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关于柴油发电机组的技术探讨 一、柴油发电机组主要参数 当前,性能优良的柴油发电机是一个功能完善、功率容量范围大、对环境和场地条件要求低、安装使用方便的小型发电设备。其使用相对广泛,输出容量从数KVA到数兆VA。柴油发电机组主体主要由发动机、发电机和控制系统三部分组成。其中与现代柴油发电机组配套的同步交流发电机由于性能及结构的特点，普遍采用自励恒压型,通常选用自激式同步交流发电机和PMG永磁式激励式同步交流发电机。发电机组包括以下几项主要性能参数。 电压调整率：在负载功率因数为0.8-1、负载空载至满载变化、从冷机到满机及转速下跌4.5%以内等情况下,电压调整率可以控制在±1%以内。 频率调整率：负载从0-范围内变化,频率稳定不变。 随机频率波动：负载处于0-功率之间任何值,随机频率波动率 值±0.25%。 电压波形：电路开路空载, 总波形畸变1.5%,只相平衡负载 总波形畸变5%。 金融业机房一般采用“市电——发电机——UPS”并机系统组成的供电系统。系统中,发电机的负载主要包括UPS、机房专用空调、应急照明、消防电梯等,这些负载启动或运行时都会对发电机产生振荡和干扰。尽管在组成“市电——发电机——UPS”供电系统时,发电机的负载量在其额定输出容量范围内，但在实际情况中，市电中断而发电机投人运行过程中却经常发生工作不稳定，产生多种使“发电机——UPS”系统不能正常工作的现象。 1、负载反馈的波动电压造成发电机输出电压稳定度较差，常出现发电机组输出电压振荡现象。UPS整流器允许的输人电压范围一般在±15%巧或更宽,发电机的输出电压不稳定对其影响较小。 2、UPS整流器的输人谐波造成多个过零点。 3、发电机的频率（转速）振荡一般情况下，频率振荡比电压、电流振荡范围小，但影响比较大，导致UPS处于频繁切换及非正常工作状态。频率振荡一般在±5%以内，由于负载有规律地忽大忽小，造成发电机组工作也忽强忽弱，加剧机组振动，加速机械磨损,甚至引起机件严重损坏。频率振荡明显的特征之一，即柴油机工作噪声有规律地忽大忽小，因此必须引起高度重视。 4、工作不正常空调压缩机启动和电梯升降的瞬间会导致发电机发生±Hz频率漂移,造成UPS频繁切换。当频率、电压振荡变化超出UPS输入工作范围时，UPS由蓄电池供电,而发电机在无UPS负载时恢复正常，随即UPS又自动投人，这样交错进行。频率漂移会对UPS正常运行产生两方面影响。一方面是不能旁路，另一方面是电池寿命缩短。 二、发电机运行不稳定原因分析 在“市电——发电机——UPS”供电系统中，UPS电路结构决定了其输人非线性的特性。典型的是传统双变换在线式UPS，由于其输人端AC/DC变换器是整流滤波电路，它的输入电流是脉动电流，不仅输入功率因数低（0.7一0.8），还包括大量的高次谐波电流（30%一40%）。低输人功率因数和谐波电流都会通过发电机定子线圈的感性内阻，由于发电机组定子线圈内阻大于电力变压器的短路阻抗，因此发电机更易受到非线性负载的影响,即在同样的负载电流波形失真度（THDI）情况下，其电压波形失真度（THDI）大于变压器。同时的谐波电流使发电机损耗明显增大（磁滞损耗正比于电流频率,涡流损耗比于电流频率的平方及导线的电流趋肤效应），并使得发电机的输出电压波形失真度明显增大，严重影响发电机的正常工作。 此外，负载的阶跃变化、UPS前端滤波器提供的容性电流都是造成发电机组不能正常工作的主要原因。 三、发电机组的使用与维护 为确保发电机组的运行,日常运行维护和快速的故障排除至关重要。