新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機(jī)組及交流發(fā)電機(jī)工作原理

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組的工作原理是柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)便帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能輸出。發(fā)電機(jī)一般為交流同步發(fā)電機(jī)，主要由磁性材料制造多個(gè)南北極交替排列的永磁鐵（稱(chēng)為轉(zhuǎn)子）和硅鑄鐵制造并繞有多組串聯(lián)線圈的電樞線圈（稱(chēng)為定子）組成。其工作原理是轉(zhuǎn)子由柴油機(jī)帶動(dòng)軸向切割磁力線，定子中交替排列的磁極在線圈鐵芯中形成交替的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，磁通的方向和大小變換多次，由于磁場(chǎng)的變換作用，在線圈中將產(chǎn)生大小和方向都變化的感應(yīng)電流并由定子線圈輸送出電流。此外，為了保護(hù)用電設(shè)備，并維持其正常工作，發(fā)電機(jī)輸出的電壓還需要調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

 

一、柴油發(fā)電機(jī)組的分類(lèi)和原理

 

1、柴發(fā)機(jī)組的分類(lèi)方法

      柴油發(fā)電機(jī)組的種類(lèi)繁多，依據(jù)不同的原則進(jìn)行分類(lèi)的結(jié)果不盡相同。

（1）以發(fā)動(dòng)機(jī)燃料為依據(jù)，可分為柴油發(fā)電機(jī)組和復(fù)合燃料發(fā)電機(jī)組；

（2）依據(jù)轉(zhuǎn)速可分為高、中、低速發(fā)電機(jī)組；按用途可分為應(yīng)急、備用和常用發(fā)電機(jī)組；

（3）根據(jù)發(fā)電機(jī)的輸出電壓頻率可分為交流發(fā)電機(jī)組和直流發(fā)電機(jī)組；

（4）按照發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式可分為旋轉(zhuǎn)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和靜止勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)兩類(lèi)。

    需要注意的是，常用的分類(lèi)方法通常以柴油發(fā)電機(jī)組的性質(zhì)和用途為依據(jù)，而以控制和操作方式以及外觀構(gòu)造進(jìn)行分類(lèi)。

2、柴發(fā)機(jī)組的工作原理

      以C275D5型康明斯發(fā)電機(jī)組為例，其結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)側(cè)面圖如圖2所示。

      基本原理是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在氣缸內(nèi)，經(jīng)過(guò)空氣濾清器過(guò)濾的潔凈空氣與噴油器噴出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞的向上擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達(dá)到柴油的燃點(diǎn)。柴油被點(diǎn)燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為“做功”。每個(gè)氣缸按一定順序依次工作，作用在活塞上的推力通過(guò)連桿變成驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力，從而帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)將無(wú)刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)的曲軸同軸安裝，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以由柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機(jī)將輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以通過(guò)閉合的負(fù)載電路產(chǎn)生電流。

3、柴油發(fā)電機(jī)的主要技術(shù)性能

      作為柴油發(fā)電機(jī)組使用和維修人員，必須了解并掌握發(fā)電機(jī)組的主要性能指標(biāo)。同時(shí)滿(mǎn)足可靠性能指標(biāo)MTBF：GJB235A-1997《軍用交流移動(dòng)電站通用規(guī)范》規(guī)定柴油機(jī)平均故障間隔時(shí)間為500h、800h和1000h。

（1）電壓整定范圍

      電壓整定范圍是指在發(fā)電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速空載運(yùn)行時(shí)，調(diào)整控制面板上的手動(dòng)或自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，電壓能夠達(dá)到的最大值和最小值的范圍。在一般情況下，空載電壓整定范圍為額定值的95%—105%。

（2）穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率

      穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率是指同步發(fā)電機(jī)在從空載到額定負(fù)載的所有負(fù)載條件下穩(wěn)態(tài)電壓的變化率。國(guó)家對(duì)I 、II、 III類(lèi)電站的技術(shù)要求是±(1—3)%，對(duì)Ⅳ類(lèi)電站的技術(shù)要求是≤±5%。

      正常情況下，同步發(fā)電機(jī)在不同的負(fù)載條件下的穩(wěn)態(tài)電源調(diào)整詣不同的。給發(fā)電機(jī)加上感性負(fù)載時(shí)，其負(fù)載變化后的穩(wěn)態(tài)電壓值要低于空載整定電壓；給發(fā)電機(jī)加上容性負(fù)載時(shí)，負(fù)載變化后的穩(wěn)態(tài)電壓值要高于空載穩(wěn)定電壓?？蛰d整定電壓偏差的大小取決于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)能力，在一般情況下，電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度越高，空載整定電壓的偏差就越小，穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率也就越小。

