发电机综合知识.doc

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1、发电机综合知识机组的类型和功能柴油发电机组类型很多，按其结构型式、控制方式和保护功能等不同，可分下述几种类型。1 基本型机组这类机组最为常见，由柴油机、封闭式水箱、油箱、消声器、同步交流发电机、励磁电压调节装置、控制箱（屏）、联轴器和底盘等组成。机组具有电压和转速自动调节功能。通常能作为主电源或备用电源。2 自启动机组该机组是在基本型机组基础上增加自动控制系统。它具有自动化的功能。当市电突然停电时，机组能自动启动、自动切换开关、自动运行、自动送电和自动停机等功能；当机组超速时，能自动紧急停机进行保护。3 微机控制自动化机组该机组由性能完善的柴油机、三相无刷同步发电机、燃油自动补给装置、机油自动

2、补给装置、冷却水自动补给装置及自动控制屏组成。自动控制屏采用可编程自动控制器PLC控制。它除了具有自启动、自切换、自运行、自投入和自停机等功能外，并配有各种故障报警和自动保护装置，此外，它通过RS232通信接口，与主计算机联接，进行集中监控，实现遥控、遥信和遥测，做到无人值守。 机组的结构简介现代柴油发电机组由柴油机、三相交流无刷同步发电机、控制箱（屏）、散热水箱、联轴器、燃油箱、消声器及公共底座等组件组成刚性整体。除功率较大的机组的控制屏、燃油箱单独装设计，其他的主要部件均装置在型钢焊接而成的公共底座上，便于移动和安装。柴油机的飞轮壳与发电机前端盖的轴向采用凸肩定位直接连接构成一体，并采用圆

3、柱型的弹性联轴器由飞轮直接驱动发电机旋转。这种联接方式由螺钉固定在一起，使两者联接成一刚体，保证了柴油机的曲轴与发电机转子的同心度在规定允许范围内。为了减小机组的振动，在柴油机、发电机、水箱和电气控制箱等主要组件与公共底架的连接处，通常均装有减振器或橡皮减振垫。机组的工作条件机组的工作条件是指在规定的使用环境条件下能输出额定功率，并能可靠地进行连续工作。国家标准规定的电站（机组）工作条件，主要按海拔高度、环境温度、相对湿度、有无霉菌、盐雾以及放置的倾斜度等情况来确定的。根据GB2819-81国家标准规定，电站在下列条件下应能输出额定功率，并能可靠地进行工作。A类电站：海拔高度1000m，环境温

4、度40，相对湿度60%；B类电站：海拔高度0m，环境温度20，相对湿度60%；电站在下列条件下应能可靠地工作，即海拔高度不超过4000m，环境温度上、下限值分别为：上限值为40、45下限值为5、-25、-40相对湿度分别为60%、90%、95%机组的主要技术性能指标机组的技术性能指标，是衡量机组供电质量和经济指标的主要依据，其主要技术性能通常按机组功率因数从0.81.0，三相对称负载在（0100）%或（1000）%额定值的范围内渐变或突变时，应达到的性能有：1 稳态电压调整率u (%)u = 100%式中 U1 - 负载变化后的稳定电压的最大值（或最小值）；U - 空载整定电压值。2 稳态频率

5、调整率f（%）f = 100%式中 f1 - 负载渐变后的稳态频率的最大值（或最小值）；f2 - 额定负载时的频率；f - 额定频率。3 电压稳定时间（s）从负载突变时算起到电压开始稳定所需的时间，通常用示波器来测量。4 频率稳定时间（s）从负载突变时算起到频率开始稳定所需的时间，通常也是用示波器来测量。5 空载电压整定范围机组整定电压应能在额定值的（95-105）%范围内调节和稳定工作。例如额定电压为400V的机组，其空载电压可在（380-420）V之间调整。6 在三相不对称负载下运行线电压的稳定度在三相不对称负载下运行时，如果每相电流都不超过额定值，而且各相电流之差不超过额定值的25%，则

6、各线电压与三相电压平均值之差应不超过三相线电压平均值的5%。7 机组的并机性能两台规格型号完全相同的三相机组，在额定功率因数下，应能在（20100）%额定功率范围内稳定并联运行。为了提高有功功率和无功功率合理分配精度和运行的稳定性，要求机组中柴油机调速器具有稳态调速率在（25）%范围内调节的装置。在控制箱（屏）内的调压装置可使稳态电压调整率在5%范围内调整。机组功率的标定柴油发电机组是由内燃机和同步发电机组合而成的。内燃机允许使用的最大功率受零部件的机械负荷和热负荷的限制，因此，需规定允许连续运转的最大功率，称为标定功率。内燃机不能超过标定功率使用，否则会缩短其使用寿命，甚至可能造成事故。1