根据发电机组的不同,维护和检修的内容、步骤、方法有所区别，一般应按照发电机组保养要求和本单位制定的维护计划进行。 (1)定期检查项目定期测量发电机电池组的电压及内阻情况,并进行记录定期检查空气过滤器、冷却液位、驱动皮带、排烟系统、燃油液位、机油液位、各种控制器及工作环境等情况。 (2)须按照发电机组保养要求及时更换机油、三滤、启动电池及冷却液。 (3)定期由供应商对发电机组进行检测,并出具报上口 (4)定期(至少一个季度一次)进行发电机组空载、带载测试。 针对柴油发电机组出现的故障，应该有步骤有目的地进行检查与分析，切不可盲目检查，胡乱拆卸。应根据故障的异常征兆、迹象、响声、出现时机、变化规律来寻找故障产生的部位，从原理与结构层面进行细致的分析推理，做出正确判断来寻找产生故障原因。查找故障时,应从简到繁、由表及里,按系统部位分段分步骤进行。
无刷充电机的工作原理 发动机起动期间，发电机电压小于蓄电池电压时，整流二极管截止，发电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径为：蓄电池正极→点火开关SW(或点火继电器触点)→磁场烧组调节器→搭铁→蓄电池负极。 流入励磁绕组的电流，在励磁铁心中建立一个带状的磁通量。这个带状磁通量沿着各个导磁元件环行，在整个磁回路中，这个磁通量将在励磁绕组周围找到一个 磁阻的通道：励磁电流产生的磁力线通过励磁铁心(磁轭托架)→辅助气隙g1→转子N极→主气隙g→定子铁心→主气隙g→转子S极→辅助气隙g2→励磁铁心形成一个闭合的磁路系统。这种结构除转子爪极外径与定子内表面之间的气隙(称为主气隙)外，在闭合的磁路系统中，增加了两个有相对运动的径向附加气隙，使闭合回路的磁阻增大。所以必须通过增加磁场绕组的激磁安匝来补有效磁通量所减小的部分，才能保证无刷交流发电机的输出。 随着转子的旋转，使通过定子铁心的磁通量发生变化，定子绕组切割磁力线而产生感应电动势，定子绕组发出三相交流电压，通过三相桥式整流电路整流成直流。当转速达到1000r/min左右时，发电机应能正常发电并对外输出，经滤波电容C后输出28V直流电压，发电机电压大于蓄电池电压，发电机自励，并对蓄电池充电，或对其他负载供电。N端通过VD4、VD5、VD6中的一个硅管整流，与对地端形成半波整流电压，被称为中性点电压，其输出信号为14V直流脉动电压( 负载不能超过2A)，N端可用于接转速表。中性点电压除了直流成分外，还含有交流成分，且幅值随发电机的转速而变，与中性点相连的二极管(VD10、VD11)就称为中性点二极管。当中性点二极管的正极管(VD11)电位 或负极管(VD11)电位 时，中性二极管亦处于正向导通，可对外输出，能有效利用中性点电压来增加发电机的输出功率。实践证明，在交流发电机上安装中性二极管后，输出功率可增加10%～15%。 定子绕组的三相交流电压经三相全桥整流后，经调节器向励磁绕组供电。调节器以通/断方式调节励磁电流，使充电机的输出电压保持在(28±0.3)V范围内波动，给蓄电池浮充电。发电机调节器电路如图8-14中调节器部分所示，主要由3个电阻R1、R2、R3，2个三极管VT1、VT2和1个稳压管VR组成。R1、R2，为分压电阻，VT1为小功率三极管，接在大功率管的前一级，起功率放大作用，也称前级放大。三极管VT2为大功率三极管，其集电极与发电机磁场绕组相连，磁场绕组为VT2负载，VT2导通时，磁场电流接通反之磁场电流切断。因此，可以通过控制三极管VT2的导通与截止，改变磁场电流使发电机输出电压稳定。 稳压二极管VR是感受元件，其一端接三极管VT1的基极，另一端接分压电阻R1、R2、以组成电压检测电路，监测发电机电压的变化。