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柴油發電機的工作原理
工作原理
一、柴油發電機組生成機理：
柴油發電機組中常用的發電機為同步交流發電機，是以電磁感應為基礎的旋轉式機械。根據其結構特點可分為旋轉電樞式和旋轉磁極式兩種。
在柴油機汽缸內，經過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油 充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為‘作功’。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經過連桿變成了推動曲軸轉動的力量，從而帶動曲軸旋轉。
將無刷同步交流發電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉帶動發電機的轉子，利用‘電磁感應’原理，發電機就會輸出感應電動勢，經閉合的負載回路就能產生電流。
柴油發電機組工作結構圖
二、交流發電機生成機理
以旋轉電樞式同步發電機為例介紹柴油機組中發電機的工作原理。
旋轉磁極式發電機產生電動勢的原理與旋轉電樞式相同，都是電磁感應現象。而主要區別有兩點：
（1）產生感應電流的方式：旋轉電樞式發電機通過電樞的旋轉使閉合線圈的磁通量變化，從而產生感應電流；旋轉磁極式發電機則通過磁極的旋轉使定子線圈切割磁力線，從而在定子線圈中產生感應電流。
（2）電力輸出方式：旋轉電樞式發電機通過電刷和集電環向外接電路供電；而旋轉磁極式發電機則直接將電力送往外接電路，因此相對于旋轉電樞式、旋轉磁極式發電機可提供電高的電壓，適用于大型發電機。
1、電動勢的產生
● 當導體切割磁場的磁力線時，會在導體中產生感應電動勢。
● 線圈abcd代表整個電傴繞組、其兩端分別固定在同一轉軸上的滑環1和2上，兩者同軸旋轉，且相對位置和連接關系不隨轉子位置的變化而變化。電刷A和B通過刷架固定在發電機的端蓋上、且與滑環1、2的滑動接觸關系不變。
● 當電樞沿順時針方向旋轉，ab邊處于N極下時、山邊的感應電動勢方向為由c至d，并設此時電動勢方向為正方向;當電樞旋轉180。后、ab邊處于S極下，cd邊處于N極下，此時ab和cd邊中的電動勢均改變方向，顯然此時電動勢為負值。
由上述過程可知，對于一對磁極的單向同步交流發電機、其轉子旋轉一周，在電樞繞組中產生一個周波的交流電動勢。若磁通密度B按正弦規律分布，則可產生正弦交流電動勢。而對于三相同步交流發電機、其各項繞組產生交流電動勢的原理與單項同步交流發電機完全相同。
2、電動勢的大小
根據電磁感應定律,當導體與磁場發生相對運動時、導體中的感應電動勢e可由式求得:
E=BLV
● B——磁通密度；
● L——導體在磁場中的有效長度；
● V——導體垂直于磁場方向的運動速度。
而正弦交流電動勢的有效值E計算：
E=Kn
● 式中n——發電機轉速；
● K——發電機的結構常數。
同步交流發電機制成后，其結構常數K已成定值。因此，可通過改變發電機的轉速n或每極磁通來調整其輸出電壓的高傲。但是，通常情況下要求電動勢的頻率f恒定，而頻率f與轉速n成正比，所以發電機的轉速是不能隨便調整的。因此，主要通過調節同步交流發電機磁通量的大小，達到調整其輸出電壓的目的。
3、電動勢的頻率
● 當發電機磁極對數一定時(如P=1)，其轉子每旋轉一周，電樞繞組可產生一個周波的交流電動勢。轉子旋轉兩周，產生兩個周波的交流電動勢，苦轉子每秒旋轉n/60周，則產生n/60周/s的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f與發電機轉速n成正比。
● 當發電機的轉速一定時(如n=1周/s)，磁極對數P=1，轉子每旋轉一周產生一個周波的交流電動勢。磁極對數P=2，轉子每旋轉一周產生兩個周波的交流電動勢。若為P對磁極，轉子每旋轉一周產生P個周波的交流電動勢。由此可知，交流電動勢的頻率f還與磁極對數P成正比。