7、柴油机的标定功率国家标准规定，在内燃机铭牌上的标定功率分为下列四类：（1） 15分钟功率 即内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功率。是短时间内可能超负荷运转和要求具有加速性能的标定功率，如汽车、摩托车等内燃机的标定功率。（2） 1小时功率 即内燃机允许连续运转1小时的最大有效功率。如轮式拖拉机、机车、船舶等内燃机的标定功率。（3） 12小时功率 即内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率。如电站机组、工程机械用的内燃机标定功率。（4） 持续功率 即内燃机允许长时间连续运转的最大有效功率。对于一台机组，柴油机输出的功率是指它的曲轴输出的机械功率。根据GB1105 - 74规定，电站用柴油机的功

8、率标定为12小时功率。即柴油机在大气压力为101.325kPa，环境气温为20，相对湿度为50%标准工况下，柴油机以额定转速连续12小时正常运转时，达到的有效功率，用Ne表示。2 交流同步发电机的额定功率交流同步发电机的额定功率是指在额定转速下长期连续运转时，输出的额定电功率，用PH表示。根据机组的运行环境和技术要求，机组输出的额定功率，由下式进行计算：PH = K1（K2K3NeH - Np） （kW）式中 PH - 同步交流发电机输出的额定功率 （kW）；NeH - 柴油机输出的额定功率 （PS）；K1 - 单位变换系数（即kW/PS）K1 = 0.736；K2 - 柴油机功率修正系数；K

9、3 - 环境条件修正系数； - 同步交流发电机的效率；NP - 柴油机风扇及其他辅助件消耗的机械功率（PS）。通常我们把柴油机输出额定功率（PS）与同步交流发电机输出的额定功率（kW）之比，称为匹配比，用K表示，即K = K值的大小受当地大气压力、环境温度和相对湿度等多种因素的影响，对于在平原上使用一般要求的机组，通常K值取1.6；对使用要求较高的机组K值应取2。柴油机的总体结构1 首先欲得到热能，这就必须提供一定数量的燃料，送进燃烧室与空气充分混合燃烧产生热量，因此，必须有燃料系统。它包括柴油箱、输油泵、滤油器、喷油泵和喷油嘴等零部件。2 为了将得到的热能转变为机械能，需要通过曲轴连杆机构来

10、完成。此机构主要由汽缸体、曲轴箱、汽缸盖、活塞、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等零件构成。当燃料在燃烧室内着火燃烧时，由于燃气的膨胀作用在活塞顶部产生压力，推动活塞作直线的往复运动，借助连杆转变曲轴旋转力矩，使曲轴带动工作机械（负荷）作功。3 对于一台设备要连续实现热能转变为机械能，还必须配备一套配气机构来保证定期吸入新鲜空气，排出燃烧后的废气。此机构由进气门、排气门、凸轮轴及驱动零件等组成。4 为了减少柴油机的磨擦损失，保证各零部件的正常温度，柴油机必须有润滑系统和冷却系统。润滑系统应由机油泵、机油滤清器和润滑油道组成。冷却系统应由水泵、散热器、节温器、风扇和水套等到部件组成。5 为了使柴油机能迅

11、速启动，还需配置启动装置，对柴油机启动进行控制。根据不同的启动方法，启动装置配备的零部件，通常采用电动马达或气动马达启动，对于大功率的机组，则采用压缩空气启动。电喷柴油发电机组及其技术 空军工程大学 石楚生威尔信动力设备公司 许乃强 (2002-10-29) 1引言电喷技术即内燃机燃料系统的电子喷射供给技术，为了严格控制气车尾气对环境的严重污染，要求汽车用汽油发动机必须实施电喷技术，对非电喷汽车采取了非准入的措施。柴油机由于燃料供给系统的特殊性，即燃料在供给气缸时是采取高压(10120MPa)喷射的方式，技术上改变原有的供油方式与汽油机相比具有较大的难度。实际上，柴油机的污染有时比汽油机更严重