当发电机的输出电压在分压电阻R1上的电压达到VR的设定电压时，VR击穿，VT1有基极电流使VT1导通，VT2截止，这就使发电机的F点不接地面切断了磁场绕组的电路，发电机电压便会下降。发电机电压下降时又使VR、VT1截止，VT2导通，发电机电压重又升高如此反复作用，使发电机端电压被控制在一定的范围内。 现在集成电路电压调节器也被广泛使用。用集成电路开发的电压调节器体积很小，可方便地安装在发电机的内部与发电机组成一个整体，称之为整体式交流发电机。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是根据发电机的电压信号(输入信号)，利用三极管的开关特性控制发电机的磁场电流以此达到稳定发电机输出电压的目的。集成电路调节器有内、外搭铁之分，以外搭铁形式居多。
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废气涡轮增压器在发电机组上的工作原理 在柴油机型号中，凡有“T”字的都表示该型号柴油机装配了废气涡轮增压器。 1.废气涡轮增压器的工作原理 废气涡轮增压器由涡轮和压气机两个接触部分组成。涡轮的进气口与柴油机的排气管相连接，空气压缩机的出气口与柴油机的进气管相连接。由于柴油机排出的废气仍有一定能量，便驱动废气涡轮旋转，同时为了又带动同轴上的空气压缩机旋转，空气压缩机对吸进的新鲜空气进行压缩，使其密度提高，从而提高了进气压力，增加了充气量，以提高柴油机功率。由上述可以看出，废气涡轮增压器是利用柴油机排出的废气来驱动的，涡轮增压器与柴油机之间无任何机械传动关系。 2.康明斯柴油机废气涡轮增压器的构造 实际的废气涡轮增压器除了涡轮的空气压缩机外，还设有支撑装置。密封装置、润滑系统和冷却系统。康明斯柴油机所以废气涡轮增压器虽然型号不同，但基本结构相似。涡轮一端安装在排气岐管的凸缘上，空气压缩机一端安装在进气岐管上。 固定在增压器上的铭牌上有零件编号、系列编号、型号及其他说明。 涡轮部分：由涡轮叶轮及轴、涡轮壳等零件组成。 空气压缩机叶轮是用防松螺母固定在废气涡轮轴上，构成废气涡轮增压器的转动部分称为转子。 支撑装置：由装在中间壳中的分别靠近空气压缩机端和我聊端的轴承。护板、止推盘等所组成。支撑装置使转子可靠地定位于中间壳上，限定转子工作时在轴向和径向的活动范围。 密封装置：由油封总成、气封环等所组成。压气机端的密封装置主要是密封压气机内高压空气和防止油腔的机油进入压气机。涡轮端密封装置使防止高温废气进入油腔，以确保机油质量。 润滑系统冷却系统：所以KTTA型柴油机的增压器均有机油冷却和润滑，机油通过轴承壳进行循环。 增压器采用浮动轴承的原因是：当增压器转速超过4000r/min时，如采用非浮动轴承，则轴表面与轴承内表面间的滑动速度是相当高的，轴承很容易磨损，普通的滑动轴承难以胜任。采用浮动轴承用铅锡合金制作的轴承装在轴承壳内，而轴3支撑在轴内作高速转动。轴承与轴之间、轴承与轴承之间均由间隙，具有压力的润滑油从轴承壳上部的管接头进入轴承内、外间隙。在柴油机运转过程中，在轴承的内、外间隙、在柴油机运转过程中，在轴承的内、外间隙中均形成油膜，起着轴承的作用。 浮动轴承分全浮动轴承和半浮动轴承。全浮动轴承以一定转速转动，而半浮动轴承则不转动，此次轴承常采用整体浮动套，其一端为方形结构。在同样的情况下，半浮动轴承的机械损失小于全浮动轴承。浮动轴承与普通滑动轴承相比，具有温度 低、摩擦功小、工作可靠、抗振性好及拆装维修方便等优点。 发动机可有两只或四只增压器。如果发动机有四只增压器，则装在排气岐管上的两只增压器是高压增压器，安装在支架上的两只增压器是低压增压器。