（3）瞬態(tài)電壓調(diào)整率

      瞬態(tài)電壓調(diào)整率是指發(fā)電機(jī)在空載且轉(zhuǎn)束客電壓達(dá)到額定值時(shí)，在突加或突減負(fù)載的過(guò)程中瞬時(shí)電壓的變化率。

（4）電壓穩(wěn)定時(shí)間

      電壓穩(wěn)定時(shí)間是指發(fā)電機(jī)牌穿戴狀態(tài)且電壓達(dá)到額定值時(shí)，從突加負(fù)載到電壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)所需的時(shí)間，用S表示。國(guó)家規(guī)定I、II、III類(lèi)電站的電壓穩(wěn)定時(shí)間為0.5—1s，Ⅳ類(lèi)電站為3S。

（5）電壓波動(dòng)率

      電壓波動(dòng)率是指同步發(fā)電機(jī)在負(fù)載不變時(shí)電壓的波動(dòng)程度。

（6）穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率

      穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率是指負(fù)載變化前后同步發(fā)電機(jī)頻率穩(wěn)定的差值與額定頻率的比值。

（7）瞬態(tài)頻率調(diào)整率

      瞬態(tài)頻率調(diào)整率是指發(fā)電機(jī)組在突加或突減負(fù)載時(shí)，瞬間變化頻率與負(fù)載變化前頻率的差值與額定頻率的比值。

（8）頻率波動(dòng)率

      頻率波動(dòng)率是指發(fā)電機(jī)組在負(fù)載不變時(shí)的頻率波動(dòng)程度。

（9）頻率穩(wěn)定時(shí)間

      頻率穩(wěn)定時(shí)間是指發(fā)電機(jī)在穿戴和頻率為額定值時(shí)，從突加負(fù)載到頻率穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)所需要的時(shí)間是，用S'表示。國(guó)家規(guī)定I、II、III類(lèi)電站的頻率穩(wěn)定時(shí)間為2—5 S'，Ⅳ類(lèi)電站為7 S'。

（10）空載線電壓正弦性波形畸變率

      發(fā)電機(jī)組在正常情況下輸出的確電壓波形應(yīng)是正弦波，但通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中還含有3次及以上的高次諧波。由于高次諧波的存在，發(fā)電機(jī)輸出的電壓波形將出現(xiàn)正弦性畸變。當(dāng)空載線電壓正弦性波形畸變率過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)熱和絕緣性能下降等。 在一般情況下，發(fā)電機(jī)組在空載電壓時(shí)的線電壓正弦性波形畸變率真不應(yīng)大于5%。

 

圖1  C275D5康明斯柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)側(cè)視圖

圖2  C275D5康明斯柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)平面圖.

 

二、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

 

      柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和膨脹和排氣這四個(gè)過(guò)程來(lái)完成的，這四個(gè)過(guò)程構(gòu)成了一個(gè)工作循環(huán)?；钊咚膫€(gè)過(guò)程才能完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)為四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作過(guò)程如圖3、圖4所示。

1、進(jìn)氣沖程

      如圖3（a）所示，進(jìn)氣沖程的任務(wù)是使氣缸內(nèi)充滿(mǎn)新鮮空氣。

（1）當(dāng)進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)，活塞位于上止點(diǎn)，氣缸內(nèi)的燃燒室中還留有一些廢氣。

（2）當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)肘，連桿使活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)，利用與曲軸相聯(lián)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣閥打開(kāi)。

（3）隨著活塞的向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)活塞上面的容積逐漸增大：造成氣缸內(nèi)的空氣壓力低于進(jìn)氣管內(nèi)的壓力，因此外面空氣就不斷地充入氣缸。

（4）當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)接近下止點(diǎn)時(shí)，沖進(jìn)氣缸的氣流仍具有很高的速度，慣性很大，為了利用氣流的慣性來(lái)提高充氣量，進(jìn)氣閥在活塞過(guò)了下止點(diǎn)以后才關(guān)閉。雖然此時(shí)活塞上行，但由于氣流的慣性，氣體仍能充入氣缸。