綜上所述，同步交流發電機電動勢的頻率f與其轉速n 和磁極對數P成正比，因此f的計算公式為：
F=P*n/60 (周/s)
改變同步交流發電機的轉速n或磁極對數P,均可改變其頻率f。但是，發電機制成后，其磁極對數P是不能改變的因此,只能通過改變轉速n來調整頻率f。一旦頻率f達到額定值后，就不能再隨便改變轉速n。
4、改善電動勢波形的措施
根據要求，同步交流發電機輸出電壓應為正弦波。但是，由于發電機定子鐵芯結構、磁極結構、電樞繞組結構、三相發電機電樞繞組的連接形式等因素的影響，電動勢的波形會產生畸變，形成非正弦交流電動勢。
非正弦交流電動勢中除含有基波分量外，還含有頻率不同的許多高次諧波分量。不僅嚴重影響發電機的性能和工況，還影響用電設備的正常工作。因此，在設計、生產同步交流發電機時，采取了諸多方法，改善電動勢波形，使其成為正弦波。其具體方法有：改善磁極形狀、采用斜槽定子、改善定子繞組結構和三相發電機采用星形接法。
（1）改善磁極形狀：磁極的分布規律由磁極的形狀決定，將磁極尖削尖或采用扭斜磁極，使磁通密度B近似按正弦規律分布，進而使電動勢成為正弦波；
（2）采用斜槽定子：將定子鐵芯扭斜一個槽距的位置，使其成為斜糟定子，無論轉子旋轉至何種位置，磁極端畫所覆蓋的鐵芯齒面積始終保持不變，這樣可齒諧波的影響；
（3）改善定子繞組結構：同步交流發電機通常采用短距分布式繞組結構，可或削弱許多高次諧波分量，使電動勢接近于正弦波；
（4）三相發電機采用星形接法：三相同步發電機的三相電樞繞組采用星形接法，其線電壓中將不再含有三次及三的整倍數次諧波分量·改善線電壓的波形。
5、同步交流發電機勵磁方式
發電機勵磁功率的產生方式，稱為其勵磁方式。同步交流發電機的勵磁方式有他勵式和自勵式兩種。
（1）他勵式：勵磁功率由本身以外的其他電源供給，這種發電機稱為:他勵式發電機。根據獲得勵磁功率形式的不同，他勵式交流發電機又有采用血流勵磁機勵磁和采用無刷交流勵磁機勵磁之分。其中、采用直流勵磁機勵磁是靠同軸轉動的并勵直流發電機供給勵磁功率的；采用無刷交流勵磁機勵磁是由同軸轉動的交流勵磁發電機供給勵磁功率的。
（2）自勵式：勵磁功率由本身供給的發電機稱為自勵式發電機。其勵磁功率一般由以下三種方法獲得：直接從同步交流發電機輸出端取得，由安裝在同步交流發電機的定子槽中的副繞組供給；發電機電樞繞組為帶抽頭式的，由抽頭處引出部分電樞繞組供給。
綜上所述，無論是他勵式同步交流發電機，還是自勵式同步交流發電機，改變勵磁電流的大小，均可調整發電機的輸出電壓。
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柴油發電機缺缸運行故障原因和啟動后轉速不穩定
一、柴油發電機缺缸運行故障原因
柴油發電機組在實際運行過程中，經常會碰到個別氣缸不工作（缺缸工作）的故障，導致個別氣缸不工作影響因素主要有：
1、冬季冷起動時，由于天氣寒冷，個別發電機氣缸因為每天 次起動時怠速不工作，但隨著運行溫度的提高，所有氣缸逐步工作正常；
2、個別發電機組氣缸出現活塞環斷裂、拉缸或氣門密封不嚴等機械故障，使氣缸壓縮壓力到不到要求，導致該缸不工作；
3、噴油器油嘴堵塞，使該缸不噴油，所以該缸不工作；
4、噴油泵柱塞、出油閥故障，導致該缸供油不正時或不供油，使該缸不工作；
5、其它綜合因素導致某缸不工作。
二、發電機缺缸運行的危害：
1、由于某缸不工作，使得柴油發電機的工作不穩定，容易出現震動大等問題，嚴重時可能引起共振，損壞或降低柴油發電機各部件的使用壽命。
2、缺缸工作易造成機體的受力不平衡而使其變形，進而影響柴油發電機整機的使用壽命。
三、啟動后轉速不穩定
故障原因：
供油管道有空氣進入；調速板增益或穩定性調節不當；調速拉桿開度過大。
故障處理：
檢查供油管道，對存在漏氣的部位進行處理，防止空氣進入供油管道。重新設定調速板上的增益和穩定性調節電位器；根據超速或低速的值，在開機前適當的減小或增大調速拉桿的開度，然后開機，根據發動機的轉速再適當的調節拉桿的開度.
