1柴油發(fā)電機(jī)組的工作原理及結(jié)構(gòu)
發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。
由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。
2汽輪發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)配套的發(fā)電機(jī)
為了得到較高的效率，汽輪機(jī)一般做成高速的，通常為1500轉(zhuǎn)/分（頻率為50赫）或1800轉(zhuǎn)/分（頻率為60赫）。核電站中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速較低，但也在1500轉(zhuǎn)/分以上。高速汽輪發(fā)電機(jī)為了減少因離心力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及降低風(fēng)摩耗，轉(zhuǎn)子直徑一般做得比較小，長度比較大，即采用細(xì)長的轉(zhuǎn)子。
特別是在3000轉(zhuǎn)/分以上的大容量高速機(jī)組，由于材料強(qiáng)度的關(guān)系，轉(zhuǎn)子直徑受到嚴(yán)格的限制，一般不能超過 1.2米。而轉(zhuǎn)子本體的長度又受到臨界速度的限制。當(dāng)本體長度達(dá)到直徑的6倍以上時(shí),轉(zhuǎn)子的第二臨界速度將接近于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，運(yùn)行中可能發(fā)生較大的振動(dòng)。所以大型高速汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴(yán)格的限制。
10萬千瓦左右的空冷電機(jī)其轉(zhuǎn)子尺寸已達(dá)到上述的極限尺寸,要再增大電機(jī)容量,只有靠增加電機(jī)的電磁負(fù)荷來實(shí)現(xiàn)。為此必須加強(qiáng)電機(jī)的冷卻。所以 5～10萬千瓦以上的汽輪發(fā)電機(jī)都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。70年代以來，汽輪發(fā)電機(jī)的最大容量已達(dá)到130～150萬千瓦。從1986年以來，在高臨界溫度超導(dǎo)電材料研究方面取得了重大突破。超導(dǎo)技術(shù)可望在汽輪發(fā)電機(jī)中得到應(yīng)用，這將在汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)展史上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。
將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的電機(jī)。通常由汽輪機(jī)、水輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。小型發(fā)電機(jī)也有用風(fēng)車或其他機(jī)械經(jīng)齒輪或皮帶驅(qū)動(dòng)的。
發(fā)電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩大類。后者又可分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)兩種。現(xiàn)代發(fā)電站中最常用的是同步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是由直流電流勵(lì)磁,既能提供有功功率，也能提供無功功率，可滿足各種負(fù)載的需要。異步發(fā)電機(jī)由于沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是不能向負(fù)載提供無功功率，而且還需要從所接電網(wǎng)中汲取滯后的磁化電流。
因此異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須與其他同步電機(jī)并聯(lián)，或者并接相當(dāng)數(shù)量的電容器。這限制了異步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用范圍，只能較多地應(yīng)用于小型自動(dòng)化。城市電車、電解、電化學(xué)等行業(yè)所用的直流電源，在20世紀(jì)50年代以前多采用直流發(fā)電機(jī)。但是直流發(fā)電機(jī)有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)時(shí)，價(jià)格較貴，且易出故障，維護(hù)困難，效率也不如交流發(fā)電機(jī)。故大功率可控整流器問世以來，有利用交流電源經(jīng)半導(dǎo)體整流獲得直流電以取代直流發(fā)電機(jī)的趨勢。
同步發(fā)電機(jī)按所用原動(dòng)機(jī)的不同分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和柴油發(fā)電機(jī) 3種。它們結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是除了小型電機(jī)有用永久磁鐵產(chǎn)生磁場以外，一般的磁場都是由通直流電的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生，而且勵(lì)磁線圈放在轉(zhuǎn)子上，電樞繞組放在定子上。因?yàn)閯?lì)磁線圈的電壓較低，功率較小，又只有兩個(gè)出線頭，容易通過滑環(huán)引出；而電樞繞組電壓較高,功率又大，多用三相繞組，有3個(gè)或4個(gè)引出頭，放在定子上比較方便。發(fā)電機(jī)的電樞(定子)鐵心用硅鋼片疊成，以減少鐵耗。轉(zhuǎn)子鐵心由于通過的磁通不變，可以用整體的鋼塊制成。在大型電機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子承受著強(qiáng)大的離心力，制造轉(zhuǎn)子的材料必須選用優(yōu)質(zhì)鋼材。
3類型：
由于一次能源形態(tài)的不同，可以制成不同的發(fā)電機(jī)。
用水利資源和水輪機(jī)配合，可以制成水輪發(fā)電機(jī)；由于水庫容量和水頭落差高低不同，可以制成容量和轉(zhuǎn)速各異的水輪發(fā)電機(jī)。
利用煤、石油等資源，和鍋爐，渦輪蒸汽機(jī)配合，可以制成汽輪發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)多為高速電機(jī)(3000rpm)。