2、壓縮沖程

      如圖3（b）所示，壓縮時(shí)活塞從下止點(diǎn)間上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)沖程的功用如下：

（1）提高空氣的溫度，為燃料自行發(fā)火作準(zhǔn)備。

（2）為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件。當(dāng)活塞上行，進(jìn)氣閥關(guān)閉以后，氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮。隨著容積的不斷細(xì)小，空氣的壓力和溫度也就不斷升高，壓縮終點(diǎn)的壓力和濕度與空氣的壓縮程度有關(guān)，即與壓縮比有關(guān)，一般壓縮終點(diǎn)的壓力和溫度為：

Pc＝4～8MPa，Tc＝750～950K。

      柴油的自燃溫度約為543~563K，壓縮終點(diǎn)的溫度要比柴油自燃的溫度高很多，足以保證噴入氣缸的燃油自行發(fā)火燃燒。

      噴入氣缸的柴油，并不是立即發(fā)火的，而且經(jīng)過(guò)物理化學(xué)變化之后才發(fā)火，這段時(shí)間大約有0.001～0.005秒，稱(chēng)為發(fā)火延遲期。因此，要在曲柄轉(zhuǎn)至上止點(diǎn)前10～35°曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)開(kāi)始將霧化的燃料噴入氣缸，并使曲柄在上止點(diǎn)后5～10°時(shí)，在燃燒室內(nèi)達(dá)到最高燃燒壓力，迫使活塞向下運(yùn)動(dòng)。

3、燃燒和膨脹沖程

      如圖4（c）所示，在燃燒和膨脹沖程開(kāi)始時(shí)，大部分噴入燃燒室內(nèi)的燃料都燃燒了。燃燒時(shí)放出大量的熱量，因此氣體的壓力和溫度便急劇升高，活塞在高溫高壓氣體作用下向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連稈使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外作功。所以這一沖程又叫作功或工作沖程。

      隨著活塞的下行，氣缸的容積增大，氣體的壓力下降，工作沖程在活塞行至下止點(diǎn)，排氣閥打開(kāi)時(shí)結(jié)束。

      工作沖程的壓力變化部分表示燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)壓力的急劇升高，最高點(diǎn)表示最高燃燒壓力Pz，此點(diǎn)的壓力和溫度為：

Pz＝6～15MPa， Tz＝1800～2200K

      最高燃燒壓力與壓縮終點(diǎn)壓力之比(Pz／Pc)，稱(chēng)為燃燒時(shí)的壓力升高比， 用λ表示。根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型的不同，在最大功牢時(shí)λ值的范圍如下：

λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。

4、排氣沖程

      排氣沖程的功用是把膨脹后的廢氣排出去，以便充填新鮮空氣，為下一個(gè)循環(huán)的進(jìn)氣作準(zhǔn)備。

      如圖4（d）所示，當(dāng)工作沖程活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)附近時(shí)，排氣閥開(kāi)起，活塞在曲軸和連桿的帶動(dòng)下，由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并把廢氣排出氣缸外。由于排氣系統(tǒng)存在著阻力，所以在排氣沖程開(kāi)始時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體壓力加比大氣壓力高0.025—0.035MPa，其溫度Tb＝1000～1200K。為了減少排氣時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)的阻力，排氣閥在下止點(diǎn)前就打開(kāi)了。排氣閥一打開(kāi)，具有一定壓力的氣體就立即沖出缸外，缸內(nèi)壓力迅速下降，這樣當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的廢氣依靠活塞上行排出去。為了利用排氣時(shí)的氣流慣性使廢氣排出得干凈，排氣閥在上止點(diǎn)以后才關(guān)閉。

      排氣沖程曲線表示在排氣過(guò)程中，缸內(nèi)的氣體壓力幾乎是不變的，但比大氣壓力稍高一些。排氣沖程終點(diǎn)的壓力Pr約為0.105～0.115MPa，殘余廢氣的溫度Pr約為850～960K。

      由于進(jìn)、排氣閥都是早開(kāi)晚關(guān)的；所以在排氣沖程之末和進(jìn)氣沖程之初，活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)，有一段時(shí)間進(jìn)、排氣閥同時(shí)開(kāi)起，這段時(shí)間用曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)表示，稱(chēng)為氣閥重迭角。

      排氣沖程結(jié)束之后，又開(kāi)始了進(jìn)氣沖程，于是整個(gè)工作循環(huán)就依照上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。由于這種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)由四個(gè)活塞沖程即曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)完成的，故稱(chēng)四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