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汽油機與柴油機區別在哪里？
柴油發動機一般將柴油噴入進氣管同空氣混合成為可燃混合氣再進入汽缸，經火花塞點火燃燒膨脹作功。人們通常稱它為點燃式發動機。而柴油機一般是通過噴油泵和噴油咀將柴油直接噴入發動機氣缸，和在氣缸內經壓縮后的空氣均勻混合，在高溫、高壓下自燃，推動活塞作功。人們把這種發動機通常稱之為壓燃式發動機。
柴油機汽車具有轉速高（轎車用柴油機轉速可高達5000—6000轉/分，貨車用柴油機達4000轉/分左右）質量輕、工作時噪聲小、起動容易、制造和維修費用低等特點，故在轎車和中、小型貨車及軍用越野車上得到廣泛應用。其不足之處是燃油消耗較高，因而燃油經濟性較差。柴油機汽車因壓縮比高，燃油消耗平均比柴油機汽車低30%左右，所以燃油經濟性較好。如近上市的一汽大眾生產的TDI1。7升柴油轎車比1。6升柴油轎車每百公里可節約2升油。一般貨車大都采用柴油機。柴油機的弱點是轉速較柴油機低（一般 轉速在2500—3000轉/分左右）、質量大、制造和維修費用高（因為噴油泵和噴油器加工精度要求高）。但目前柴油機的這些弱點正在逐漸得到克服，它的應用范圍正在向中、輕型貨車擴展。國外柴油轎車也有很快的發展，其 轉速可達5000轉/分。
通常，柴油發動機與柴油發動機相比熱效率高30%，因而從節約能源、降低燃料成本角度上講，柴油發動機轎車的推廣使用具有重大意義。柴油發動機與柴油發動機相比具有功率大，壽命長，動力性能好的特點，它排放產生的溫室效應比柴油低45%，一氧化碳與碳氫排放也低，在整車的使用壽命期氮氧化合物排放略大于柴油機。柴油機的不足之處是有害顆粒物排放大。近年來，柴油發動機采用渦輪增壓、中冷、直噴、尾氣催化轉換和顆粒捕集器等先進技術，柴油發動機汽車的排放已達到歐III、歐IV排放標準。在歐洲，柴油轎車比較普及，隨著環保與節能可持續發展的嚴格要求，今后汽車，特別是柴油小轎車將是一個發展趨勢。目前我國一汽大眾已經開發出捷達、寶來柴油轎車，并已在國內部分城市上市。
汽車在一定的使用條件下，以小的燃料消耗量完成單位運輸工作的能力稱為汽車的燃料經濟性。汽車燃料經濟性是汽車的主要使用性能之一。通常，燃料的消耗費用占到汽車運行費用的37%左右。影響汽車燃料經濟性的主要因素有：從汽車本身講，首先要提高發動機的熱效率、進氣效率和降低摩擦損失。其次要減少車身重量，減少空氣阻力，減少車輪的滾動阻力。第三，提高傳動效率，合理匹配變速比。從使用方面講，不同等級的路面跑起來耗油不同。交通擁擠、堵塞嚴重的狀況與暢通行駛的耗油完全不同。風、雨、氣候變化對汽車的耗油量都有影響。駕駛者的技術對耗油水平也有很重要的作用。影響汽車燃料油經濟性的因素十分多，其中主要的還是汽車發動機本身。