12、，特别是排烟、碳氧化合物等。柴油发电机组要求柴油机只有具有运行速度稳定、动态性能好，才能输出高品质的电能，同时具有转速调整的自动化，才能真正实现备(主)用电源的自动化、智能化。因此柴油发电机组配套的柴油机近年来已有一部分实现了电子调速，但对环境污染的控制措施无所作为。2电喷柴油机的电喷技术发电用柴油机是车辆、船舶及工程机械用柴油机的变型产品，因而电控技术的发展必然受到主要产品的影响。进入20世纪后期，由于柴油车废气污染物排放法规和汽油车一样日趋严格，同时改善柴油机经济性的要求也进一步提高，因此在汽油机电控技术飞速发展的基础上，一些发达国家开始对柴油机电控技术电子喷射进行了开发和研究，并初步投入

13、使用。电子喷射技术与电子调速技术既有相同点(即控制柴油机的喷油量)，又具有根本的区别，即电子喷射还具有用电信号控制喷油时刻、喷射压力，完全取消了燃油系统中的机械结构。在20世纪90年代发展起来的电控柴油喷射系统主要有以下两种形式：一是Bosch公司共轨式电控柴油喷射系统。其特点是系统中有一公共高压油轨，用高压(或中：压)输油泵向公共油轨中泵油，用电磁阀对油轨中的压力进行调节。高压(或中压)的柴油由公共油轨分别通向各缸喷油器，由装在喷油器内的电磁阀控制喷油量和喷油正时，喷油压力或直接决定；于共轨中的压力，或由喷油器中的增压活塞对从：公共油轨来的燃油进行增压。共轨式电控喷油系统可以同时控制喷油量、

14、喷油正时、喷油压力、喷、油速率，且能实现高压喷射满足排放要求。同时，在原采用传统高压油泵一高压油管一喷油器的喷油系统柴油机上使用时，结构变化很小。二是Perkins公司共轨式电控柴油喷射系统，它是在Bosch公司电喷系统基础上的改进。该系统无高压油泵，电喷系统主要由电子控制模块(ECM)、高压润滑油供应泵、喷注压力调节阀、喷油器等组成。其传感器包括：曲轴位置传感器(CMP)、增压压力感应器(MAP)、喷油压力控制传感器(1CP)、润滑油湿度传感器(EOT)、水温传感器(CET)、油压传感器(EOP)。系统中燃油流程如图1所示，燃油经滤清器、油泵(低压)、燃油集合管至喷油器。燃油系统中，高压燃油

15、流动，取消了高压油管，这样可防止柴油的可压缩性和油管的弹性在油管内形成压力波动，可能造成已关闭的针阀重新打开，产生二次喷射的不正常燃烧，使燃烧不完全。喷油压力控制系统如图2所示，系统由高压油泵、稳压阀、喷油压力控制感应器、调节阀等组成。该系统内流动的为高压机油。高压机油供应泵是由曲轴带动七个活塞的油泵，在正常运行条件下，油泵输出的压力经过一个路轨式压力控制阀(RPCV)控制，过多的机油经过旁通回流到回油系统，柴油机的运行情况取决于液压压力，而控制压力是取决于ECM，良好的液压控制使柴油机具有良好的运行条件。喷油器如图3所示：由电磁阀、提动阀、酸化增强活塞、喷油咀总成等组成。喷油器的喷射动力来自

16、液压能量，喷油器内的活塞及柱塞是用液压压力及速度来控制的。同时，喷油量是ECM发出脉冲的时间来控制喷油器中电磁阀开关时间的长短，当电磁阀通电时，提动阀打开其阀座，高压机油将会推动活塞及柱塞下行直至最低。当ECM输出信号断开喷油器的电磁阀电源，喷油程序停止，提动阀关上。由于提动阀关上，高压机油输送管道关上，停止供油至酸化增强活塞，在酸化增强活塞内的高压机油排人转动空槽内。柱塞弹簧把酸化增强活塞和柱塞推回原位，当柱塞向上移动时，把燃油阀打开，低压燃油开始注柱塞瓣内。ECM通过其喷油器使其喷射速度、喷油时间及高压喷射压力得到有效控制。喷射速度的控制：喷油器由液压系统执行，它的速度比传统的机械式快，同

17、时其喷射速度及喷射压力与柴油机速度无关。喷油时间的控制：从开始至结束的喷油时间全电子化控制，与一般的电子调速器不同，一般的电子调速器其执行器是统一拉动(转动)柱塞，而不可能各个气缸独立控制，而电喷系统的喷油器的柱塞是用电磁阀分别控制，且柱塞的运动与柴油机的运转速度或曲轴位置传感器信号的持续时间无关。喷射压力的控制：喷油器酸化增强活塞能产生倍增的液压力量推动柱塞，即使输入的高压机油压力不稳定，但喷射压力仍能维持在3000至21000Psi内，这样的液压压力亦适用于高转速的柴油机。3电喷柴油发电机组Perkins公司共轨式电控柴油喷射系统已应用于威尔信1300系列柴油发电机之中，1300系列柴油机

