端)安裝集電環(huán)，轉(zhuǎn)子繞組的兩個(gè)線端分別連接到兩個(gè)集電環(huán)。見圖5。

  嵌裝好繞組的柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

  嵌放好線圈后在槽口塞入槽楔，壓住槽內(nèi)線圈，線圈在槽外的端部用護(hù)環(huán)壓住，防止線圈被離心力甩出，見圖6。

  為減小負(fù)序磁場的影響，在轉(zhuǎn)子表面還裝有阻尼裝置，這里就不介紹了。

  轉(zhuǎn)子線圈與護(hù)環(huán)

  為降低發(fā)電機(jī)的溫度，在轉(zhuǎn)子兩端還裝有軸流風(fēng)扇對(duì)機(jī)內(nèi)氣體進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)。見圖7，這是整個(gè)轉(zhuǎn)子，是發(fā)電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)部件。

  安裝好集電環(huán)與風(fēng)扇的柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

  定子

  因?yàn)槎ㄗ予F芯內(nèi)的磁通是在不停的變化，為防止渦流損耗，定子鐵芯采用多層硅鋼片疊成，硅鋼片涂絕緣漆相互絕緣。硅鋼片導(dǎo)磁良好。為通風(fēng)冷卻定子鐵芯分成多段，段間有縫隙實(shí)現(xiàn)徑向通風(fēng)。在定子鐵芯的兩端用壓圈與穿心螺桿壓緊定子鐵芯，見圖8。

  柴油發(fā)電機(jī)定子鐵芯

  在定子鐵芯槽內(nèi)嵌放定子的三相繞組，繞組形式一般為雙層疊繞。每相繞組由多個(gè)線圈組成，按一定規(guī)律對(duì)稱排列，大型發(fā)電機(jī)的線圈只有幾匝，是用一根根銅條或銅管彎成，在端部進(jìn)行連接形成線圈。本模型簡化處理，線圈是由表皮絕緣的導(dǎo)線繞成多匝的線圈。

  在24槽電機(jī)模型有24個(gè)線圈，分為3組，組成三相繞組，6個(gè)引出線中3個(gè)是A、B、C相輸出端，3個(gè)為中性線端，一同連接到到電機(jī)下方的出線盒的瓷套管端子。

  嵌裝好線圈還要在槽口插入槽楔，把線圈壓緊固定。圖11是嵌裝好線圈的定子鐵芯剖視圖。

  發(fā)電機(jī)的實(shí)際組裝過程是定子鐵芯先安裝進(jìn)機(jī)座，然后才進(jìn)行線圈的嵌裝工作。

  定子與轉(zhuǎn)子裝入機(jī)座

  機(jī)座(機(jī)殼)由鋼板卷制焊接而成，為確保剛度在殼內(nèi)壁焊有多圈圓環(huán)筋與多條軸向筋。本模型圓環(huán)筋較寬，為便于冷卻氣體流動(dòng)，開有多個(gè)通氣孔。在機(jī)座下方有發(fā)電機(jī)出線盒，發(fā)出的三相交流電從這里引出，見圖12。安裝好的機(jī)殼加端蓋應(yīng)有很好的氣密性，以防止冷卻介質(zhì)泄露。

  發(fā)電機(jī)機(jī)殼

  把定子鐵芯安裝在發(fā)電機(jī)機(jī)座內(nèi)，再進(jìn)行定子線圈嵌裝，把各相線圈連接起來組成三相繞組。在定子鐵芯的槽口插入定子槽楔，壓緊槽內(nèi)線圈，見圖13。三相繞組的6個(gè)線端連接到出線盒的六個(gè)瓷套管端子，在出線盒外接成 Y 形連接，按三相四線輸出。

  裝入機(jī)座的發(fā)電機(jī)定子鐵芯與繞組

  把轉(zhuǎn)子插入定子鐵芯內(nèi)是發(fā)電機(jī)安裝的重要工序，要保證不損傷定子與轉(zhuǎn)子的任何部分。圖14是插入轉(zhuǎn)子后的狀態(tài)。

  發(fā)電機(jī)安裝轉(zhuǎn)子

  本模型的兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸承安裝在機(jī)殼兩側(cè)的端蓋上，稱為端蓋式軸承。每塊端蓋由上下兩塊組成，在端蓋上安裝軸承部件，軸承部件由軸瓦與軸承油密封等組成，循環(huán)的密封油可以潤滑軸瓦、防止氫氣泄露、降低軸瓦溫度。

  安裝好機(jī)殼兩側(cè)的下端蓋，在端蓋上安裝軸承部件，軸承把轉(zhuǎn)子支撐起來，轉(zhuǎn)子磁極與定子鐵芯間留有氣隙，轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)，見圖15。