      在四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中，只有第三沖程即工作沖強(qiáng)才產(chǎn)生動(dòng)力對(duì)外作功，而其余三個(gè)沖程都是消耗功的準(zhǔn)備過(guò)程。為此在單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上必須安裝飛輪，利用飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，使曲軸在四個(gè)沖程中連續(xù)而均勻地運(yùn)轉(zhuǎn)。

 

圖3  柴油機(jī)進(jìn)氣和壓縮行程示意圖

圖4  柴油機(jī)做功和排氣行程示意圖

 

三、交流發(fā)電機(jī)的工作原理

      柴油發(fā)電機(jī)組中常用的發(fā)電機(jī)為同步交流發(fā)電機(jī)，是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種。本文以旋轉(zhuǎn)電樞式同步發(fā)電機(jī)為例，介紹柴油發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)工作原理，如圖5所示。

1、旋轉(zhuǎn)磁極式和電樞式的區(qū)別

      旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的原理與旋轉(zhuǎn)電樞式相同，都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。而主要區(qū)別有兩點(diǎn)：

（1）產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過(guò)電樞的旋轉(zhuǎn)使閉合線圈的磁通量變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流；旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則通過(guò)磁極的旋轉(zhuǎn)使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

（2）電力輸出方式：旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)通過(guò)電刷和集電環(huán)向外接電路供電；而旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)則直接將電力送往外接電路，因此相對(duì)于旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)可提供電高的電壓，適用于大型發(fā)電機(jī)。

2、電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生

      當(dāng)導(dǎo)體切割磁場(chǎng)的磁力線時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其原理如圖6所示。

      線圈abcd代表整個(gè)電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)1和2上，兩者同軸旋轉(zhuǎn)，且相對(duì)位置和連接關(guān)系不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化。電刷A和B通過(guò)刷架固定在發(fā)電機(jī)的端蓋上、且與滑環(huán)1、2的滑動(dòng)接觸關(guān)系不變。

      當(dāng)電樞沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，ab邊處于N極下時(shí)、山邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛蒫至d，并設(shè)此時(shí)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)檎较?當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時(shí)ab和cd邊中的電動(dòng)勢(shì)均改變方向，顯然此時(shí)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值。

      由上述過(guò)程可知，對(duì)于一對(duì)磁極的單向同步交流發(fā)電機(jī)、其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，在電樞繞組中產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若磁通密度B按正弦規(guī)律分布，則可產(chǎn)生正弦交流電動(dòng)勢(shì)。而對(duì)于三相同步交流發(fā)電機(jī)、其各項(xiàng)繞組產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)的原理與單項(xiàng)同步交流發(fā)電機(jī)完全相同。

3、電動(dòng)勢(shì)的大小

      根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)、導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e可由式求得:

E=BLV

式中，B——磁通密度；

L——導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度；

V——導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)速度。

而正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值E計(jì)算：

E=Kn

式中，n——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；

K——發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。

    同步交流發(fā)電機(jī)制成后，其結(jié)構(gòu)常數(shù)K已成定值。因此，可通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或每極磁通來(lái)調(diào)整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動(dòng)勢(shì)的頻率f恒定，而頻率f與轉(zhuǎn)速n成正比，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不能隨便調(diào)整的。因此，主要通過(guò)調(diào)節(jié)同步交流發(fā)電機(jī)磁通量的大小，達(dá)到調(diào)整其輸出電壓的目的。

4、電動(dòng)勢(shì)的頻率

    當(dāng)發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)一定時(shí)(如P=1)，其轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，電樞繞組可產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩周，產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)，苦轉(zhuǎn)子每秒旋轉(zhuǎn)n/60周，則產(chǎn)生n/60周/s的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知，交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。

    當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)(如n=1周/s)，磁極對(duì)數(shù)P=1，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。磁極對(duì)數(shù)P=2，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。若為P對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生P個(gè)周波的交流電動(dòng)勢(shì)。由此可知，交流電動(dòng)勢(shì)的頻率f還與磁極對(duì)數(shù)P成正比。

    綜上所述，同步交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的頻率f與其轉(zhuǎn)速n 和磁極對(duì)數(shù)P成正比，因此f的計(jì)算公式為：

F=P*n/60 (周/s)