此外，還有利用風(fēng)能、原子能、地?zé)帷⒊毕饶芰康母黝惏l(fā)電機(jī)。
此外，由于發(fā)電機(jī)工作原理不同又分作直流發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)。目前在廣泛使用的大型發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)。
4水輪發(fā)電機(jī)：由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)
水利發(fā)電機(jī)是將水的動(dòng)能和重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械。我國的三峽就是很好的例子。在發(fā)電這一塊最好要數(shù)核能發(fā)電了，不過相對(duì)核能污染較大。所以我國現(xiàn)在廣泛還是用煤炭發(fā)電。目前我國煤炭資源吃緊，煤炭價(jià)格一直在漲，這也是為什么現(xiàn)在會(huì)有電荒的出現(xiàn)的主要原因。
由于水電站自然條件的不同，水輪發(fā)電機(jī)組的容量和轉(zhuǎn)速的變化范圍很大。通常小型水輪發(fā)電機(jī)和沖擊式水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速水輪發(fā)電機(jī)多采用臥式結(jié)構(gòu)，而大、中型代速發(fā)電機(jī)多采用立式結(jié)構(gòu)(見圖)。由于水電站多數(shù)處在遠(yuǎn)離城市的地方，通常需要經(jīng)過較長輸電線路向負(fù)載供電，因此，電力系統(tǒng)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性提出了較高的要求：電機(jī)參數(shù)需要仔細(xì)選擇；對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求較大。所以，水輪發(fā)電機(jī)的外型與汽輪發(fā)電機(jī)不同，它的轉(zhuǎn)子直徑大而長度短。水輪發(fā)電機(jī)組起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)間較短,運(yùn)行調(diào)度靈活,它除了一般發(fā)電以外，特別適宜于作為調(diào)峰機(jī)組和事故備用機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組的最大容量已達(dá)70萬千瓦。
5柴油發(fā)電機(jī)
柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將柴油的能量轉(zhuǎn)化為電能。
在柴油機(jī)汽缸內(nèi)，經(jīng)過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞上行的擠壓下，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)活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經(jīng)過連桿變成了推動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力量，從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。
將無刷同步交流發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用‘電磁感應(yīng)’原理，發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流。
柴油發(fā)電機(jī)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。它起動(dòng)迅速，操作方便。但內(nèi)燃機(jī)發(fā)電成本較高，所以柴油發(fā)電機(jī)組主要用作應(yīng)急備用電源，或在流動(dòng)電站和一些大電網(wǎng)還沒有到達(dá)的地區(qū)使用。柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通常在1000轉(zhuǎn)/分以下,容量在幾千瓦到幾千千瓦之間，尤以200千瓦以下的機(jī)組應(yīng)用較多。它制造比較簡單。柴油機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩呈周期性脈動(dòng)，所以發(fā)電機(jī)是在劇烈振動(dòng)的條件下工作。
因此，柴油發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件，特別是轉(zhuǎn)軸要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以防止這些部件因振動(dòng)而斷裂。此外，為防止因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)而引起發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度不均勻，造成電壓波動(dòng)，引起燈光閃爍，柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子也要求有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而且應(yīng)使軸系的固有扭振頻率與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)中任一交變分量的頻率相差20%以上，以免發(fā)生共振，造成斷軸事故。
柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)組成，柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)有兩種連接方式，一為柔性連接，即用連軸器把兩部分對(duì)接起來，二為剛性連接，用高強(qiáng)度螺栓將發(fā)電機(jī)鋼性連接片和柴油機(jī)飛輪盤連接而成，目前使用剛性連接比較多一些，柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接好后安裝在公共底架上，然后配上各種傳感器，如水溫傳感器，通過這些傳感器，把柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)顯示給操作員，而且有了這些傳感器，就可以設(shè)定一個(gè)上限，當(dāng)達(dá)到或超過這個(gè)限定值時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)預(yù)先報(bào)警，這個(gè)時(shí)候如果操作員沒有采取措施，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將機(jī)組停掉，柴油發(fā)電機(jī)組就是采取這種方式起自我保護(hù)作用的。傳感器起接收和反饋各種信息的作用，真正顯示這些數(shù)據(jù)和執(zhí)行保護(hù)功能的是機(jī)組本身的控制系統(tǒng)。
6風(fēng)力發(fā)電機(jī)
是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械，又稱風(fēng)車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動(dòng)機(jī)。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。相對(duì)柴油發(fā)電要好的多。但是若應(yīng)急來用的話，還是不如柴油發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電不可視為備用電源，但是卻可以長期利用。
滾筒直流發(fā)電機(jī)使用注意事項(xiàng)：
1、購買和使用發(fā)電機(jī)，應(yīng)當(dāng)符合銘牌上的技術(shù)要求，如電壓，功率和額定輸出電流等。例如用于豐收—27型拖拉機(jī)，東方紅—40型拖拉機(jī)等，常用150瓦發(fā)電機(jī)，額定輸出電流為13安；用于鐵牛—55型拖拉機(jī)常用220瓦發(fā)電機(jī)，額定輸出電流為18安。
2、用于拖拉機(jī)上的發(fā)電機(jī)通常為并激式，也就是說發(fā)電機(jī)激磁線圈是并聯(lián)的，所以，總要有一端通過機(jī)殼與電樞線圈是并聯(lián)的，所以，總要有一端通過機(jī)殼與電樞線圈相接。若激磁線圈在發(fā)電機(jī)內(nèi)通過機(jī)殼與電樞線圈相接叫內(nèi)搭鐵（圖5—1），即叫“內(nèi)搭鐵發(fā)電機(jī)”；若激磁線圈在發(fā)電機(jī)外通過調(diào)節(jié)器搭鐵（圖5—2），即叫“外搭鐵發(fā)電機(jī)”。國產(chǎn)拖拉機(jī)目前使用的直流發(fā)電機(jī)均為內(nèi)搭鐵。在接線時(shí)，一定要將激磁線圈的引出線與搭鐵的碳刷架相接，激磁線圈便無電流通過，發(fā)電機(jī)不會(huì)發(fā)電。另外有些進(jìn)口的拖拉機(jī)上使用外搭鐵發(fā)電機(jī)，如果改為內(nèi)搭鐵發(fā)電機(jī)，只要調(diào)換發(fā)電機(jī)激磁線圈抽頭接線即可。
3、發(fā)電機(jī)殼上兩個(gè)接線柱，一般均有“電樞”“磁場”字樣注明。如文字標(biāo)注不清，可用下述方法識(shí)別。
1) 電樞接線柱：直徑較粗；是接在絕緣的刷架上。
2) 磁場接線柱：直徑較細(xì)；磁場線圈一個(gè)端頭就按在上面。
4 、在拖拉機(jī)上的發(fā)電機(jī)組是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，所以轉(zhuǎn)動(dòng)方向是一定的，在檢修時(shí)若將發(fā)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)就不發(fā)電，這是因?yàn)檎D(zhuǎn)時(shí)電樞線圈在磁場的作用下感應(yīng)出的電流經(jīng)調(diào)節(jié)器與激磁線圈相通。激磁線圈通電后的磁場方向與鐵芯剩磁方向相同，因而磁場不斷增強(qiáng)，電壓迅速升高。反轉(zhuǎn)時(shí)電流方向與正轉(zhuǎn)時(shí)相反，使激磁線圈通電后的磁場方向與鐵芯剩磁方向相反，磁場越來越弱，使發(fā)電機(jī)不能發(fā)電。
5、當(dāng)發(fā)電機(jī)電樞不經(jīng)負(fù)載短路時(shí)，發(fā)電楊是不會(huì)燒壞的。這是因?yàn)橥侠瓩C(jī)上使用的直流發(fā)電機(jī)均為并激式。發(fā)電機(jī)于額定功率下工作時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的電流大部分輸向外電路，小部分輸入激磁繞組產(chǎn)生磁場。當(dāng)電樞接線柱與機(jī)殼短路時(shí)，發(fā)電機(jī)電流迅速增大，此時(shí)在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生很大的壓降和強(qiáng)烈的電樞反應(yīng)，使輸出的電壓急劇下降，激磁電流迅速消失，發(fā)電機(jī)電壓趨近于零。因此，當(dāng)電樞接線柱與機(jī)殼短路時(shí)不會(huì)燒壞發(fā)電機(jī)。
6、在使用中有時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)極性突然改變的現(xiàn)象（即發(fā)出的電流方向改變）。這是因?yàn)檩敵鲭娏黧E然增大時(shí)，電機(jī)內(nèi)部強(qiáng)烈的電樞反應(yīng)使鐵芯剩磁方向改變而引起。遇到這種情況必須將其改變過來，才能使充電電路正常工作。改變的方法是：將蓄電池正極與機(jī)殼連接，負(fù)極與磁場接線柱相觸2—3秒，即能改變磁極鐵芯的剩磁方向。（在正極搭鐵的系統(tǒng)中）。有時(shí)，在檢修中用蓄電池做電源，用跳火花法檢查激磁線圈故障時(shí)，如不注意連接的極性，把蓄電池負(fù)極當(dāng)成搭鐵極，改變了激磁線圈的電流方向，從而使鐵芯剩磁方向改變了。由于剩磁方向的改變，則發(fā)電機(jī)電壓極性也隨之改變。這是應(yīng)當(dāng)注意的。
7、一般的直流柴油發(fā)電機(jī)組整流子銅片間的云母片都低于銅片。這是因?yàn)殂~片比云母片磨損速度快，使用一段時(shí)間云母片就會(huì)高出整流子銅片，使碳刷懸空。這樣整流子和碳刷之間就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈火花。為避免此現(xiàn)象，整流子車光后應(yīng)用鋸片將云母割低于整流子銅片0.8毫米左右。但有的直流發(fā)電機(jī)如ZF—28型和ZF—33型，整流子銅片間采用人工云母，它與銅片磨損速度相近，故出廠時(shí)未將云母片割低，檢修這種發(fā)電機(jī)就不需割低。