  發(fā)電機(jī)安裝軸承

  安裝電刷裝置

  轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電源連接到電刷，電刷與集電環(huán)緊密接觸，勵(lì)磁電流先通過電刷，再通過集電環(huán)到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。電刷由天然石墨制成，有很好的自潤滑特性，導(dǎo)電良好，電刷通過刷辮接到勵(lì)磁端子。電刷裝在刷盒內(nèi)，可自由上下移動(dòng)，壓簧把電刷壓向集電環(huán)。壓簧采用恒壓彈簧，在電刷整個(gè)行程中壓力基本不變，恒壓彈簧固定在彈簧夾上，彈簧夾上有楔形卡子，彈簧夾插在刷盒內(nèi)，卡子進(jìn)入卡孔就卡住了。圖16左圖是壓簧，右圖是較新的電刷在刷盒的狀態(tài)，中圖是磨損較多的電刷(待換電刷)在刷盒的狀態(tài)。

  電刷盒結(jié)構(gòu)

  刷盒固定在刷握上，刷握固定在刷握架上，刷辮連接到勵(lì)磁電源接線端子上，見圖17左圖，在圖17右圖中顯示了電刷與集電環(huán)的相對(duì)位置(圖中隱去了轉(zhuǎn)子軸)。

  電刷裝置與集電環(huán)

  僅為發(fā)電機(jī)電刷示意圖，實(shí)際大型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流很大，每個(gè)集電環(huán)由幾段組成，電刷組相應(yīng)增多，電刷數(shù)量達(dá)數(shù)十個(gè)。集電環(huán)采用耐磨的優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，為降低集電環(huán)溫度，集電環(huán)有通風(fēng)孔，在兩集電環(huán)之間還裝有離心風(fēng)扇。

  電刷裝置安裝在發(fā)電機(jī)的勵(lì)端集電環(huán)的兩側(cè)。在轉(zhuǎn)子兩端還要安裝轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇，為了使風(fēng)扇的氣流按照指定路徑流動(dòng)，必須安裝上導(dǎo)風(fēng)罩，見圖18。

  發(fā)電機(jī)安裝電刷與風(fēng)扇

  發(fā)電機(jī)整機(jī)

  把機(jī)座兩端的上半端蓋安裝好，發(fā)電機(jī)就組裝好了，圖19是柴油發(fā)電機(jī)的剖視圖。

  冷卻系統(tǒng)

  大型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱量很大，必須有強(qiáng)有力的冷卻措施，不同型號(hào)發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座等主要結(jié)構(gòu)基本一樣，但冷卻系統(tǒng)五花八門，也較復(fù)雜。

  主要的冷卻介質(zhì)是氫氣與水，也有用空氣。氫氣比空氣的密度小很多、導(dǎo)熱系數(shù)大很多;水與很大的比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)大、價(jià)格低廉。冷卻方式主要有：

  全氫冷發(fā)電機(jī)，電機(jī)定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵芯均用氫氣冷卻。

  水氫冷發(fā)電機(jī)，電機(jī)定子繞組采用水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組與定子鐵芯用氫氣冷卻。

  水水空發(fā)電機(jī)，電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷、定子鐵芯用空氣冷卻。

  水水氫發(fā)電機(jī)，電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷、定子鐵芯用氫氣冷卻。

  全水冷發(fā)電機(jī)，電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組采用水內(nèi)冷、定子鐵芯也用水冷卻。

  空冷發(fā)電機(jī)，電機(jī)定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、定子鐵芯均用空氣冷卻，僅用于中小型發(fā)電機(jī)。

  氫氣或水如何在電機(jī)內(nèi)循環(huán)則有多種途徑，根據(jù)循環(huán)路線在定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯上制作冷卻介質(zhì)的通道，繞組水冷采用空心銅管作導(dǎo)線，在管內(nèi)通水冷卻。

  ，機(jī)座完全密封，在機(jī)殼靠兩端設(shè)有氫氣冷卻器，氫氣冷卻器就是排管式熱交換器，管內(nèi)是流動(dòng)的水，水通過電機(jī)外設(shè)備冷卻。在機(jī)殼內(nèi)部充滿氫氣，風(fēng)扇向兩端抽出熱氫氣，熱氫氣經(jīng)過氫氣冷卻器降溫，再次進(jìn)入定子與轉(zhuǎn)子帶走熱量。圖中淺藍(lán)色箭頭線示意氫氣的流動(dòng)路徑。

  除了上述的基本部件外，在定子、轉(zhuǎn)子、繞組、軸承等部位分布著許多溫度傳感器;在一些部位還有壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、位移傳感器等，監(jiān)視發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。

  在機(jī)外還配有發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)、冷卻水的凈化裝置與循環(huán)裝置、氫氣的儲(chǔ)存與控制裝置、密封油的循環(huán)系統(tǒng)等。