18、基本参数为：气缸直径/行程116.6mm135.5mm，压缩比15.9：1、气缸数为6，功率范围从145kW至230kW等5个等级。由于该系列电喷柴油发电机组的ECM系统占机械(或电子)调速器相比有较多的信号输入，因此，能操控最佳的供油量及喷油时间，特别体现在机组的废气排放及噪音严格符合最新的国际标准；同时机组起动时，冒黑烟程度明显减少，突加负载时爆燃噪声显著降低；同时，同比功率提高3，燃油消耗率下降8；结构简单、操作简捷。另一方面，电喷柴油发电机组的ECM控制系统实现了柴油机燃料供给系统的智能化。威尔信1300电喷柴油发电机组装有自检功能按钮和指示灯及运行状况闪灯码显示系统，使得电喷系统具有

19、145个故障显示内容；且具有转速监控接口，转速在一定范围内可任意设定和调整，具有很强的适用性。4结语电喷柴油发电机组，改变了原有发电机组控制的范畴，是柴油发电机向绿色机组迈进的开端，因为在现代社会发展的今天，人们已经重视环境对社会、经济可持续发展的影响，已经非常重视交通工具，特别是汽油发动机汽车的污染控制，强调电子喷射控制发动机的必要性，因而采取了强制普及。相信在不远的将来，柴油机电喷技术的普及也为日不远，电喷柴油发电机组的普遍应用也将引起广泛的重视交流发电机测试波形 用交流发电机是因为在发动机转速较低时，它的输出电压比直流发电机高，且结构紧凑体积小巧。交流发电机带有整流二极管，它可以将交流电

20、变为脉动的直流电，这个直流电源为汽车蓄电池充电、为汽车的电子和电器系统运行提供能源。提供给发电机电枢线圈的励磁电流用于改变发电机的输出，在发动机转速增加时，控制发电机的输出电压。在充电系统中如果不使用电压调节器，就可能造成蓄电池破裂，为了防止这种情况的发生，通常交流发电机的电压输出要受到集成电路调节器控制，调节器限制充电电压的最大值，另一方面它可以改变励磁线圈中的激磁电流，励磁线圈中激磁电流的改变是根据蓄电池充电的需要且与周围环境有关。 当分析发电机的输出电压的有几个因素要值得考虑。首先查看制造商提供的使用手册中所给出的允许充电电压上限和下限。 蓄电池是整个电器系统中非常关键的一个参考点，为了

21、测试充电系统是否正常，首先需要检查蓄电池。在进行充电系统的测试之前，请参阅蓄电池负载和电压(充电状态)的检测步骤。 下面几点因素对检测结果会产生很大的影响： 环境温度较低时充电电压较高，因为蓄电池冷态不易被充电。 注意：在测度时不要带电器负载，否则随着电器负载的增加，充电电压会下降。 检查蓄电池的使用寿命，旧的蓄电池由于不易充电，一般需要较高的充电电压。 检查电解液的充电状态，蓄电池处于亏电状态时充电系统输出电压较低。 检查电解液的高度和质量，电解液太少或电解液不会要求较高的充电电压。 1.发电机输出电压测试(参见图8) 这个试验步骤是测量交流发电机的输出电压，正确诊断充电故障，可以避免不必要

22、的更换蓄电池、交流发电机和连线等。这个测试步骤，可以检测任何常见的充电系统中损坏的交流发电机；蓄电池、连线、连接件(接线、插座、插头、端子)。 试验方法： 在完成交流发电机输出电压的检测之前，检查蓄电池的充电情况，并完成蓄电池的负载试验。要检查交流发电机和蓄电池的连接件，连接线束和插头及交流发电机皮带的磨损情况，关掉所有的负载并起动发动机。保持发动机在2500转/分钟下运转三分钟，检查交流发电机的输出电压。 波形结果： 发电机的输出电压应比发动机不运转的的静态蓄电池电压高出约0.5-3.0V。超过2V意味着交流发电机属于过充电状态。而小于0.5V则说明发电机没有处于充电状态。不同的汽车充电系统

