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发电机是如何产生电能的?发电机是如何运转的

2021-07-22 16:24来源:未知浏览:

  发电机是便捷的电力供应设备,在停电期间提供电力,防止日常生产经营中中断或因停电导致业务运营中断。对于不同的应用,发电机具有不同的电气和物理配置。下面,就请跟随小编一起来看看发电机是如何工作的吧。

  发电机是怎么工作的?

  发电机是一种将从外部来源获得的机械能转化为电能作为输出的装置。

  重要的是要理解发电机实际上并不“产生”电能。相反,它利用提供给它的机械能,通过一个外部电路,迫使线圈中的电荷运动。电荷的流动构成了发电机提供的输出电流。这种机制可以通过将发电机视为类似于水泵来理解,水泵引起水流,但实际上并不“产生”流经它的水。

  现代发电机是根据迈克尔·法拉第在1831-1832年发现的电磁感应原理工作的。法拉第发现,上述电荷流动可以通过在磁场中移动电导体来感应,例如含有电荷的电线。这种运动在导线或电导体的两端产生电压差,进而导致电荷流动,从而产生电流。

  发电机的主要部件

  发电机的主要部件可大致分类如下:

  1)发动机

  2)交流发电机

  3)燃油系统

  4)稳压器

  5)冷却和排气系统

  6)润滑系统

  7)蓄电池充电器

  8)控制面板

  9)主组件/框架

  发电机主要部件的描述如下:

  1、柴油发动机

  柴油发动机是发电机输入机械能的来源。发动机的大小与发电机能提供的最大功率成正比。在评估发电机的发动机时,有几个因素需要记住。应咨询发动机制造商,以获得完整的发动机操作规范和维护计划。

  a.使用的燃料类型–发电机发动机使用各种燃料,如柴油、汽油、丙烷(液化或气体形式)或天然气。较小的发动机通常使用汽油,而较大的发动机使用柴油、液态丙烷、丙烷气或天然气。某些发动机也可以在双燃料运行模式下以柴油和气体的双重供给运行。

  b.顶置气门发动机与非顶置气门发动机——顶置气门发动机与其他发动机的不同之处在于,发动机的进气门和排气门位于发动机气缸盖,而不是安装在发动机缸体上。与其他发动机相比,OHV(底置凸轮轴)发动机有几个优点,例如:

  (1)紧凑的设计

  (2)更简单的操作机制

  (3)耐用性

  (4)操作中用户友好

  (5)运行期间噪音低

  (6)低排放水平

  然而,OHV发动机也比其他发动机贵。

  (c)发动机气缸中的铸铁套筒(CIS)-CIS是发动机气缸中的衬里。它减少磨损,并确保发动机的耐用性。大多数OHV发动机都配备了CIS,但在发电机的发动机中检查这一功能是至关重要的。CIS不是一个昂贵的功能,但它在发动机耐用性方面发挥着重要作用,尤其是如果您需要经常或长时间使用发电机。

 2、交流发电机

  交流发电机,也称为“发电头”,是发电机的一部分,通过发动机提供的机械输入产生电力输出。它包含一个固定和活动部件的组件,装在一个外壳中。这些组件一起工作,导致磁场和电场之间的相对运动,进而产生电力。

  a.定子——这是固定部件。它包含一组缠绕在铁芯上的电导体。

  b.转子/电枢–这是以以下三种方式之一产生旋转磁场的运动部件:

  (1)通过感应——无刷交流发电机通常用于大型发电机。

  (2)通过永磁体——这在小型交流发电机装置中很常见。

  (3)使用励磁机–励磁机是一种小型直流电源(DC),通过导电滑环和电刷组件为转子供电。

  转子在定子周围产生移动磁场,这在定子绕组之间感应出电压差。这产生了发电机的交流输出。

  在评估发电机的交流发电机时,您需要记住以下因素:

  (1)金属与塑料外壳——全金属设计确保了交流发电机的耐用性。随着时间的推移,塑料外壳会变形,导致交流发电机的活动部件暴露出来。这增加了磨损,更重要的是,对使用者是危险的。

  (2)滚珠轴承与滚针轴承——滚珠轴承更受欢迎,寿命更长。

  (3)无刷设计——不使用电刷的交流发电机需要较少的维护,并且产生更清洁的动力。

  3、燃油系统

  燃料箱通常有足够的容量来保持发电机平均运行6到8小时。对于小型发电机组,燃油箱是发电机滑动底座的一部分,或者安装在发电机框架的顶部。对于商业应用,可能需要安装一个外部油箱。所有这些设施都必须得到城市规划司的批准。单击以下链接了解有关的更多详细信息发电机燃料箱。

  燃油系统的常见特征包括:

  (1)从燃油箱到发动机的管道连接–供油管路将燃油从燃油箱引导至发动机,回流管路将燃油从发动机引导至燃油箱。

  (2)燃油箱通风管–燃油箱有一个通风管,用于防止燃油箱再加注和排放过程中压力或真空的积聚。重新加注燃油箱时,确保加油嘴和燃油箱之间的金属对金属接触,以避免火花。

  (3)从燃料箱到排水管的溢流连接-这是必需的,以便在重新填充燃料箱期间的任何溢流不会导致液体溢出到发电机组上。

  (4)燃油泵–这将燃油从主油箱输送到日用油箱。燃油泵通常是电动操作的。

  (5)燃料水分离器/燃料过滤器-这将水和异物从液体燃料中分离出来,以保护发电机的其他部件免受腐蚀和污染。

  (6)喷油器–这将雾化液体燃料,并将所需量的燃料喷入发动机燃烧室。

  4、稳压器

  顾名思义,这个元件调节发电机的输出电压。下面针对在电压调节的循环过程中起作用的每个部件来描述该机制。

  (1)调压器:将交流电压转换为DC电流–调压器占据发电机交流电压输出的一小部分,并将其转换为DC电流。然后,电压调节器将DC电流馈送到定子中的一组次级绕组,称为励磁机绕组。