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發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，如沒有電器在用電，發(fā)出來的電都去哪里了?
發(fā)電機(jī)發(fā)電，假如沒有電器在用電，相當(dāng)于負(fù)載這邊是開路的，也就是發(fā)電機(jī)線圈的并沒有形成回路，沒有回路是沒有電流的，根據(jù)電功率的定義，電功率P=電壓U*電流I，因?yàn)榛芈窙]有電流，所以電功率P=0，也就是沒有電功率輸出，相當(dāng)于本質(zhì)上并沒有發(fā)電，當(dāng)然談不上損失了。

  電動(dòng)勢只是一種能力

  根據(jù)電磁定律，導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)切割磁力線的時(shí)候，會(huì)在導(dǎo)體兩端形成感生電動(dòng)勢。電動(dòng)勢在物理學(xué)上是這樣定義的，單位正電荷被電場力從電源的負(fù)極，經(jīng)過電源內(nèi)部，達(dá)到電源正極時(shí)所做的功的大小。

  光看定義，電動(dòng)勢是比較抽象的，不太好理解?？梢灶櫭剂x把電動(dòng)勢理解成讓電子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)趨勢的一種本領(lǐng)，一種能力。好比處于高處水池里邊的水，老想流出去，流到下游去這樣一種趨勢。又好比說一個(gè)人很會(huì)賺錢，口袋老是裝了滿滿的，這種也是一種能力。發(fā)電過程，電動(dòng)勢也反應(yīng)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一種能力本領(lǐng)。

  有本領(lǐng)有能力，不做事，相當(dāng)于能力體現(xiàn)不出來，也等同于沒有能力，好比上邊說到有賺錢能力的人，并沒有把錢花掉，和窮人沒有兩樣一個(gè)道理。當(dāng)沒有任何負(fù)載接入發(fā)電機(jī)的回路里邊，回來沒有電流，并沒有產(chǎn)生電功率。但是導(dǎo)體切割磁力線是存在的，所以有電動(dòng)勢，展現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)能發(fā)電的一種本領(lǐng)而已。再次回到水池裝滿水了，但是水閥是關(guān)閉著的，并沒有水漏出去一樣的道理，并沒有什么損失，水還在水池里邊。

  導(dǎo)體沒有切割磁力線時(shí)候，正負(fù)極兩端都是中性的，因?yàn)榻饘僬姾珊碗娮邮峭耆恢碌?，?dǎo)體沒有對(duì)外顯示出任何帶電狀態(tài)。當(dāng)切割磁力線的時(shí)候，正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極，可以理解成電磁力讓正電荷和電子實(shí)現(xiàn)了在這一段導(dǎo)體上分離了一些出來，正極聚焦了正電荷，而負(fù)極聚集了電子，這樣分別在導(dǎo)體兩頭呈現(xiàn)出不同的帶電狀態(tài)來。正負(fù)電荷分離出來的數(shù)量越多，代表發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢越強(qiáng)，發(fā)電能力也越強(qiáng)。因?yàn)闆]有負(fù)載接入，而發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力是有限的，導(dǎo)體的能分離出來的數(shù)量也是有限的，到了一定程度，正負(fù)電荷不再繼續(xù)分離增加了，發(fā)電機(jī)怎么轉(zhuǎn)，都不會(huì)再有新的正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極了。好比水池里邊的水已經(jīng)滿了，水泵再往里邊送水，也送不進(jìn)去這個(gè)道理。

  電能的轉(zhuǎn)化看電流

  燈泡發(fā)光，是因?yàn)殡娏髁鬟^鎢絲等東西，轉(zhuǎn)換成熱能或者光能，而風(fēng)扇在轉(zhuǎn)，也是電流流過電機(jī)內(nèi)部，讓電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。要讓負(fù)載工作同時(shí)消耗電能，必須要有電流流過負(fù)載本身，這樣電能才可以轉(zhuǎn)換成其他形式的能。

  發(fā)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載發(fā)電時(shí)候，機(jī)械能會(huì)因?yàn)榍懈畲帕€存在，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)部會(huì)分離出來正負(fù)電荷，讓正電荷跑到正極，負(fù)電荷保留在負(fù)極，轉(zhuǎn)換成電能，而電能因?yàn)橛谢芈?，讓正電荷從正極，經(jīng)過負(fù)載，流回負(fù)極，這樣相當(dāng)于正電荷做了一個(gè)封閉的循環(huán)，回到了初的位置了，讓正負(fù)電荷中和，這樣機(jī)械能再次在發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)部分離正負(fù)電荷，重復(fù)這個(gè)流程，這樣一個(gè)流程就是有源源不斷電流產(chǎn)生的過程。

  發(fā)電機(jī)可以看成一個(gè)電壓源，電動(dòng)勢代表這個(gè)電壓源的能力，電壓是穩(wěn)定的，發(fā)電機(jī)輸出的電功率大小，取決于負(fù)載這邊的電流大小，電流越大，發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的數(shù)量會(huì)越多。反過來，如果負(fù)載沒有電流，發(fā)電機(jī)實(shí)際上是在空轉(zhuǎn)，除了一些摩擦力在消耗能量外，并不會(huì)有機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，不存在白白損失的問題

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