柴油发电机组中常用的发电机为同步交流发电机,是以电磁感应为基础的旋转式机械。按照其结构特点可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。以旋转电枢式同步发电机为例介绍柴油机组中发电机的工作原理。
旋转磁极式发电机产生电动势的原理与旋转电枢式相同,都是电磁感应现象。而主要区别有两点:
(1)产生感应电流的方式:旋转电枢式发电机通过电枢的旋转使闭合线圈的磁通量变化,从而产生感应电流;旋转磁极式发电机则通过磁极的旋转使定子线圈切割磁力线,从而在定子线圈中产生感应电流。
(2)电力输出方式:旋转电枢式发电机通过电刷和集电环向外接电路供电;而旋转磁极式发电机则直接将电力送往外接电路,因此相对于旋转电枢式、旋转磁极式发电机可提供电高的电压,适用于大型发电机。
1.电动势的产生
当导体切割磁场的磁力线时,会在导体中产生感应电动势。
线圈abcd代表整个电伛绕组、其两端别离固定在同一转轴上的滑环1和2上,两者同轴旋转,且相对位置和连接关系不随转子位置的变化而变化。电刷A和B通过刷架固定在发电机的端盖上、且与滑环1、2的滑动接触关系不变。
当电枢沿顺时针标的目的旋转,ab边处于N极下时、山边的感应电动势标的目的为由c至d,并设此时电动势标的目的为正标的目的;当电枢旋转180。后、ab边处于S极下,cd边处于N极下,此时ab和cd边中的电动势均改变标的目的,显然此时电动势为负值。
由上述过程可知,对于一对磁极的单向同步交流发电机、其转子旋转一周,在电枢绕组中产生一个周波的交流电动势。若磁通密度B按正弦规律分布,则可产生正弦交流电动势。
而对于三相同步交流发电机、其各项绕组产生交流电动势的原理与单项同步交流发电机完全相同。
2.电动势的大小
按照电磁感应定律,当导体与磁场发生相对运动时、导体中的感应电动势e可由式求得:
E=BLV
B——磁通密度;
L——导体在磁场中的有效长度;
V——导体垂直于磁场标的目的的运动速度。
而正弦交流电动势的有效值E计算:
E=Kn
式中n——发电机转速;
K——发电机的结构常数。
同步交流发电机制成后,其结构常数K已成定值。因此,可通过改变发电机的转速n或每极磁通来调整其输出电压的傲岸。但是,通常情况下要求电动势的频率f恒定,而频率f与转速n成正比,所以发电机的转速是不克不及随便调整的。因此,主要通过调节同步交流发电机磁通量的大小,达到调整其输出电压的目的。