  (2)励磁机绕组:DC电流到交流电流的转换–现在励磁机绕组的功能类似于初级定子绕组,并产生小的交流电流。励磁机绕组与旋转整流器相连。

  (3)旋转整流器:将交流电流转换为DC电流–这些整流器对励磁机绕组产生的交流电流进行整流,并将其转换为DC电流。除了转子/电枢的旋转磁场之外,该DC电流被馈送到转子/电枢以产生电磁场。

  (4)转子/电枢:DC电流到交流电压的转换–转子/电枢现在在定子绕组上感应出更大的交流电压,发电机现在产生更大的输出交流电压。

  这个循环一直持续到发电机开始产生相当于其全部工作容量的输出电压。随着发电机输出的增加,电压调节器产生的DC电流减少。一旦发电机达到最大运行容量,电压调节器就会达到平衡状态,并产生刚好足够的DC电流来维持发电机的输出处于最大运行水平。

  当你给发电机增加一个负载时,它的输出电压会下降一点。这促使电压调节器动作,上述循环开始。该循环一直持续到发电机输出斜升至其原始全运行容量。

  5、冷却和排气系统

  冷却系统

  发电机的持续使用导致其各种部件变热。必须有一个冷却和通风系统来回收过程中产生的热量。

  生水/淡水有时被用作发电机的冷却剂,但这些大多限于特定情况,如城市应用中的小型发电机或2250千瓦及以上的超大型机组。在大型发电机中,氢气有时用作冷却剂,因为它比其它冷却剂更有效地吸收热量。氢气从发电机中带走热量,并通过热交换器将热量传递到二次冷却回路中,该回路中含有去离子水作为冷却剂。正因为如此,大型发电机和小电厂旁常常有大型冷却塔。对于所有其他常见应用,包括住宅和工业应用,标准散热器和风扇安装在发电机上,作为主要冷却系统。

  每天检查发电机的冷却液液位至关重要。冷却系统和原水泵应每600小时冲洗一次,热交换器应在发电机运行2400小时后清洗一次。发电机应放置在有充足新鲜空气供应的开放通风区域。国家电气规范(NEC)规定,发电机的所有侧面应至少留出3英尺的空间,以确保冷却空气的自由流动。

  排气系统

  发电机排出的废气就像其他柴油或汽油发动机排出的废气一样,含有剧毒化学物质,需要妥善管理。因此,安装适当的排气系统来处理废气至关重要。这一点怎么强调都不为过,因为一氧化碳中毒仍然是飓风后受灾地区最常见的死亡原因之一,因为人们往往知道为时已晚才考虑它。

  排气管通常由铸铁、熟铁或钢制成。这些需要独立支撑,不应由发电机的发动机支撑。排气管通常使用柔性连接器连接到发动机上,以最小化振动并防止损坏发电机的排气系统。排气管终止于室外,并从门、窗和其他开口通向房屋或建筑物。您必须确保发电机的排气系统没有连接到任何其他设备。您还应咨询当地的城市法规,以确定您的发电机运行是否需要获得当地政府的批准,以确保您遵守当地法律,避免罚款和其他处罚。

  6、润滑系统

  由于发电机由发动机中的运动部件组成,因此需要润滑以确保长时间的耐用性和平稳运行。发电机的发动机由储存在泵中的油润滑。发电机每运行8小时,应检查一次润滑油油位。您还应检查是否有任何润滑剂泄漏,并在发电机运行500小时后更换润滑油。

  7、蓄电池充电器

  发电机的功能是由电池供电的。电池充电器通过向发电机电池提供精确的“浮动”电压来保持电池充电。如果浮动电压非常低,电池将保持充电不足。如果浮充电压很高,会缩短电池寿命。电池充电器通常由不锈钢制成,以防止腐蚀。它们也是全自动的,不需要进行任何调整或更改任何设置。电池充电器的DC输出电压设置为每个电池2.33伏,这是铅酸电池的精确浮动电压。电池充电器具有隔离的DC电压输出,不会干扰发电机的正常运行。

  8、控制面板

  这是发电机的用户界面,包含电源插座和控制装置。不同的制造商在其设备的控制面板中提供不同的功能。下面继续为大家介绍更多发电机控制面板有关的详细信息。

  (a)电动启动和关闭–自动启动控制面板在停电期间自动启动发电机,在运行中监控发电机,并在不再需要时自动关闭机组。

  (b)发动机仪表–不同的仪表指示重要的参数,如机油压力、冷却液温度、蓄电池电压、发动机转速和工作持续时间。当这些参数中的任何一个超过它们各自的阈值水平时,对这些参数的持续测量和监控使得能够内置关闭发电机。

  (c)发电机仪表–控制面板也有测量输出电流和电压以及工作频率的仪表。

  (d)其他控制装置–相位选择开关、频率开关和发动机控制开关(手动模式、自动模式)等。

  9、主组件/框架

  所有的发电机,无论是便携式的还是固定式的,都有定制的外壳,提供结构基础支撑。为了安全起见,框架还允许发电机接地。

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