    改變同步交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n或磁極對(duì)數(shù)P，均可改變其頻率f。但是，發(fā)電機(jī)制成后，其磁極對(duì)數(shù)P是不能改變的因此，只能通過(guò)改變轉(zhuǎn)速n來(lái)調(diào)整頻率f。一旦頻率f達(dá)到額定值后，就不能再隨便改變轉(zhuǎn)速n。

5、改善電動(dòng)勢(shì)波形的措施

    根據(jù)要求，同步交流發(fā)電機(jī)輸出電壓應(yīng)為正弦波。但是，由于發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)、磁極結(jié)構(gòu)、電樞繞組結(jié)構(gòu)、三相發(fā)電機(jī)電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動(dòng)勢(shì)的波形會(huì)產(chǎn)生畸變，形成非正弦交流電動(dòng)勢(shì)。

    非正弦交流電動(dòng)勢(shì)中除含有基波分量外，還含有頻率不同的許多高次諧波分量。不僅嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的性能和工況，還影響用電設(shè)備的正常工作。因此，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)同步交流發(fā)電機(jī)時(shí)，采取了諸多方法，改善電動(dòng)勢(shì)波形，使其成為正弦波。其具體方法有：改善磁極形狀、采用斜槽定子、改善定子繞組結(jié)構(gòu)和三相發(fā)電機(jī)采用星形接法。

（1）改善磁極形狀：磁極的分布規(guī)律由磁極的形狀決定，將磁極尖削尖或采用扭斜磁極，使磁通密度B近似按正弦規(guī)律分布，進(jìn)而使電動(dòng)勢(shì)成為正弦波；

（2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個(gè)槽距的位置，使其成為斜糟定子，無(wú)論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至何種位置，磁極端畫(huà)所覆蓋的鐵芯齒面積始終保持不變，這樣可消除齒諧波的影響；

（3）改善定子繞組結(jié)構(gòu)：同步交流發(fā)電機(jī)通常采用短距分布式繞組結(jié)構(gòu)，可消除或削弱許多高次諧波分量，使電動(dòng)勢(shì)接近于正弦波；

（4）三相發(fā)電機(jī)采用星形接法：三相同步發(fā)電機(jī)的三相電樞繞組采用星形接法，其線電壓中將不再含有三次及三的整倍數(shù)次諧波分量·改善線電壓的波形。

6、同步交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式

      發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率的產(chǎn)生方式，稱(chēng)為其勵(lì)磁方式。同步交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式有他勵(lì)式和自勵(lì)式兩種。

（1）他勵(lì)式：

      勵(lì)磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發(fā)電機(jī)稱(chēng)為:他勵(lì)式發(fā)電機(jī)。根據(jù)獲得勵(lì)磁功率形式的不同，他勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)又有采用血流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁和采用無(wú)刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁之分。其中、采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是靠同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的；采用無(wú)刷交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁是由同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁功率的。

（2）自勵(lì)式：

      勵(lì)磁功率由本身供給的發(fā)電機(jī)稱(chēng)為自勵(lì)式發(fā)電機(jī)。其勵(lì)磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發(fā)電機(jī)輸出端取得，由安裝在同步交流發(fā)電機(jī)的定子槽中的副繞組供給；發(fā)電機(jī)電樞繞組為帶抽頭式的，由抽頭處引出部分電樞繞組供給。

      綜上所述，無(wú)論是他勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，還是自勵(lì)式同步交流發(fā)電機(jī)，改變勵(lì)磁電流的大小，均可調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出電壓。

 

圖5  交流發(fā)電機(jī)工作原理矢量圖

圖6  發(fā)電機(jī)三相電動(dòng)勢(shì)原理圖

 

總結(jié)：

      雖然柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有許多種型式，其具體構(gòu)造也不完全一樣，但都有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系、潤(rùn)滑系及冷卻系。曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)和燃油供給系，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的三大基本部分，它們互相配合，完成柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。使用過(guò)程中，三者技術(shù)狀態(tài)的好壞及相互之間配合的正確與否，對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能具有決定性的影響。潤(rùn)滑系和泠卻系為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助系統(tǒng)，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期正常工作不可缺少的重要部分。如果潤(rùn)滑系或冷卻系工作不正常，那么柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)發(fā)生故障，也不能正常工作。由此可見(jiàn)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中，必須對(duì)以上各部分予以充分重視，不可忽視任何一個(gè)部分，否則，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作將無(wú)法保證，甚至?xí)斐刹裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。

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