23、规范也不相同。请参考制造商的规定，下面是在80华氏度的对通用、福特、克莱斯勒牌汽车的一般数据： 通 用：14.5-15.1V； 福特：14.4-14.8V； 克莱斯勒：13.3-13.9V； 2.发电机输出电压/电流测试(参见图9) 这个试验步骤同时测量交流发电机的输出电压和电流，它是一个很好的试验步骤，因为它试验交流发电机在保持规定的电压的同时提供充电系统所要求电流的能力。 波形结果： 发电机输出电压的要求。 发电机的输出电流根据电器系统的需要而有所不同。当大负载电器运行时，发电机的输出电流会增大的，检查被测试发电机的最大电流能力，可以在发电机外壳上找到壳上的额定电流值或查看汽车制造商的维修

24、资料。如果交流发电机不能使蓄电池充足电，发动机在2500转/分钟的用蓄电池负载试验仪给蓄电池增加负载，调节器根据负载的变化而增加输出电流，如果输出电流没有增加，说明充电系统有故障。 3.发电机二极管测试(参见图10) 这些年来一个有价值的实验是一个被称为漪涟电压试验，这个试验通常用发动机点火分析示波器来完成。数字示波器只需要在几秒钟之内就能得到非常出色的测试，它测试的是发电机二极管的性能。当汽车消耗蓄电池时，或追查系统中下降的电压尖峰时，这个测试就非常有价值，这个试验很简单，但为了正确测试，必需严格按以下测试程序。 如果交流发电机中有一个二极管坏了，交流电就不能整流为直流电，还可能给蓄电池、其

25、它电器、电子设备造成危害。直流电除了给蓄电池充电外，还供给其它电器及电子设备的运行提供电源。激磁电流提供给发电机内的转子去改变发电机的输出，当发动机转速增加时，控制发电机的输出电压。 在充电系统中如果不使用调节器，则蓄电池可能会有破裂或爆炸。为了防止这种情况的发生，通常交流发电机的电压输出要受到集成电路调节器控制，在一些情况下是由控制电脑控制调节。 调节器限制充电电压的最大值，并且改变励磁线圈中激磁电流，励磁线圈中激磁电流的改变是根据蓄电池充电的需要，且与周围环境温度有关。 蓄电池是整个电器系统中非常关键的一个参考点。为了测试充电系统是否正常，首先需要检查蓄电池，在完成充电系统的测试之前，请参

26、照蓄电池负载和电压(充电状态)的检测步骤。 试验方法： 点火开关打开，发动机不运转，将空调或加热鼓风机开至高档，起动雨刷和后除雾器约3分钟，这就除去了蓄电池的表面电荷并使得发电机调节器全励磁或电荷充分放出。这就保持电压调节器触点不会吸合和放开而使得测试试验的复杂化，起动发动机，并在发动机怠速运转。 如果发电机的二极管是好的，示波器就会显示出一串背靠背的小山装形，这一串“小山”滚动波形高度大致相等且无间断的平滑波形。这个波形例子显示发电机二极管是好的，偶尔会有尖峰沿着滚动的波形，这在许多系统中是正常的。如果二级管损坏，波形显示会非常明显，这种情况在正常的波形中会反复出现二到三次。 当交流发电机对

27、蓄电池充电时，通常在左侧的“小山”波形中会尖锐起来，这是因为发电机调节器通过改变磁场电路来降低发电机的负载的结果。如果蓄电池充电太快，同时伴有较完美的二极管波形显示，这时可用碳极蓄电池负载试验仪向蓄电池加大负载这时便调节器触发放开，使诊断更容易。 4.发电机磁场控制测试(参见图11) 如果激磁控制电路出现了故障，充电系统或充电过多或亏电，或者造成其它故障。 当分析交流发电机激磁控制电路图，需要考虑许多因素，其中对汽车蓄电池的要求非常重要，如果蓄电池是充满电的，激磁电路就会接通，因为电气系统并不需要使激磁控制电路工作，蓄电池的充电状况和总体情况也很重要。 试验方法： 检查交流发电机、蓄电池连线、电缆和接头，检查发电机皮带是否松动或磨损，起动发动机并在2500转/分钟下运转，打开大灯或其它电器设备，或用蓄电池负载试验仪来改变汽车电器系统负载。 波形结果： 充电系统调节器根据电器系统的需要改变缴磁控制电路的接通时间，当激磁控制电路接通时间长时，调节器激励激磁电路，从而使发电机的输出电压升高。反之，当电器系统要求低输出时，调节器使激磁电路关断，激磁控制电路接通时间缩短，调节器用控制磁场信号通断占空比的方式满足电器系统的需要。当电器负载加到蓄电池上时，磁场控制电路提高激磁电流以补偿输出电压，随着电器需求的增加，激磁信号的频率会增加