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交流发电机发电原理_交流机结构_的安装和接线方

 

  我们用的电是发电厂利用发电机组发出来的,根据能源的不同,目前的发电方式有火力发电、水力发电、风力发电、核能发电、太阳能发电、沼气发电等。

  三相交流同步发电机应用得最为广泛,它是现代发电厂(站)的主体设备。目前,世界上绝大部分的交流电都是同步发电机产生的。发电机为防水式电机,易于操作及维护;发电机为三相四线制,适合采用星形接法,额定线,也可根据客户需要,设计60Hz及其他电压值的发电机;发电机可与原动机直接耦合或通过三角皮带连接,正反转额定连续运行;当原动机转速变化在3%范围内,负载在0~ 100%、cos=0.8~1.0范围内变化时,将保持恒压;在加载时,电压突然变化(增大或减小),发电机会提供恒压,使其在正常状态下工作。

  直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要用作直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电源。虽然在需要直流电的地方,也可用整流元件把交流电变成直流电,但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看,将交流电整流还不如直接使用直流发电机。

  交流发电机主要由用磁性材料制成的、多个南北极交替排列的永磁铁(称为转子)和用硅铸铁制成的、绕有多组串联线圈的电枢线圈(称为定子)组成。转子由原动机带动作切割磁力线转动,定子中交替排列的磁极在线圈铁芯中形成交替变化的磁场。转子旋转一圈,磁通的方向和大小变换多次,由于磁场的变化作用,在线圈中将产生大小和方向都变化的感应电流,并由定子线圈输送出电流。

  转子轴上压装着两块爪极,两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成,集电环压装在转子轴上并与轴绝缘,两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。

  当两集电环通入直流电时(通过电刷),磁场绕组中就有电流通过,并产生轴向磁通,使爪极一块被磁化为N极,另一块被磁化为S极,从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时,就形成了旋转的磁场。

  交流发电机的磁路为:磁轭N极转子与定子之间的气隙定子定子与转子间的气隙S极磁轭。见图2-7。

  定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成,定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相,三相绕组采用星形接法或三角形(大功率)接法,都能产生三相交流电。

  三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120的三相电动势。

  将正极管安装在一块铝制散热板上,称为正整流板;将负极管安装另一块铝制散热板上,称为负整流板,也可用发电机后盖代替负整流板。见图2-10。

  在正整流板上有一个输出接线柱B(发电机的输出端)。负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。整流板的形状各异,有马蹄形、长方形、半圆形等见图2-11

  端盖一般分两部分(前端盖和后端盖),起固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造,一是可有效的防止漏磁,二是铝合金散热性能好。

  后端盖上装有电刷组件,有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。见图2-12

  磁场绕组(两只电刷)和发电机的联接不同,使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种

  1.内搭铁型发电机:磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机(和壳体直接相连)。见图2-13a

  2.外搭铁型发电机:磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。见图2-13b

  试验表明:加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%~15%。

  交流发电机中性点电压为三次谐波,随着发电机转速的提高,中性点三次谐波电压也升高。见图2-15

  当中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时,中性点正极管导通对外输出电流;电流回路为:中性点中性点正极管负载某一负极管定子绕组中性点。见动画2。

  当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时,中性点负极管导通对外输出电流;电流回路:中性点定子绕组某一正极管负载中性点负极管中性点。由于中性点参与了对外输出,所以

  11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管(其中2只中性点二极管)和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。

  爪极式无刷交流发电机磁场绕组是静止的,它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以,不再需要电刷。

  两个爪极中只有一个爪极直接固定在电机转子轴上,另一爪极则用非导磁联接环固定在前一爪极上。当转子旋转时,一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动,当磁场绕组中有直流电通过时,爪极被磁化,,就形成了旋转磁场。磁路如图2-18所示

  图2-19为德国波许公司生产的带有激磁机的无刷交流发电机。它实际上是在一台爪极式三相交流发电机的基础上增加了一部专为其激磁的小型硅整流交流发电机,称为激磁机(图中4、5、6),激磁机的磁场绕组固定,而三相绕组是转动的。当发电机转动时,在激磁机转子4的三相绕组中感应出三相交流电,在发电机内部经二极管整流后变为直流电,直接供给爪极式三相交流发电机的磁场绕组15激磁发电。

  这种无刷发电机的优点是磁路中无附加气隙,因而漏磁少,输出功率大,但结构复杂。

  图2-20是永磁发电机电压控制原理图。3只共阳极硅二极管VD1、VD2、VD3与3只共阴极晶闸管VT1、VT2、VT3组成三相半控桥式整流电路。另外由硅整流二极管VD1~VD6组成三相全波整流电路,为晶闸管控制极提供触发电压,与电压调节器的一个触点相接,另一个触点则与晶闸管的控制极相连,电压调节器的线圈并接在三相半控桥的输出端,电压控制原理如下:

  低速时触点K闭合,晶闸管控制极获得正向触发电压而导通,当转速达到一定值时,整流桥可向蓄电池和负载提供全波整流电压。当整流输出电压随转速升高而升高到超过额定电压时,触点K断开(因线圈吸力增大),晶闸管因失去正向触发电压而截止,因而整流输出电压下降。当整流电压降到一定值时,电压调节器线圈中电流减小吸力减小而使K闭合,3只晶闸管重新被触发导通,又使整流输出电压回升。如此反复,便可使输出电压控制在规定范围内。(触点式调节器目前已经由电子式或电脑控制的调节器所代替)

  1.体积小、轻、结构简单、维护方便,使用寿命长。如750W的钛铁硼永磁发电机与350W普通交流发电机重量相当。转子上除轴承外无其他磨损件并开有通风孔,冷却散热好,因而寿命可提高两倍以上。

  带泵交流发电机的发电机与普通交流发电机完全一样,不同的是转子轴很长并伸出后端盖,利用外花键与真空泵的转于内花键相连接,驱动真空泵与发电机转子同步旋转,给汽车制动系中的真空筒抽真空,为制动系的真空增压器提供真空源,主要用于没有真空源的柴油机(汽油机可直接从进气歧管处取得真空。制动时因节气门几乎关闭而在进气歧管中形成高真空,而柴油机无节气门)。国产JFB2525型带泵交流发电机外形如图2-21所示。

  双整流发电机是一种最新型交流发电机,它大大改善了普通交流发电机低速充电性能和高速最大功率输出,又不增设比较复杂的控制电路,因此也没有增加充电系的故障率。

  如图2-22所示。在普通交流发电机三相定于绕组基础上,增加绕组匝数并引出接线头,增加一套三相桥式整流器。低速时由原绕组和增绕组串联输出,而在较高转速时,仅由原三相绕组输出。工作中高低速供电电路的变换是自动的,没有增设任何机电控制装置,其工作原理分析如下:

  在低速范围内,由于发电机转速低,三相绕组的串联输出,提高了发电机的输出电压,使发电机低速充电性能大大提高。在高速范围内,随着发电机转速的增大,串接的三相绕组的感抗增大,内压降增大,再加上电枢反应加强,使输出电压下降。这时原三相绕组A、B、C因内压降较小,产生的感应电流相对较大,确保高速下的功率输出。

  (1)既降低了发电机的充电转速,又保证了高速大电流输出,提高了发电机的有效功率。双整流发电机比普通发电机最低充电转速降低了200-300r/min,在低速下发电机即可输出电流达10A;而额定电压及额定电流下的转速不大于2500r/min。

  当磁场绕组3通人直流电后,在定子铁心1中产生固定磁场(右上部、左下部为S极;左上部、右下部为N极)。由于转子4凸齿部分磁通容易通过,磁感应强度最大,从而形成磁极。但转子的每个凸齿是没有固定极性的,当它对着定子N极就是S极,对着S就是N极。

  转子凸齿在不运动的磁场内旋转时,当凸齿对着定子凸齿时,磁通量最大,当转子槽对着走子凸齿时则磁通量最小。因此,转子旋转时,定子凸齿内产生脉动磁通,在定子绕组中感应出交变电动势。将电枢绕组以一定的方式连接起来,并经整流,便可得直流电。

  感应子式交流发电机中电枢绕组交流电动势的频率恒等于Zn/60(Z为转子齿数,n为转子转速),与磁场绕组形成的磁极对数无关,这与同步交流机的本质不同。感应子式无刷交流发电机机质量比功率较低。

  汽车交流发电机一般安装在发动机前部的右侧或左侧。在发动机上的固定方式可以分为单挂脚、双挂脚、抱持式3种。(在将发电机安装于其支架上后,借发电机的调整臂将发电机的驱动皮带张力调整至适当的程度。皮带不能张的太紧,如太紧会使发电机端盖及轴承容易损坏;也不能张的太松,如太松会使发电机运转时皮带打滑,影响发电机的正常工作。发电机的紧固螺栓应拧得很牢固,防止螺母松动。紧固螺栓的直径必须与发动机曲轴皮带槽的中心对齐,过大的偏斜容易使皮带过早磨损,其偏斜度一般要求不超过1mm。)

 

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